Устройство для непрерывной экструзии и выдувания тонких пленок пластичного материала Советский патент 1989 года по МПК B29C47/38 B29L23/00 

СМ

Изобретение относится к оборудованию для экструзионного выдувания тонких плен ок из порошка жесткого поливинилхлорида, не содержащих пластификаторов. Пленки м.б.использованы для упаковки пищевых продуктов и имеют стойкость к типографской краске при нанесении рисунков. Цель изобретения - повышение качества получаемой тонкой пленки пластичного материала за счет исключения деструкции перерабатываемого материала. Питающего шнек предварительного сжатия исходного материала расположен в питающем бункере и имеет регулируемую угловую скорость вращения, которая является более высокой, чем постоянная угловая скорость вращения рабочего шнека экструдера. Рабочий шнек включает в себя первую зону подачи, в которой шнек термически изолирован от жидкости теплоносителя, проходящего в осевом направлении сквозь корпус шнека. Кроме того, шнек имеет первую нагреваемую зону сжатия, нагреваемую зону пластификации и нагреваемую зону декомпрессии, зону дегазации, вторую нагреваемую зону сжатия и нагреваемую зону вывода. Шнек заканчивается выдувной фильерой, оснащенной сменным фильтром. При работе предварительно сжатый при подаче исходный материал поступает на шнек, где подвергается быстрому сжатию без термических напряжений в массе поливинилхлорида. Наличие термической изоляции в первой зоне предотвращает налипание и медленное застывание. Выдувная фильера обеспечивает получение пленки поливинилхлорида малой толщины. Изобретение позволяет обеспечить необходимую температурную обработку материала без термических напряжений в нем. 1 з.п.ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к оборудованию для непрерывной экструзии и вьдувания тонких пленок пластичного материала, в особенности пленок из жесткого поливинилхлорида, без

использования пластификаторов, пригодных для упаковки пищевых продуктов.

Цель изобретения - повышение качества получаемой тонкой пленки

3150

пластичного материала за счет исключения деструкции перерабатываемого материала.

Кроме того, целью является обес- печение регулярности подачи перерабатываемого материала к вьдувиой фильере в процессе экструзии и пред- отвр ащения колебаний на ее выходе,

На фиг, 1 показаны основные час- ти устройства,продольное сечение; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг,. 3 - центральная зона устройства, продольньй разрез; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг, 3; на фиг,5 - разрез В-В на фиг, 4; на фиг. 6 - временная диаграмма положения штока дегазационного насоса; на фиг, 7 - продольные участки различных частей шнека экструдера; на фиг. 8 - кольцо разрыва потока; на фиг, 9 - передний конец экструзионного шнека; на фиг, 10 - экструзионная вьщувная фильера с заменяемым фильтром, поперечное сечение,

Устройство для непрерывной экструзии и выдувания выполнено в виде.

экструдера,содержащего цилиндрически корпус 1 с соосно выполненным в нем выходным отверстием 2, закрепленную на корпусе 1 со стороны его выходного отверстия 2 вьйувную фильеру 3 со съемным фильтром 4, соосно смонтированный в корпусе 1 рабочий шнек 5. Рабочий шнек 5 экструдера имеет семь последовательно расположенных различных зон (фиг. 1 и 3) в направлении выходного отверстия 2, На участке, расположенном под питающим бункером 6 для подачи материала, под вергаемого переработке, находится зона Е для ввода исходного материала, В этой зоне рабочий шнек экструдера имеет практически постоянные наружный диаметр, внутренний диаметр и шаг спирали рабоче.го шнека 5 и не имеет теп.ловой нагрузки. Далее расположена вторая зона - зона сжатия и плавления К1, в которой производится незначительньм нагрев, и эта зона расположена за зоной ввода Е, В этой зоне К1 рабочий шнек 5 экструдера имеет постоянный наружный диаметр, увеличивающийся внутренний д1-1ямет 5 (конический ствол),, а шнек 5 имеет пос Г оянный шаг. Далее, за зоной К1 по ходу движения материала расположена -.юна И, предназначенная для 1г.чя(;ти((1икации, гомогенизагщи

