Червячно-дисковый экструдер для переработки полимерных материалов Советский патент 1990 года по МПК B29C47/78 B29C47/80 

Изобретение относится к оборудованию для переработки полимерных материалов экструзией и может быть использовано в химическом и полимерном машиностроении.

Целью изобретения является получение материалов с заданными свойствами и повышение их качества за счет управления тепловыми режимами диска.

На чертеже представлен червячно- дисковый экструдер, продольный разрез .

Экструдер содержит корпус 1 с загрузочным отверстием 2, рабочий орган в виде полого конического червяка 3 и связанного с ним подвижного диска 4 с полостью 5 для частичного заполнения теплоносителем, коаксиальные конические трубки 6 и 7, установленные внутри полого червяка 3 и полого диска 4 и образующие внутреннюю полость 5 червяка 3 и диска 4, при этом трубка 7 является внутренней, а грубка 6 по отношению в ней - наружной.

Торцовые стенки, закрывающие внут- ренюю полость 5 червяка 3, а также стенки коаксиальных трубок 6 и 7 и диска 4, образуют кольцевые поверхности, которые на участках между червяком и торцом внутренней трубки 7 имеют капиллярно-пористую структуру 8, а торцовая стенка трубки 7 в этом месте - гладкая. С противоположной диску 4 стороны торцовые стенки, закрывающие полость 5 червяка 3 и конических коаксиальных трубок 6 и 7, выходят за габариты экструдера, при этом поверхность на участках между червяком 3 и торцом внутренней трубки 7 гладкая, а торцовая поверхность трубки 7 имеет капиллярно-пористую струк туру 8. Наружные торцовые стенки с противоположной диску 4 стороны, выходящие за экструдер, выполняются сребренными и к ним подводится хладо- агент, например воздух, а на наружной поверхности внутренней трубки 7 расположен нагреватель 9,

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Продольные конусные стенки 10, 11 соответственно червяка 3 и наружной трубки 6 обращены большим основанием в сторону диска 4, а конусная стенка 12 внутренней трубки 7 обращена большим основанием в сторону хвостовика червяка 8.

Торцовые стенки, прилегающие к диску 4, имеют заправочные штуцеры , служащие для откачивания воздуха из полостей диска 4 и трубок 6 и 7, а затем для заправки их теплоносителем, После заправки теплоносителем штуцеры 13-15 тщательно запаиваются и закрываются колпачком. Количество теплоносителя выбирают так, чтобы он полностью заполнял всю капиллярную структуру 8 с образованием некоторого избытка в виде лужи. В режиме охлаждения хладоагент, например воздух, от вентилятора подается на оребренную поверхность наружных торцовых стенок в хвостовике червяка 3; в режиме нагрева теплоноситель, находящийся в капиллярно-пористой структуре 8 трубки 7, нагревается от нагревателя 9.

Экструдер работает следующим образом.

Полимерный материал, подаваемый в загрузочное отверстие 2, захватывается и транспортируется червяком 3. В процессе транспортировки материал разох- ревается и уплотняется, превращаясь в расплав, причем окончательное получение расплава необходимого качества происходит в зазоре между корпусом 1 и диском 4, особенно на выходе расплава в формующую головку. Расплав, находящийся в зазоре, имеет по крайней мере, три области, в которых осуществляются характерные течения; в области I, расположенной у периферии дисков 4, круговая скорость высока и гораздо больше радиальной. На этом участке превалируют касательные напряжения & , под действием которых происходит интенсивное сдвиговое деформирование первоначальной дисперсии и В области II, расположенной по торцу наружной трубки 6, касательные & и разделительные 5 напряжения по величине сопоставимы. Сдвиговые деформации становятся со- поставимы с радиальными, В этой области происходит релаксация напряжений, образовавшаяся волокнистая структура распадается, образуя частицы, размер которых меньше первоначально поступивших в зазор. В области III, расположенной по торцу внутренней трубки 7, радиальные напряжения постоянно увеличиваются и превышают ка- сательные sfS , Происходит переориентация потока расплава, при которой радиальное течение превалирует над окружным. Для этой области характерно ссотношечие компонент тензора нап- ряжений tjs V0 .

На основании изложенного следует, что наибольшее количество диссипатив- ного тепла выделяется в области I и

реноса тепла в трубке 7 происходит аналогично описанному, только направлен он в противоположную сторону, поэтому конусность стенок трубки 7 противоположна направлению конусности во внутренней полости червяка 3 и труб ки 6. Так как на участке III происходит конденсация теплоносителя, циркулирующего в трубке 7, то наличие капиллярной структуры 8 здесь не нужно, потому что она будет задерживать стека ние конденсата. Аналогично она не нужна на противоположных поверхностях в хвостовике червяка 3, на которых происходит конденсация.

