Червячный пресс для переработки полимерных материалов Советский патент 1982 года по МПК B29F3/01 B29F3/02 

1

Изобретение относится к об;1асти полимерного машиностроения, в частности к червячным машинам для переработки термопластичных материалов.

Известен червячный пресс для переработки полимерных материалов, содержащий приводной червяк, расположенный в цилищфе, снабженном камерой дегазации, в которой свободно установлен вал с нарезкой, а на вершинах витков червяка нарезаны эвольвентные зубья, находящиеся в зацеплении с нарезкой вала 1 .

Недостатком этого червячного nptecca является то, что эвольвентные зубья, расположенные параллельно продольной оси червяка, идеально способствуют так называемому эффекту пристенного скольжения, при котором материал без сопротивления с большой ско.ростью противоточно скользит по звольвентным канавкам, увеличивая и без того значительный градиент скорости сдвига, -имеющий место в зазоре между гребнем червяка и .стенкой цилиндра, и следовательно,, увеличивая тепловыделения которые пропорциональны

квадрату градиента скорости с/лвига материала. Повышенные тепловыделения уменьшают вязкость полимера и напряжения сдвига в системе, т.е. ухудшается процесс переработки полимера.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является червячный пресс для переработки полимерных материалов, содержащий корпус, червяк, на винтовой нарезке которого

10 выполнены расположенные под углом к продольной оси червяка сквозные канавки, и привод вращения червяка.

Сквозные канавки в известном червячном прессе имеют постоянное поперечное сечение

15 на входе и выходе из винтовой нарезки червяка и могут обеспечить улучшение смесительного эффекта, так как через них от витка к витку может обмениваться в обратном направлении перерабатываемый материал,