г

O 5 0 5

0 0

0

5

и в этой зоне рабочий шт1ек 5 имеет постоянные шаг и наружньп диаметр. Далее за зоной Н расположена нагреваемая зона для декомпрессии D, в которой рабочий шнек имеет постоянный наружный диаметр, значительно меньший диаметр и постоянный шаг. Далее расположена зона G дегазации, которая подвергается нагреванию, и в этой зоне рабочий шнек 5 имеет постоянный внутренний диаметр, которьш меньше, чем все указанные выше диаметры и на этом участке рабочий шнек 5 имеет постоянный шаг, Специальньй насос 7 обеспечивает удаление газа. Далее по ходу движения материала расположена третья зона - нагреваемая зо- зона сжатия К2, в которой рабочий шнек 5 имеет постоянный наружный диаметр, увеличивающийся наружньй диаметр (конический ствол) и постоянный шаг и эта зона следует за зоной де- газагщи G, ,

За зоной сжатия К2 следует разогреваемая зона А вывода материала, в которой рабочий шнек 5 экструдера имеет постоянный наружный диаметр, но этот участок имеет определенную ограниченную длину, постоянньм внутренний диаметр на длине того же участка, и указанный рабочий шнек 5 имеет конический заостренный конец, расположенный вблизи экструзионной вьщувной фильеры 3. Эта зрна рабочего шнека 5 используется для того, чтобы обеспечить экструзию массы полимера в полностью гатастифицированной трубчатой форме путем продувания: трубы в том же самом радиальном направлении и путем растяжения той же самой трубы в продольном направлении,

В питающем бункере 6 смонтирован с возможностью вращения питаюший шнек 8 для предварительного сжатия порошка исходного материала.в холодном состоянии, Питающ11й шнек 6 снабжен средствами (не показаны) регулирования скорости его вращения, большей чем скорость вращения рабочего шнека 5, В рабочем шнеке 5 по всей его длине вьтолнена полость 9 для подачи и отвода циркулируюш;ей внутри рабочего шнека 5 жидкости для отвода вьщеляемого в процессе экструзии тепла от обрабатьтаемого материала в зонах рабочего шнека 5, причем первая зона Е рабочего шнека

5 снабжена тсчп.щ- .олирунчнлм сред- стном 10. Экструяер снабжен см.1нтп- ронанрюй на егч) корпусе 1 со стороны вьиувиой фильеры 3 с образованием выходного канала съемной насадкой

11для замены в вьщувной фитьере 3 со стороны выходного канала съемного фильтра 4. Рабочий шнек 5 экст рудера, выполнен в виде соединеиньк мезвду собой двух последовательных секций с калиброванными, отверстиями

12и 13, расположенными в кольце 14 разрыва потока, для пластификации перерабатываемого материала в месте соединения секций и с возможностью размещения в первой секции первой зоны Е и второй зоны сжатия К1, во второй секции - зоны декомпрессии

D, зоны дегазации, третьей зоны сжатия К2 и зоны вывода А перерабатываемого материала, и в первой и второй секциях - зоны Н пластификации. Устройство снабжено смонтированным с возможностью вращения соединительным узлом (не показан) для подачи и отвода циркулирующей жидкости внутрь рабочего шнека 5 для предотвращения налипания и замедления движения массы перерабатываемого материала и блоком управления (не показан) для постоянного регулирования давления и температуры подаваемой циркулирующей жидкости для предотвращения явления распада в массе перерабатываемого материала в зонах рабочего шнека 5, последовательно расположенных за первой термически изолированной зоной. Рабочий шнек 5 имеет на конце заостренную головку 1 с кольцом 16 разрыва потока.

Устройство работает следующим образом

Из бункера 6 перерабатываемьй материал, который представляет собой смолу жесткого поливинилхлорида в порошкообразной форме, смешанную со-- стабилизаторами и агентами (не содержащую пластификаторы), обеспечивающими скольжение, подается под давлением с помощью подающего шнека 8.(фиг. 2), расположенного в канале, который входит в канал экструдера, в котором вращается рабочий шнек 5 (фиг„ 1).

