Линия производства железнодорожной шпалы из полиэтилена высокой плотности (HDPE) (в том числе и вторичного сырья), с добавлением различных композиционных материалов, а также различных материалов из минеральных и органических волокон Российский патент 2022 года по МПК B29C43/18 B29B17/00 

Согласно МПК изобретение относится к области «РАЗЛИЧНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ», а именно: Раздел B - РАЗЛИЧНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ; ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ, РАЗДЕЛЕНИЕ; СМЕШИВАНИЕ

В 29 - Обработка пластиков; обработка веществ в пластическом состоянии вообще и относится к области подготовки материалов перед формованием и может быть использовано для производства изделий из полимеров и всех видов композиционных материалов например, вторичного полиэфирного волокна или искусственной травы, как наполнителя и связующего полимера или полимера песчаной смеси и стекла для изготовления различных форм, в том числе черепицы, плитки, конструкций деталей и машин.

Известны конструкции устройства такие как, например патенты; RU116808U1, RU2605910C2, US4897236A, RU2206452C1, KR100483415B1, а также известны способы производства железнодорожных шпал из композитных материалов патенты; US5609295A, US6605343B1, RU2245410C2, WO2014165257A1, RU2389841C2, US6336265B1.

Известна конструкция экструдера, описанного в патенте US 4897236, в котором раскрыты способ и аппарат для непрерывного получения резиновой смеси, где ингредиенты смеси перемешивают и гомогенизируют в двух-шнековом экструдере.

Недостатком представленных конструкций является громоздкость и сложность конструкции, нестабильность обработки исходного продукта, вызванная сложностью местных перегревов в местах перехода, что приводит к возможному его запиранию в переходах.

Известна линия по производству изделий из композитного материала и устройство для подготовки формовочной смеси по патенту РФ на полезную модель №116808, состоящую из устройства для подготовки формовочной смеси, осуществляющего продвижение смеси по двум сформированным в его корпусе разнотемпературным зонам при одновременном перемешивании, и устройство формования, представляющее собой гидравлический пресс. Разнотемпературные зоны для подготовки формовочной смеси выполнены с использованием температурного режима работы смеси, при этом протяженность зоны находится в зависимости от плотности перемешивания и скорости прохождения смеси,

Недостатком устройства подготовки формовочной смеси является недостаточная стабильность работы, которая обусловлена забиванием смесью рабочей полости устройства, возможного налипания смеси на шнек.

Все эти устройства имеют один существенный недостаток они не могут быть использованы в непрерывном производстве, необходимое время на перезапуск приводит к дополнительным трудозатратам и тем самым к увеличению себестоимости продукции.

Также способы производства:

Патент US5609295A: в этом способе изготовления железнодорожных шпал используется в качестве связующего материала переработанный пластик, но переработанный пластик имеет разный химический состав и разные физические свойства, поэтому очень тяжело предугадать конечные физико-химические свойства изделия. Использование сердечника в данном изделии, безусловно приводит к увеличению прочности и жесткости, но имеют с материалом изделия разные температурные коэффициенты сжатия и расширения при температурных минимумах и максимумах использования, что очень быстро приведет к разрушению изделия, особенно при низких температурах.

Патент US6605343B1: способ послойного изготовления шпалы из синтетической смолы и продольных армирующих волокон, очень трудоёмкий процесс и получаемое изделие также имеет недостатки, связанные с использованием при больших нагрузках и при низких и высоких температурах.

Все способы производства шпал из композитных материалов, описанные в патентах: US5609295A, US6605343B1, RU2245410C2, WO2014165257A1, RU2389841C2 и US6336265B1, имеют лишь небольшие различия в компонентах и этапах производства.

Также все полученные изделия, описанные в патентах: US5609295A, US6605343B1, RU2245410C2, WO2014165257A1, RU2389841C2 и US6336265B1, имеют одни и теже недостатки, которые не позволяют данным изделиям получить широкое применение в производстве наземных железнодорожных путей, в качестве шпал. Используются данные изделия для изготовления подземных железнодорожных путей (метрополитена и шахт по добыче полезных ископаемых), где практически всегда щадящие условия эксплуатации, постоянная температура и влажность, а так же на некоторых локальных участках наземной железной дороги, там где нет больших нагрузок.

Основной недостаток присущий всем изделиям описанным в патентах US5609295A, US6605343B1, RU2245410C2, WO2014165257A1, RU2389841C2 и US6336265B1, это не возможность использования при низких температурах. Все синтетические смолы и пластмассы при -20ºС становятся хрупкими и при больших и регулярных нагрузках разрушаются. Армирование применяемое в данных изобретениях увеличивает прочность изделия (шпалы) только на разрыв, но изделия (шпалы) при эксплуатации испытывают разные нагрузки, вибрацию и деформацию по всем осям (изгиб и скручивание), что при низких температурах приводит к разрушению изделия.

Раскрытие изобретения:

Линия производства железнодорожной шпалы из полиэтилена высокой плотности (HDPE) (в том числе и вторичного сырья), с добавлением различных композиционных материалов,

а также различных материалов из минеральных и органических волокон, включает в себя:

Участок подготовки сырья для композитной смеси включающий : шредер измельчитель универсальный роторный для вторичных полимеров . подготовленное сырье загружается в бункер из него подача конвейером сырье поступает в смеситель. так же в смеситель поступает наполнитель минеральный или наполнитель состоящий из вторичного подготовленного материала такого как стекло или измельченная резиновая крошка от использованных автомобильных покрышек или какой либо другой наполнитель. В качестве дополнения к наполнителю: измельченный базальт, волластонит , текстильный корд : смесь полиэфирных и анидных кордов, допустимо наличие вкраплений резины, эти мелкие нити дополнительно придают армирование самой массе из которой производится шпала, что придаёт ещё большую прочность изделию. После смешивания, составляющие композитной смеси поступают по конвейерам в экструдеры двухшнековые, шнеки имеют специальное покрытие предотвращающие налипание смеси и подготавливается разогретая композитная масса для дальнейшего использования.