при этом обратный поток материала на входе в канавку и на выходе из нее имеет постоянную степень обжатия и, неизменный объем 2. 3 Недостатком известного червячного пресса является 1шзкое качество переработки материала, что обусловлено низкой эффекпш1 остью его охлаждения, определяемой значительным сопротивлешюм перемещеш1ю материала, особе1шо обратных его потоков, имею щих nocTOHirayio степень обжатия. Цель изобретеюш - повышение качества переработки материала за счет интенсификации его охлаждения. Указанная цель достигается тем, что в чер прессе для переработки полимерных материалов, содержащем корпус, червяк, на винтовой нарезке которого вьшолне1п 1 расположенные под углом к продольной оси червяка сквозшле канавки, и привод вращеШ я червяка, согласно изобретегаю сквозные канавки расположены зигзагообразно и вьшол нены с переменным поперетаым сечехшем, плавно увелишвающимся в сторону, npOTitBOположную осевому перемещению материала, а угол наклона сквозных канавок выбран равным углу в 1утреннего трения материала Сквозные канавки выполнены с переменным поперечным сече}шем - входное сечение канавки знаштельно {в 2-3 раза) меньше поперечного сечения ее на выходе, т.е локал поток перерабатьюаемого материала, в сильно обжатом состоянии поступая через ма лое поперечное сечение на входе в канавку, перемещаясь вдоль ее претерпевает адиабатическое рас1пирение, пропорциональное увеличен 11о площадки поперечного сечения канавки в направлеьши перемещения обратного потока Этот процесс сопровождается понижением температуры локального потока полимера, послед шй, перемешиваясь с основным потоком, С1шжает общую температуру смеси в червячном прессе. Зигзагообразное расположение канавок искусственно увеличивает длину пути (канавки), по которой проходат локаль}1Ь1Й поток материала 9 целью получешш максимального перепада поперечного сечения канавки на входе и выходе (в связи с ограга1ченнон толщиной винтовой нарезкн червяка), т.е. увеличивается разрешающая способность канавки в части обеспечения адиабатического расширения материала. Зигзагообразное расположение канавок получает взаимное эффективное перемешивазше попартлх локалышх обратных потоков с основным прямым потоком материала (и исключить их нежелательную лобовую встречу), т.е. потоков, претерпевших в сквозньи канавках адиабатическое расширение и имеющих более низкую температуру, с основным потоком с более высокой температурой с целью С шжеш1я и вырав1швания температуры смеси .в целом. Причем, выполнение сквозных канавок под углом к оси червяка, больншм угла внутреннего трения материала, нецелесообразно, так как резко возрастает сопротивление перемещению материала по сквозным канавкам, что ашзит эффективность охлажде1тя локальных обратных потоков материала, обеспечиваемого расншре шем его при перемещении по даффузорным канавкам. На фиг. I изображен червячный пресс для переработки полимерных материалов (вертикальное исполнеш1е), общий вид; на фиг. 2разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - продольное сечение Б-Б на фиг. 2 (сквозной канавки, расположенной а гребне червяка); на фиг. 4 - поперечное сечение В-В канавки постоянной ширины b на фиг. 5; на фиг. 5 схема зигзагообразного расположения сквозных канавок на гребне червяка на длине одаого витка (сечение Г-Г на фиг. 2); на фиг. 6 - узел 1 на фиг. } с исполнением канавок с увеличением их ширины Ь в сторону, противололожную осевому перемещению материала. Червячный пресс для переработки полимерных материалов содержит корпус 1 (фиг. 1 и 2) с располохсенным в нем червяком 2, взаимодействующим через редуктор 3 с приводом 4. Для обеспечения возможности осевого смещения червяка 2 в процессе работы перегрузках (так называемой игры червяка), последний установлен с поджатием пружинами S. Профилирующая головка 6 установлеш на рассекателе 7 (торпеде), укрепленной на концевой части 8 корпуса 1 и предаазначенной для noBbiiiieifflH зффективности смешения и гомогенизации. На гребне 9 (ивфиной t) червяка 2 (фиг. 2, 3, 4, 5 и 6) выполнена нарезка в виде сквозных канавок 10, образованных боковыми стенками П и днищем 12 и зигзагообразно расположенных под углом Г к нррдольной оси 13 червяка 2, равным углу внутреннего трения перерабатываемого материала. Расположение сквозных канавок 10 под указанным углом вьшолнено с целью снижения градиента скорости сдвига (и в конечном счете к уменьше1Шю тепловыделений) и исключения так называемого эффекта пристенного скольжения, при котором материал почти без сопротивлеш1я с предельной скоростью скользит по гладким стешсам 11 сквозных (Каиавок 10 (и приводит к з еличению гравдента скорости сдвига перерабатьшаемого материала и выделению тепла). Ллище 12 каждой канавки 10 выполнено с затыловкой, т.