Изменяя температуру и количество подводимого хладоагента на сребренных поверхностях, изменяем температуру на торцовых стенках, прилегающих к подвижному диску 4, а следовательно, и температуру перерабатываемого материала на этих участках, благодаря чему можно получать расплав с заданными

Изобретение относится к оборудованию для переработки полимерных материалов экструзией. Цель изобретения - получение материалов с заданными свойствами и повышение их качества за счет управления тепловыми режимами диска. Червячно-дисковый экструдер содержит размещенный в корпусе рабочий орган в виде полого червяка и связанного с ним диска. Диск выполнен с полостью для частичного заполнения теплоносителем. В полости рабочего органа размещено средство термостатирования в виде двух коаксиальных трубок. Внутренняя поверхность червяка и коаксиальные трубки выполнены коническими. Наружная трубка и внутренняя поверхность червяка обращены большим основанием конуса в сторону диска. Внутренняя трубка обращена большим основанием конуса в сторону хвостовика червяка. Внутренняя поверхность диска на участках между червяком и торцом внутренней трубки и торцовая стенка последней с противоположной диску стороны выполнены с капиллярно-пористой структурой. Изменяя температуру и количество подводимого хладагента, а также температуру торцовых стенок, прилегающих к диску, можно менять температуру перерабатываемого материала, а следовательно, получать расплав с заданными свойствами. 1 ил.

наименьшее в области III. Следователь- 25 свойствами.

но, изменяя подводимый поток, можно добиться получения требуемого качества расплава и управлять процессом экструзии в областях I и III.

Рассмотрим управление процессом переноса тепла во внутренней полости 5 червяка 3 и диска 4, а также в трубке 6, Диссипативное тепло, выделяющееся в расплаве, на участке I и частично на участке II передается через стенку диска 4 капиллярной структуре 8 и находящемуся в ней теплоносителю. Теплоноситель испаряется и образовавшийся пар транспортируется к более холодным выходным торцовым стенкам, выходящим за экструдер и имеющим наружное оребрение, куда подводится хладоагент. На внутренних поверхностях этих стенок пар конденсируется и конденсат возвращается по

конусным продольным стенкам 10 и 12 к торцовым стенкам, прилегающим к подвижному диску 4, насыщая конденсатом капиллярную структуру 8. Аналогичным образом происходит перенос тепла в герметичной трубке 7, Вращение червяка 3 и диска 4 способствует стеканию конденсата, В тех случаях, когда к участку III необходимо подводить определенное количество тепла, тепло от нагревателя 9 передается через торцовую стенку большего основания трубки 7 капиллярной структуре 8 и находящемуся в ней теплоносителю. Процесс пе

5

0

Q

0

5

Рассмотрим получение полимерных материалов с заданными свойствами на червячно-дисковом экструцере со встроенными герметичными теипопередающи- ми конусными трубками на примере эк- струдирования из смеси полипропилена - волокнообразующий компонент и полистирола - матрица, взятых в соотношении 30-70% (ПП:ПС). При поддержании температуры на кольцевой поверхности, соответствующей области I подвижного диска, равной температуре плавления матричного полимера, а на кольцевых поверхностях, соответствующих областям II и TII того же диска на выше температуры плавления волокнооб- разующего полимера, получаем материал с повышенным содержанием волокнообра- зования. При переработке других полимерных материалов и смесей, изменяя температуру кольцевых поверхностей в областях I, II, III при помощи встроенных конусных коаксиальных трубок, получаем переменные вязкостные характеристики материалов, которые приводят к изменению их свойств.

Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемого экструдера заключается в получении расплава заданного качества, в получении расплава с новыми свойствами, особенно, когда в процессе переработки участвует смесь термодинамически несовместимых полимеров. Кроме того, управление экстр.удером простое, все средства нагрева и охлаждения вынесены наружу, Эк- струдер обладает хорошими динамическими характеристиками, поэтому удо- бен в процессе управления.

Формула изобретения

Червячно-дисковый экструдер для neрерлботки полимерных материалов, содержащий корпус с загрузочным отверстием, размещенный в корпусе рабочий орган в виде полого червяка и связанного с ним диска с полостью для частичного заполнения теплоносителем и средства термостатирования в виде двух коаксиальных трубок, размещенных в полости рабочего органа, отличающий с я тем, что, с целью получения материалов с заданными свойствами и повышения их качества за счет управления тепловыми режимами диска, коаксиальные трубки и внутренняя поверхность выполнены коническими, при этом наружная- трубка и внутренняя поверхность червяка обращены большим основанием конуса в сторону диска, внутренняя поверхность которого на участках между червяком и торцом внутренней трубки выполнена с капиллярно-пористой структурой, а внутренняя трубка обращена большим основанием конуса в сторону хвостовика червяка и выполнена с торцовой стенкой капиллярно- пористой структуры, размещенной с противоположной диску стороны.