На Конвейер устанавливается матрица пресс-формы. с боку устанавливаются несколько двухшнековых экструдеров, которые выдают разогретую массу композитного материала. которая попадает в пресс-форму. После заполнения пресс-форма по конвейеру проходит под пресс гидравлический. Закрывается пуансоном. Лишняя масса выходит в отводы выхода лишней массы, где под давлением формуется изделие, также стенки пресс-формы имеют рубашку для подачи в неё охлаждающей жидкости для более быстрого охлаждения и фиксации геометрической формы. После форма выходит из пресса, и сформированное изделие продвигается по конвейеру и опускается в емкость с водой для охлаждения. Вода в емкости для охлаждения изделий, охлаждается с помощью чиллера либо при помощи градирни. После остывания изделие вынимается из ванны достается и переносится на хранение.

Конструкция пресс-формы для шпал выполнена таким образом, что имеет рубашку для более быстрого охлаждения и фиксации формы изделия, а также приспособления для возможности размещения Х-образного армирования в изделии по всей его длине. Вид такого армирования позволяет увеличить прочностные показатели изделия в различных плоскостях по всем осям деформации и не ограничен в количестве определенных материалов армирования или их геометрических составляющих.

Х-образное армирование может выполняться из листов железа, сваренных между собой X-образной формой по всей длине шпалы, также, что чаще применимо из арматуры в виде решетки также Х-образной формы по всей длине шпалы.

Применение Х-образного армирования и устройства крепления и фиксации шпалы к рельсам, дает гарантию жесткого сцепления всего полотна железной дороги, что дает геометрическую точность и не позволяет композитному материалу при изменении линейного расширения от перепада температур деформировать и увеличивать принятые погрешности при эксплуатации.

Полиэтилен высокой плотности (HDPE) выбранный в качестве связующего материала, является самым оптимальным пластиком для производства шпал. HDPE имеет плотность от 960 кг/м³ до 1300 кг/м³, период распада 100 лет, а самое главное может не терять своих свойств и использоваться при температурах от +70ºС до -60ºС.

Всё вышеперечисленное позволяет широко использовать данные шпалы для строительства наземных железных дорог во всех климатических зонах.

Изобретение относится к линии производства железнодорожной шпалы из полиэтилена высокой плотности. Техническим результатом является увеличение прочностных показателей шпалы в различных плоскостях по всем осям деформации и снижение уровня деформации композитного материала при изменении линейного расширения от перепада температур. Технический результат достигается линией производства железнодорожной шпалы из полиэтилена высокой плотности, в том числе вторичного сырья, с наполнителями, которая включает шредер измельчитель роторный для вторичных полимеров, из которого полученный измельченный полимер – сырье поступает в бункер. Далее из него конвейером сырье поступает в смеситель. Также в смеситель поступает наполнитель минеральный или наполнитель, состоящий из вторичного подготовленного материала, такого как: стекло или измельченная резиновая крошка от автомобильных покрышек, текстильный корд. После смешивания композитная смесь поступает по конвейерам в экструдеры двухшнековые, для подготовки нагретой массы композитного материала. Причем шнеки экструдеров имеют покрытие от налипания. Двухшнековые экструдеры выдают разогретую массу композитного материала в матрицу пресс-формы. Затем пресс-форма подается под пресс гидравлический, где формуется изделие. Стенки пресс-формы имеют рубашку для подачи охлаждающей жидкости. После пресс-форма выходит из пресса, а сформированное изделие продвигается далее и опускается в емкость с водой для охлаждения. Вода в этой емкости охлаждается с помощью чиллера или при помощи градирни. При этом пресс-форма имеет возможность размещения Х-образного армирования по всей длине шпалы.

Линия производства железнодорожной шпалы из полиэтилена высокой плотности, в том числе вторичного сырья, с наполнителями, включающая шредер измельчитель роторный для вторичных полимеров, из которого полученный измельченный полимер – сырье поступает в бункер, далее из него конвейером сырье поступает в смеситель, также в смеситель поступает наполнитель минеральный или наполнитель, состоящий из вторичного подготовленного материала, такого как: стекло или измельченная резиновая крошка от автомобильных покрышек, текстильный корд, после смешивания композитная смесь поступает по конвейерам в экструдеры двухшнековые, для подготовки нагретой массы композитного материала, причем шнеки экструдеров имеют покрытие от налипания, двухшнековые экструдеры выдают разогретую массу композитного материала в матрицу пресс-формы, затем пресс-форма подается под пресс гидравлический, где формуется изделие, стенки пресс-формы имеют рубашку для подачи охлаждающей жидкости, после пресс-форма выходит из пресса, а сформированное изделие продвигается далее и опускается в емкость с водой для охлаждения, вода в этой емкости охлаждается с помощью чиллера или при помощи градирни, при этом пресс-форма имеет возможность размещения Х-образного армирования по всей длине шпалы.