е. с уклоном под углом j в сторону, противоположную осевому переме58щению перерабатываемого материала (тшс, что сквозные канавки 10 имеют переменную глубину по ширине f греб1ю 9 червяка 2). Причем максимальная ширина сквозной канав ки 10 вьтолнена из условия исключения сквозного перемещения частиц материала в направлении, параллельном продольной оси 13 червяка 2. С целью эффективности понижения температуры перерабатываемого материала сквозные канавки 10 выполнены с увеличением ширины (фиг. 6) их с b до Ь {основ ной вариант исполнения) в сторону, противоположную осевому перемещению перерабатываемого материала. Таким образом, поперечное сечение каждой сквозной канавки 10 плавно увеличивается в сторону, противоположную осевому перемещению материала, а сквозная канавка уподобляется диффузору, соориентированному в этом направлении. Для загрузки полимерным материалом вертикально установленного пресса предусмотрена загрузочная воронка 14. В предлагаемом червячном прессе переработка полимерного материала происходит еледующим образом. Материал автоматически или вручную подается в загрузочную воронку 14 и поступает в зону пластикации червяка 2, совершая в межвитковых каналах его вращательное и поступательное движение. Известно, что возникающий в червячных прессах градиент скорости сдвига материалапрямо прогюрционапен окружной скорости червяка 2 и обратно пропорционален величине зазора S между гребнем червяка 2 и внутренней стенкой корпуса 1 пресса (фиг. 2) Сдвиговое деформирование материала реализуется в указанном малом зазоре, где имеет место максимальный градиент скорости сдвига Действительно, в указанном зазоре S скорость материала изменяется от нуля до номинала в Направлении осевого пе{)емещения. Известно, что энергия, которая выделяется в текущей вязкой системе, и следовательно, образующееся при зтом тепло, возрастают про порционально квадрату градиента скорости сдвига. гЛаскольку вязкость полимерных материалов, а, следовательно, и напряжения сдвига их, уменьшается с повышением температуры, в предлагаемом прессе температура перерабатьшаемого полимера в процессе работы ниже, чем в известных подобных прессах, что обеспечено вышеуказанными скозными канавками 10 на гребне 9 червяка 2. Снижение температуры материала канавками происходит следующим образом. Масса перерабатываемого материала находится в межвитковых каналах червяка 2 и в сквозных канавках 10 его гребня 9. Векторы скорости течения материала в межвитковых каналах червяка 2 и сквозных канавках Ю его гребня 9 различны по знаку и величине. Следовательно, (1-я причина) на участках с малым градиентом скорости сдвига материала, температура последнего будет значительно ниже (так как тепловыделения прямо пропорциональны, как указано выше, квадрату градиента скорости сдвига). При попадании в так назьгеаемую заборную часть сквозной канавки 10, материал, перемещаясь противоточно ПС сквозной канавке 10, поступает в ее более широкую и глубокую зону и претерпевает адиабатическое расширение, сопровождающееся понижением температуры (2-я причина). Кроме того, локально перемещаемый по сквозным канавкам 10 материал образует встречные под углом 2 Г потоки, что способствует равномерному перераспределению температуры по всей массе материала и эффективности смещения. Вьшолнение на гребне червяка 2 зигзагообразно расположенных канавок переменного сечения обеспечивает локальное снижение градаента скорости сдвига перерабатываемого материала и его локальное адиабатическое расширение, что приводит к требуемому снижению температуры материала и в конечном итоге к повышению сдвиговых деформаций его, являюищхся характеристикой качества переработки полимеров. Кроме указанного следует отметить, что материал транспортируется продольно не пассивно, как пробка, а активно, т.е. претерпевает возвратное перемещение через сквоз ные канавки в гребнях червяка с одновременной частичной противоточной дегазацией, что повышает эффективность продольного смещения, пластификацию и сдвиговую деформацию, причем частацы материала, находящиеся сначала рядом, через сквозные канавки разносятся далеко друг от друга, что обеспечивает в целом для машины широкий спектр рабочих времен. Предлагаемое изобретение обеспечивает снижение температуры перерабатьшаемого материала, так как сквозные канавки подобной геометрии играют роль своеобразной спонтанной системы охлаждения и в совокупности с системой охлаждения, выполненной в корпусе пресса (не показана) повышают эффективность и надежность указанной комбинированной системы охлаждения и, следовательно, червячного пресса.

Формула изобретения

Червячный пресс для переработки полимерных материалов, содержащий корпус, червяк, на винтовой нарезке которого выполнены расноложе1шые нод углом к продольной оси червяка сквозные канавки, и привод вращения червяка, отличающийся тем, что, с целью повышения качества переработки материала за счег интенсификации его охлаждения, сквозшле канавки расположены зигзагообразно и выполнены с переменным поперешым сечением, плавно увеличивающимся в сторону, противоположную осевому перемещению материала, а угол наклона сквозных канавок выбран равным углу внутреннего

трения материала.

Источники информации, принятые во внимание нри экспертизе

1.Авторское свидетельство-СССР № 487779, кл. В 29 F 3/03, 1974.

2.Патент СССР № 688112, кл. В 29 F 3/02, 1976 (прототип).

f2

&-B

6

фиг.Ъ

фиг. ft

11