Поливинилхлорид является очень чувствительным термически при температурах свьш1е . Свыше этих температур происходит его разрушение

01 7

в увеличивающейся степени эя C4e j разделения на хлористоводородную кислоту и углерод. Так, для того, чтобы

- обеспечить плавление и гомогениза- о

цию массы необходимо разогреть массу до температур в диапазоне 175- 190°С и даже 185-205 С для операции экструзионного вьщувания, но это

10 является воэможЕ1ым только путем применения стабилизаторов, которые об-с ладают функцией, п ряде случаев обусловленной синергитическим эффектом, улучшать термическую стабильность по15 лимерной массы. Производство жесткого поливинилхлорида из порошка очень ограничено вследствие низкой термической стабильности массы и вследствие легкого перегрева, который может

2Q иметь место в зонах, где термопровод- ность является низкой, что способствует повреждению экструдированного материала, такому, как например, изменение окраски, образование сетки

25 на поверхности и другие эффекты

вплоть до полного распада с разделением на хлористоводородную кислоту и углерод. Низкие термические нагрузки, возникающие при проведении процесса

2Q экструзии, могут однако вызывать колебания цвета с тенденцией в зеленый цвет у пленок, полученных из безводных смесей, содержащий также добавки,

придающее голубизну. I

35Попытки снизить термические напряжения сталкиваются с необходимостью обеспечить высокие температуры при переработке. Воздействие высоких температур на массу полимера возможно

40 только в течение коротких периодов времени с тем, чтобы избежать повреждения массы. Проблемы, связанные с зкструзионным вьщуванием жестких по- ливинилхлоридных соединений, не со45 держаш 1х пластификаторов, могут быть . разрешены с испапьзованием экструде- ров с одним шнеком, в котором используется шнек типа быстрого сжатия и в котором весь процесс переработки

0 1тротекает на коротком участке за короткое время с тем, чтобы ограничить . насколько это возможно, отрицательное воздействие таких тep o чecкиx напряжений.

5В рабочем шнеке 5 экструдера, показанном на фиг. 7 зона Е соответствует зоне ввода материала, представляющего собой полияшгилхлорид, в порошкообразной форме, смешанный со

стабилизаторами и агентают, обеспечи- ваюи(ими скольжение, но без пластификаторов. С тем, чтобы обеспечить улучшенную однородность исходного материала вдоль рабочего шнека 5 и с тем, чтобы избежать перегрева и термического повреждения исходного материала, cлeдyюи иe две концепции явлл- ются исключительно важными.

Осуществляется предварительное сжатие в зоне подачи за счет взаимодействия между подаюшям шнеком 8 и рабочим шнеком 5 с тем, чтобы обеспечить лучшую термопроводность в массе,

Производится термическая изоляция первой части масляного контура внутри рабочего шнека 5 экструдера с тем, чтобы избежать явления налипания материала, замедлений и пульсаций.

В направлении к концу зоны гомогенизации расположено (фиг.8) кольцо 14 разрыва потока, имеющее калиброванные отверстия 1Z и 13, сделанные для того, чтобы воспрепятствовать нор- мальному течению пластифицированного материала вдоль рабочего шнека 5 экструдера и сделать этот материал более пластичным без увеличения температуры.

Это обеспечивает значительное улучшение условий переработки пластичных материалов и в особенности . жесткого поливинилхлорида, который, является очень чувствительным к уве- личению температуры и способным становиться пластичнымбез особых затруднений при относительно низкой температуре. Шнек 5 заканчивается заостренной головкой 15 (фиг. 9) с указан ным выше кольцом 16 разрыва потока аналогичной кольцу 14 конструкции. Полностью пластифицированный и гомогенизированньш с помощью фильер- ной доски с фильтром 4 (фиг. 10) материал проходит через данал ,к отверстию, фильеры 3 для вьиувания, имеющей концентрическую щель, и выхо - дит через щель фильеры 3 в форме трубы, толщина которой постепенно уменьшается за счет раздувания этой трубы в радиальном направлении и за счет аксиального (осевого) вытягивания этой трубы.

