Экструдер самоочищающегося типа

(19) х ИЕ ИЗО ИСА ЕТЕН Н ПАТЕНТУ Бюл ы 187,опубстоян а второ ени ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ(71) Секисуи Кагаку Когио КабусикиКайся (ЗР)(54)(57) 1, ЭКСТРУДЕР САМООЧИЩАЮЩЕГОСЯ ТИПА, содержащий цилиндр, и поменьшей мере два червяка, смонтированных с воэможнОстью взаимозацепления и вращения в одном направленииотносительно осей вращения, совпадающих с центральными осями червяков,и с возможностью контактирования в,любом положении по меньшей мере научастках червяков, размещенных в продольном направлении экструдера, поконтуру поперечного сечения одногоиз червяков, расположенному перпен-.дикулярно центральным осям червяков,. в одной точке с контуром поперечногосечения другого червяка, причем каждый из червяков выполнен по меньшеймере с двумя нарезками, верхняячасть первой из которых смонтирова-на в контакте с внутренней поверхностью цилиндра, а часть контура по 9 С 47/40; В 29 В 7/48 перечного сечения, образованная верхней частью первой нарезки, выполнена в виде дуги с радиусом,. равным Р/2, и с центром дуги, размещенным на.центральной оси червяка, при этомверхняя часть второй нарезки расположена с зазором относительно внутренней поверхности цилиндра и образована дугообразным участком контура поперечного сечения червяка, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения эффективности и интенсивности перемешивания материала, зазор между верхней частью второй на-резки и внутренней поверхностью цилиндра ;ыбран в виде постоянной величины 3, определяемой из соотношения к / 100о с Н/2, а дугообразный участок контура второй .нарезки образован радиусом, равным к /2- 3, с центром дуги, размещенным на центральной оси червяка, где Й - наружный диаметр червяка, определяемый величиной удвоенного вертикального максимального расстояния от верхней части . первой нарезки червяка до центральной его оси, Н - глубина канала червяка, рав ная- 1 где 4 - межцентровое расие взаимозацепляющихся червяков.2, Экструдер по п,1, о т л и ч ю щ и й с я тем, что постоянная величина.3 зазора между верхней частьюй нарезки и внутренней поверхностью цилиндра определена из соотнош я к /50 с 8(Н/2, где В и Н имеют указанные значения.1190979 оставитель Л.Кольцоваехред А;Кикемезей Коррект Шанд Редак ПодписноСР каз 7 тная,ород, ул,П 008/62 Тираж 644 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 113035, Москва, Ж-Э 5, Р1 11Изобретение относится к типу многочервячного экструдера самоочищающегося типа и может быть использовано в промышленности переработки полимеров.Известен экструдер самоочищающегося типа, содержащий два червяка, смонтированные с возможностью взаимо- зацепления и вращения в одном направлении относительно осей вращения, совпадающих с центральными осями червяков 19 .Функция экструдера такого типа заключается в устранении пульсаций производительности или скорости вытеснения смеси, которые вызываются блокированием порошками в зоне перемещения твердого вещества и/или зоне пластикации, и предотвращении ухудшения выцавливания, вызываемого прилипанием дегенерированных продуктов в зоне транспортирования расплава.90979 2 Наиболее близким к изобретению потехнической сущности и достигаемомурезультату является экструдер само 20очищающегося типа, содержащий цилиндр 5 90 95 Таким образом, в данном экструдере самоочищающегося типа путь, по которому течет сырье; полностью за- . висит от канала червяка, в который первоначально подается сырье.Полимер, который поступил в один канал червяка, ни частично, ни полностью не объединится с сырьем в смежных каналах, т.е, обмен сырьем между каналами одного червяка и между каналами двух находящихся в зацеплении червяков не происходит.