Чтобы изменить степень предварительного сжатия угловая скорость подающего шнека 8 (фиг. 2) изменяется при поддержании постоянной и меньшей угловоС) пкорости рабочего шнека

5 экструдера. Таким образом, оказы- вается возможным легко изменить степень предварительного сжатия, которая может быть подобрана так, чтобы соответствовать различным свойствам исходного материала (таким, как например, значения К для смолы, колебания в различных добавках и т.д..

Эффект, который возникает за счет предварительного сжатия порошка жесткого поливинилхлорида и подвергается- декомпозиции с отделением хлористоводородной кислоты, самоокислением и образованием сетки, может бьп-ь объяснен следуюш;им. Исходный порошок жесткого поливинилхлорида или безводная смесь жесткого доливинилхлорида представляет собой исключительно мягкий материал, который однако характеризуется плохой термопровод- ностью. Если в первой части полости экструдера порошок будет нагреваться в точке, находящейся на периферийной части этого экструдера, то тепло не может быть легко перенесено к центру, массы. Таким образом, если температура в зоне подачи является достаточно высокой, термическое разложение может иметь место в периферийной части этой массы, т.е. в нагретых точках.

Если исходный порошок жесткого поливинилхлорида подвергается предварительному сжатию с начала на участке между подающим шнеком 8 и зоной Е шнека 5 экструдера (фиг.1), то коэффициент теплопроводности исходного порошка поливинилхлорида значительно возрастает, так как масса становится б.олее компактной и тепло, передаваемое в „ направлении к периферической части массы, может быть легко передано к внутренним точкам указанной массы без какого-либо .риска вызвать повреждения материала.

Предлагаемое устройство характеризуется внутренней термической изоляцией рабочего шнека 5 в первой зоне Е полости экструдера, а также подачей материала при предварительном сжатии. Определенное количество мае-, ла подвергается циркуляции внутри-, рабочего шнека 5; это масло вводится через вращающееся соединение, его подача регулируется с помощью внешнего блока управления и масло нахо- дится при температуре, которая i iBHb- ше чем температура массы, подвер гаeMofi oOnnfi iTi-ce, с тем, чтобы удалить Н быгочпое К(лчичество тепла.

Это сделано для того, чтобы избежать термических повреждений. Следовательно, при отсутствии термической изоляции в первой части рабочего шнека 5 масса порошка, подвергнутого предварительному сжатию, нагревая за счет тепла электрических сопротивлений, установленных около полости экс- трудера, поскольку она входит в контакт с поверхностью шнека 5, который имеет более низкую температуру, может быть подвергнута таким явлениям, как налипание и при этом может уменьшаться скорость вращения, что может приводить к внезапным замедлениям с последующим неконтролируемым явлениям проскока массы, подвергаемой пере- 20- сравнению с известными типами фильерработке, и в результате этого будут происходить значительные колебания давления на конце ш нека 5 и недопустимые изменения в потоке массы на выходе из фильеры 3 для вьщувания.

Использование термической изоляции в зоне Е подачи шнека 5 позволяет избежать явлений, связанньк с на-

1ипанием и обеспечить лучшую равно - мерность подачи полимера и стабильность процесса экструзии.

Таким образом получают массу порошка в состоянии, уже соответствующем предварительному сжатию в конце зоны Е (фиг. 1). Массу порошка повторно нагревают относительно высокой температуры без уменьшения при этом скорости поступательного движения, чтобы обеспечить хорошие условия плавления, легкое прохождение массы через калиброванные отверстия 12 и 13 для того и получить на конце рабочего шнека 5 наилучшие условия пластичности, кроме того обеспечить высокое качество продукта при увеличении выхода и снижении стоимости продукта.

В процессе перемещения материала . рабочим шнеком 5 в экструдере происв зоне G с помощ

ходит его дегазация

насоса 7. 1

На диаграмме, представленной на фиг. 6, показан ход в миллиметрах штока дегазирующего насоса 7, как . функция времени, в секундах.

Перемещение вала насоса 7 происходит очень быстро и это соответствует моменту времени Т1, далее происходит рабочий цикл между периодами времени

Т1 и Т2 и затем быстрое рю-эиращсние п в исходное положение момента времени Т2. Затем шток остается в нерабочем положении от момента времени Т2 до ТЗ, далее происходит рабочий цикл в интервале от момента времени ТЗ до момента времени Т4 и т.д.