Таким образом, недостаток данного экструдера - невысокая способность перемешивания и диспергирования поданного в него полимера. и по меньшей мере два червяка, смонтированных с возможностью взаимозацепления и вращения в одном направле Данный экструдер используется в пластикации, расплавлении и перемешивании полимерных материалов. Экструдер самоочищающего типа имеет особую конструкцию, определяемую контуром червяков в поперечном сечении под прямым углом к их осям, Он со 30 держит по меньшей мере два червяка, приспособленных для вращения в одном направлении, каждый из которых имеет однУ или несколько нарезок, и которые находятся в таком отношении, З 5 что в любом положении по крайней мере в части червяков., которая расположена в продольном направлении экструдера, контур одного червяка в поперечном сечении, взятом под пря- ф мым углом.к оси червяка, находится в прочном контакте в одной точке с контуром в том же самом поперечном сечении находящегося с ним в зацеплении другогочервяка.Вершины нарезок каждого из червяков в данном экструдере самоочищающего типа находятся в прочном контакте с внутренней поверхностью стенки цилиндра,. а каждый канал червяка образует пространство, фактически полностью изолированное от соседних каналов. Б соответствии с этим сырье, подаваемое в один канал одного червяка, при вращении червяков йеизбеж но 99 ереиещается в канал другого червяка. Затем оно движется к одному канаЛ 1 первого червяка и т.д. нии относительно осей вращения, сов"падающих с центральными осями червяков, и с возможностью контактирования в любом положении по меньшей мерена участках червяков, размещенных впродольном направлении экструдера, поконтуру поперечного сечения одногоиз червяков, расположенному перпендикулярно. центральным осям. червяков,в одной точке с контуром поперечногосечения другого червяка, причем каждый из червяков выполнен по меньшеймере с двумя нарезками, верхняячасть первой из которых смонтированав контакте с внутренней поверхностьюцилиндра,а часть контура поперечного сечения, образованная верхней частью первой нарезки, выполнена в видедуги с радиусом, равным 8 /2, и сцентром дуги, размещенным на центральной оси червяка, при этом верхняя часть второй нарезки расположенас зазором относительно внутреннейповерхности цилиндра и образована дугообразным участком контура поперечного сечения червяка 21. В известном экструдере благодаря наличию двух нарезок разной высоты обеспечивается перемешивание материала при сохранении преимуществ экструдера самоочищающегося типа, основанное на обмене полимером между примыкающими каналами червяка в осевом направлении червяков и между ка(1) й1-Ь налами двух находящихся в зацеплении червяков.Недостаток изЪестного экструдера заключается в том, что в нем не обеспечивается интенсивное сдвигающее действие на материал между поверхностью стенки цилиндра и данной поверхностью каналов червяка .при сохранении высокой скорости выдавливания, по- . скольку в экструдере отсутствуют данные о конкретном выполнении нарезок червяков. Объясняется этот факт следующим образом;Обычно величина сдвигающей силы червяка, независимая от свойств сырья и условий работы, задается произведением средней скорости сдвига (градиент скорости) и времени. Так как время зависит от изменения размеров червяка в осевом направлении, скорость сдвига у поверхности стенки цилиндра представляет собой параметр, характеризующий действие сдвига, которьп": взаимосвязан с. формой экструдера в его поперечном сечении, взятом под прямым углом к его оси.Скорость сдвига (г ). у поверхности стенки обычно пропорциональна Н/ Н (, о В/Н), где В - наружный диаметр каждого червяка, а й в . глубина канала червяка. Если обозначить30 расстояние между осями двух находящихся в зацеплении червяков через то, так как Н = 8 -., можно составить. следующее уравнение: Как видно из уравнения (1), скорость сдвига у поверхности стенки 40увеличивается, если расстояние ь между осями червяков приближается к наружному диаметрунарезки червяка,и, таким образом, глубина Н каналачервяка уменьшается. 45С.уменьшением глубины Н каналачервяка объем находящейся в зацеплении части червяков уменьшается и,следовательно, время, в течение которого сырье подвергается сдвигающему действию, уменьшается. Это приводит к снижению действия по перемешиванию полимера и резкому падениюпроизводительности,Нарезки содержащего несколько 55червяков известного экструдера самоочищающего типа имеют один и тот же.наружный диаметр Ц . Если 8 и , постоянны, то глубина Н =(М-) каналаопределяется однозначно, поэтомускорость сдвига у стенки также определяется однозначно. Это.означает,что для того, чтобы получить интен 1190979Предпочтительной/5 цоН/Я,45Наружньй диаметр червяка указывает на величину, получаемую удваиванием максимального вертикальногорасстояния от вершины нарезки червяка до его центральной оси.Экструдер в варианте по фиг.З содержит два червяка с одним и тем женаружным диаметром (фиг.1 и .2), каждый из которых имеет две нарезки.Различие заключается в том, что вто время, как в варианте осуществления конструкции по фиг.1 и 2 в кажзор между верхней частью второй нарезки и внутренней поверхностью ци"линдра выбран в виде постоянной ве.личины 3, определяемой из соотношения 8 /100 .4 оН/2, а дугообразный участок контура второй нарезкиобразован радиусом, равным 9 /2- 3,с центром дуги, размещенным на центральной оси червяка, где Й - наружный диаметр червяка, определяемыйвеличиной удвоенного вертикальногомаксимального расстояния от верхнейчасти первой нарезки червяка до центральной его оси, Н - глубина каналачервяка, равная 8 - 1, где- межцентровое расстояние взаимозацепляющихся червяков,Кроме того, постоянная величина3 зазора между верхней частью второй нарезки и внутренней поверхностью цилиндра определена из соотношения К /50Рай/2, где 8 и и имеютуказанные значения.Благодаря конкретному выполнениюпрофиля червяков обеспечиваетсяциркуляция полимера между смежнымиканалами одного червяка и каналамидругого червяка,На фиг.1 представлен вариант выполнения экструдера, сечение,в частичервяка, вид в плане,на фиг,2сечение А-А на фиг.1, на фиг.З -второй вариант выполнения экструдера, сечение в части червяка, нафиг.4 - то же, вариант выполнения,"на фиг.5 и 6 - контуры червяков впоперечном сечении цилиндра, взятомпод прямым углом к оси червяка экструдера, содержащего.по две нарезки на червяке.Червяки, использующиеся в экструдере, имеют по меньшей мере две.нарезки, Теоретически может бытьобразовано любое количество нарезок,но в предлагаемом экструдере предпочтительны червяки, каждый из которых имеет от двух до четырех нарезок,Несколько червяков, встроенных впредлагаемый экструдер, имеют. одини тот же наружный диаметр. Но онимогут иметь и отличающиеся один отдругого наружные диаметры. Предлагаемый экструдер может иметь поменьшей мере два таких червяка.Экструдер самоочищающего Типа(фиг.1) имеет два червяка 1 и 1/ содним И тем же наружным диаметром,каждый из которых имеет две нарез 1 О 15 20 25 30 35 40 ки. Червякии 1 расположены вцилиндре 2 и имеют нарезки соответственно 3 и 3 , вершины 4 и 4 ко-.торых находятся в прочном контакте с внутренней поверхностью стенкицилиндра 2, а нарезки 5 и 5 с вершинами 6 и 61 отделены от внутренней поверхности стенки цилиндра 2заранее заданным радиальным зазоромФормы поперечных сечений червяков1 и 1 зеркальны относительно другдруга (фиг,2), В любой промежуточнойфазе вращения контур поперечного сечения червяка 1 находится в прочномконтакте с контуром поперечного се-,1чения червяка 1 только в однойточке. Формы поперечных сеченийчервяков 1 и 1 обычно проектируютсятаким образом, чтобы точка контактаР ( Р ) падала,на линию соединениягребней а и Ь цилиндра 2,Термин в прочном контактеозначает, что два элемента находятсяво фрикционном контакте один с другим с обеспечением возможностискольжения, либо два элемента обращены один к другому с таким небольФшим зазором между ними, что полимер,предназначенный для перемешивания ивыдавливания, фактически не проходитчерез них.Радиальный зазор о может изменяться соответственно применению экструдера в следующих диапазонах наружного диаметра (Я) червяка и глубины,(Н= 1-1) канала червяка, определяемойрасстояниеммежду осями находящихся во взаимном зацеплении червяков,Я/100 с Я с Н 2 дом. червяке две нарезки существуютнезависимо одна от другой, присущиеварианту осуществления конструкциисогласно фиг.