На выходе из корпуса 1 расплав

проходит через фильтр 4, замена которого легко осуществляется при съеме насадки 11. Затем расплав поступает в выдувную фильеру 3.

Фильерная доска фильеры 3, показанная на фиг. 10 , представляет собой так называемьп тип фильерной доски с поворотным крестом и характеризуется преимуществами, заключающимися в лучшем распределении массы по

5

0

5

0

5

0

5

ных досок сердцеобразной формы, спиральной формы и других типов фильерных досок для экструзии, которые не являются в должной мере пригодными для порошков жесткого поливинил хлорида .

Фильерная доска с фильтром, установленным внутри фильеры 3 для вьду- вания непосредственно перед выходным отверстием, позволяет произвести быструю замену фильтра 4 без проведения разборки экструзионной головки.

Таким образом, наилучший результат процесса экструзии жесткого поливи(Нилхлорида, обеспечивающего высокий выход планки без применения пласти- фикаторов, характеризуемой очень маленькой толщиной, зависит от правильного соотношения между следующими различными факторами:

порошкообразный исходный материал подвергается предварительному сжатию за счет совместного действия подающего шнека 8 и зоны ввода Е экст- рузионного рабочего шнека 5 (фиг.1);

термическая изоляция внутреннего масляного контура части шнека 5 экст- рудера, соответствующей зоны Е, обеспечивает отсутствие налипания и медленного застывания и тем самым обеспечиваются лучшие условия перера- ботки;

быстрое сжатие, обеспечиваемое шнеком 5 экструдера, спроектированного таким образом как было указано выше, обеспечивает требуемые условия сжатия, плавления, дегазации и гомогенизации без создания при этом

термических напряжений finn массы поливинил хлорида;

крестообразный тип вьщувной фильеры 3 обеспечивает получение экстру- зиониой пленки поливинилхлорида, имеющей малую толщину,от 15 мкм, что также является важной выходной характеристикой экструдера в плане его производительности;

заменяемый фильтр 4 позволяет осуществить легкую замену фильтрующей сетки без необходимости при этом разборки фильеры 3 экструдера;

абсолютная равномерность подачи сьфья в экструдер перед сжатием V с тем, чтобы избежать пульсации массы, выходящей через вьиувную фильеру 3 и обеспечить равномерность процесса выхода материала;

реализация в значительно уменьшенном объеме и времени различных фаз - процесса (сжатие, плавление, гомоге- низаи 1я, декомпрессия, дегазация, последующее сжатие и гомогенизация) с тем, чтобы обеспечить хорошее качество продукта с точки зрения его механических характеристик и характеристик внешнего вида;

идеальное распределение расплавленной массы, выходящей из вьщувной фильеры с тем, чтобы гарантировать равномерность толщины пленки.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает получение жесткой пленки поливинилхлорида, пригод- для пищевых целей. Пленка является хорошей и с точки зрения нанесения типографического текста с превосходной стойкостью к типографской

закретшенную на корпусе со стороны его выходного отверстия пьщувиую фильеру со съемным фильтром, соосно

смонтированный в корпусе рабочий шнек с последовательно выполненными в нем по направлению к выходному отверстию корпуса первой зоной для ввода исходного материала, второй зо

10 ной сжатия для экструзии с нагревом расплавленного исходного материала, зоной пластификации, зоной декомпрес сии, зоной дегазации, третьей зоной сжатия и зоной вывода перерабатьша15 емого материала, смонтированный на корпусе питающей бункер для хранения исходного материала и подачи его в первую зону, смонтированный в питающем бункере с возможностью вращения

20 питающий шнек предварительного сжатия порошка исходного материала в хо лодном состоянии и средства регулирования скорости вращения этого шнека большей скорости вращения рабочег

25 щнека, выполненную в рабочем шнеке п всей его длине полость для подачи и отвода циркулирующей внутри рабочего шнека жидкости для отвода вьиеляемо- го в процессе экструзии тепла от об30 рабатываемого материала в зонах рабо чего шнека, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения качества получаемой тонкой пленки пластичного материала за счет исключения деструк ции перерабатываемого материала, пер вая зона рабочего шнека снабжена теплоизолирующим средством, экстру- дер снабжен смонтированной на его- корцусе со стороны вьщувной фильеры с образованием выходного кангша съем

35

.(.A 1ХД. ,UlJl,fJ, J.1V JЛ-.Л A J

краске и эта пленка является в высшей 40 „асадкой для замены в вьщувной

степени пригодной для наиболее важныхфильере со стороны выходного канала случаев применения для упаковки пищевых продуктов и в первую очередь для

.съемного фильтра, а экструдер выпол нен в виде соединенных между собой двух последовательных секций с кали рованными отверстиями для пластификации перерабатываемого материала в месте их соединения и с возможност установки с последовательным размещением соответственно в первой секции - первой зоны и второй зоны ежа тия, во второй секции - зоны декомп рессии, зоны дегазации, третьей зон сжатия и зоны вывода перерабатываемого материала и в первой и второй секциях - зоны пластификации.

упаковки леденцов,упаковываемых путем скручиваний обертки.

Формула изобретения

закретшенную на корпусе со стороны его выходного отверстия пьщувиую фильеру со съемным фильтром, соосно

смонтированный в корпусе рабочий шнек с последовательно выполненными в нем по направлению к выходному отверстию корпуса первой зоной для ввода исходного материала, второй зоной сжатия для экструзии с нагревом расплавленного исходного материала, зоной пластификации, зоной декомпрессии, зоной дегазации, третьей зоной сжатия и зоной вывода перерабатьшаемого материала, смонтированный на корпусе питающей бункер для хранения исходного материала и подачи его в первую зону, смонтированный в питающем бункере с возможностью вращения

питающий шнек предварительного сжатия порошка исходного материала в холодном состоянии и средства регулирования скорости вращения этого шнека большей скорости вращения рабочего

щнека, выполненную в рабочем шнеке по всей его длине полость для подачи и отвода циркулирующей внутри рабочего шнека жидкости для отвода вьиеляемо- го в процессе экструзии тепла от обрабатываемого материала в зонах рабочего шнека, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения качества получаемой тонкой пленки пластичного материала за счет исключения деструкции перерабатываемого материала, первая зона рабочего шнека снабжена теплоизолирующим средством, экстру- дер снабжен смонтированной на его- корцусе со стороны вьщувной фильеры с образованием выходного кангша съем

.(.A 1ХД. ,UlJl,fJ, J.1V JЛ-.Л A J

„асадкой для замены в вьщувной

фильере со стороны выходного канала

5

0

.съемного фильтра, а экструдер выполнен в виде соединенных между собой двух последовательных секций с калиброванными отверстиями для пластификации перерабатываемого материала в месте их соединения и с возможностью установки с последовательным размещением соответственно в первой секции - первой зоны и второй зоны ежа тия, во второй секции - зоны декомпрессии, зоны дегазации, третьей зоны сжатия и зоны вывода перерабатываемого материала и в первой и второй секциях - зоны пластификации.

. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью о6еспечен:ия регулярности подачи пе131500

рерабатьгоаемого материала к вьиувной фильере в процессе экструзии и предотвращения колебаний на ее выходе, устройство снабжено смонтированным с возможностью вращения соединительным узлом для подачи и отвода циркулирующей жидкости внутрь рабочего шнека для предотвращения налипания и замедления движения массы перера-

14

бятываемого материала и блоком управления для постоянного регулирования давления и температуры подаваемо циркулирующей жидкости для предотвращения явления распада в массе перерабатываемого материала в зонах рабочего шнека, последовательно рас- положенных за первой термически изолированной зоной.

Pwe,/

10

Фиг.2

Фаг

- .. yV - С

J Г Г УТ УУТ ЛТгЦ-УГ

Фи,,3

Фиг.5

t.

t. tz

15

IB

tte

/j

I

,

4

I

Фаг.В

tj Ч i.c

/j (V-

/ /

-1

Фиг.8

15

Фи. 9

:

16