З две нарезки на каждом,червяке сходятсяфи образуют одну нарезку неправильной формы. Как видноиз фиг.З, экструдер согласно этомуварианту осуществления конструкциисодержит два червяка 7 и 7(, каждыйиз которых имеет две нарезки 8 и 9,или соответственно 8 и 9 . Из4фиг.З видно, что две нарезки соединены с целью получения конструкцииобъединенной нарезки 10, вершинакоторой находится в прочном контактес внутренней поверхностью стенки цилиндра 11, а плоскость 12 отделена 15от внутренней поверхности стенкицилиндра 11 заранее заданным радиальным зазором 3 .В варианте осуществления конструкции экструдера, представленном на 20фиг.З, в поперечном сечении червяков,взятом под прямым углом к оси червяка, идущей в продольном направленииэкструдера, контур червяка 7 находится в прочном контакте с контуром 253червяка 7 только в одной точке, арадиальный зазор соответствует зазору, полученному регулировкой радиального зазора 3 нарезок 5 и 5 червяков1 и 1 экструдера, показанного на З 0фигэ 1 ДО половиныН (Р 1)2глубины Н= Я. канала червяка, т,е.эта нарезка имеет специальную формус наибольшим возможным радиальнымзазором,35Экстр удер, показ анный на фиг. 4,содержит два червяка 13 и 13(, каждыйиз которых имеет три нарезки 14, 16/и 15 йли соответственно 14 16 иЭ15 . Каждая из вершин 17 и 17 нарезок 16, 16 имеет радиальный зазорд относительно внутренней поверхности стенки цилиндра 18, а остальныевершины 19 и 20 или 19( и 20 нарезок 14 и 15 или 14 и 15 находятся 451в прочном контакте с внутренней поверхностью стенки цилиндра 18.В экструдере по фиг.4 только однаиз трех нарезок имеет радиальный зазор относительно внутренней поверхности стенки цилиндра, однако можносконструировать такие червяки, чтобывершины двух нарезок из трех имелирадиальные зазоры относительно внутренней поверхности цилиндра. Радиальные зазоры двух нарезок могут бытьодинаковыми либо отличаться один отдругого,Ниже более подробно описан способ проектирования конструкции поперечного сечения червяков, используемых в предлагаемом экструдере, включающем дна червяка с одним и тем же наружным диаметром, каждый иэ которых имеет две нарезки (фиг.1 и 2), Червяки согласно другим вариантам осуществдения конструкцйи изобретения могут быть сконструированы точно таким же образом. Контуры поперечных сечений двух находящихся в зацеплении червяков показаны на фиг.5 и 6, из которых видно, что контур поперечного сечения червяка, взятого под прямым углом к его оси, представляет собой комбинацию групп дуг М, СЦ, ЕГ и .С,Н с осью в качестве центра и группу кривых ВЕ , ГО , АС, и ЙС , определяемых методом аналитической геометрии. На фиг.5 представлен контур одного червяка в поперечном сечении, взятом под прямым углом к его оси, в фазе, при которой вершина одной нарезки сходится с гребнем р цилиндра. На фиг.6 показан подобный вид, на котором вершина одной из нарезок червяка находится в Фазе некоторого отклонения от гребня Ь цилиндра.Контур 21 внутренней поверхности цилиндра определяет экструдер, характерный для изобретения, В результате, расстояниемежду осями 0 и 0 двух червяков 22 и 22 определено.Из того обстоятельства, что вершина одной нарезки находится в прочном контакте с контуром 21 цилиндра, может быть определен наружный диаметр к червяка.если на фиг.5 угол (. Ь О 3 , образованный 11 - прямой линией С О образующей угол 45 с горизонтальной . осью ц -и , проходящейчерез оси 04Ви 0 и прямой линией о -О , соеди няющей гребень в цилиндра с осью 0 равен ю /2, то дуга Й может быть выражена, как дуга, имеющая радиус К/2 с центральным углом ш./2 по обеим сторонам прямой линии О -С. Эта дуга йВ определяет контур вершины нарезки, который находится в прочном контакте с внутренней поверхностью стенки цилиндра.Дуга ЕГ представляет собой дугу, имеющую радиус (1, - -) с центральныйми углом ш./2 по обеим сторонам пря 1190979