Червячно-дисковый экструдер для переработки полимерных материалов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН О 9 Б (11) 47/78, 47/8 В ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР ель изобретеалов с эаданныние их качества(71) Киевский политехнический итут им. 50-летия Великой Октябрсоциалистической революции(56 ) Авторское свидетельство СССР 1214460, кл, В 29 С 47/78, 198Авторское свидетельство СССРУ 1060491, кл. В 29 С 47/84,. 198 иеи,матер териалов экстру ния - полу че ние ми свойствами и эа счет управле диска, Червячно повыш нсти- ьской говыми режимамий экструдер корпусе рабоо червяка и свя диск щенный иде полосодержит рачий орган взанного с ни иск выполне дис частич олостью дл оло лоносите(54) ЧЕРВЯЧНО-ДИ ПЕРЕРАБОТЮ 1 ПОЛИ (57) Изобретение ванию для перера ОВЫИ ЭКСТРУДЕР ДЛЯ РНЫХ МАТЕРИАЛОВ тносится к оборудотки полимерных ма 5 го заполнениясти рабочегоство термостакоаксиальныхерхность черубки выполненытрубка и внутвяка обращены уса в сторону ка обращена уса в сторонуутренняя поана раэмещенно сред ования н виде двух трубок. Внутренняя пав няка и коаксиальные тр коническими, Наружная ренняя поверхность чер большим основанием кон диска. Внутренняя труб большим основанием кон хвостовика червяка. Вн1558694 верхность диска на участках между червяком и торцом внутренней трубки и торцовая стенка последней с противоположной диску стороны выполнены с капиллярно-пористой структурой, Из 5 меняя температуру и количество подвоИзобретение относится к оборудованию для переработки полимерных материалов экструзией и может быть использовано в химическом и полимерном ма 15 шиностроении.Целью изобретения является получение материалов с заданными свойствами и повышение их качества за счет управления тепловыми режимами диска,20На чертеже представлен червячно- дисковый экструдер, продольный разрез. Зкструдер содержит корпус 1 с за -грузочным отверстием 2, рабочий орган 25в виде полого конического червяка 3 исвязанного с ним подвижного диска 4с полостью 5 для частичного заполнения теплоносителем, коаксивльные конические трубки 6 и 7, .установленныевнутри полого червяка 3 и полого диска 4 и образующие внутреннюю полость5 червяка 3 и диска 4, при этом трубка 7 является внутренней, д трубка 6по отношению в ней - наружной,35Торцовые стенки, закрывающие внутренюю полость 5 червяка 3, а также стенки коаксиальных трубок 6 и 7,и диска4, образуют кольцевые поверхности,которые на участках между червякоми торцом внутренней трубки 7 имеюткапиллярно-пористую структуру 8, аторцовая стенка трубки 7 в этом месте - гладкая, С противоположной диску 4 стороны торцовые стенки, закрыва ющие полость 5 червяка 3 и конических коаксиальныхтрубок 6 и 7, выходят за габариты экструдера, при этомповерхность на участках между червяком 3 и торцом внутренней трубки 750гладкая, а торцовая поверхность трубки 7 имеет капиллярно-пористую структуру 8, Наружные торцовые стенки спротивоположной диску 4 стороны, выходящие за экструдер, выполняютсяоребренными и к ним подводится хладо 55агент, например, воздух, а на наружной поверхности внутренней трубки 7расположен нагреватель 9,димого хладагента, а также температуру торцовых стенок, прилегающих к диску, можно менять температуру перерабатываемого материала, а следовательно, получать расплав с заданными свойствами. 1 ил,Продольные конусные стенки 10, 11соответственно червяка 3 и наружнойтрубки 6 обращены большим основаниемв сторону диска 4, а конусная стенка12 внутренней трубки 7 обращена большим основанием в сторону хвостовикачервяка 8,Торцовые стенки, прилегающие к диску 4, имеют заправочные штуцеры 13-15,служащие для откачивания воздуха изполостей диска 4 и трубок 6 и 7, а затем для заправки их теплоносителем,После заправки теплоносителем штуцеры 13-15 тщательно запаиваются и закрываются колпачком, 1(сличество теплоносителя выбирают так, чтобы он полностью заполнял всю капиллярную структуру 8 с образованием некоторого избытка в виде лужи, В режиме охлаждения хладоагент, например воздух, отвентилятора подается на оребреннуюповерхность наружных торцовых стенокв хвостовнке червяка 3; в режиме нагрева теплоноситель, находящийся в капиллярно-пористой структуре 8 трубкинагревается от нагревателя 9.Экструдер работает следующим образом,11 олимерный материал, подаваемый взагрузочное отверстие 2, захватываетсяи транспортируется червяком 3. В процессе транспортировки материал разогревается и уплотняется, превращаясьв расплав, причем окончательное получение расплава необходимого качества происходит в зазоре между корпусом1 и диском 4, особенно на выходе расплава в формующую головку. Расплавнаходящийся в зазоре, имеет по крайней мере, три области, в которых осуществляются характерные течения; вобласти 1, расположенной у,перифериидисков 4, круговая скорость высокаи гораздо больше радиальной. На этомучастке превалируют касательные напряжения б под действием которыхпроисходит интенсивное сдвиговое деформирование первоначальной диспер5 5586сии и с, с . В области 11, расположенной по торцу наружной трубки 6,касательные су и разделительныенапряжения по величине сопоставимы,Сдвиговые деформации становятся сопоставимы с радиальными, В этой области происходит релаксация напряжений, образовавшаяся волокнистая структура распадается, образуя частицы,размер которых меньше первоначальнопоступивших в зазор, В области 111,расположенной по торцу внутреннейтрубки 7, радиальные напряженияпостоянно увеличиваются и превышают касательные, Происходит переориентация потока расплава, при которойрадиальное течение превалирует надокружным, Для этой области характерно соотношение компонент тензора напгряжений) чуНа основании изложенного следует,что наибольшее количество диссипативного тепла выделяется в области 1 инаименьшее в области 111Следовательно, изменяя подводимый поток, можнодобиться получения требуемого качества расплава и управлять процессом экструзии в областях и 111,Рассмотрим управление процессомпереноса тепла во внутренней полости 5 червяка 3 и диска 4, а также втрубке 6. Диссипативное тепло, выделяющееся в расплаве, на участке 1 ичастично на участке 11 передаетсячерез стенку диска 4 капиллярнойструктуре 8 и находящемуся в ней теплоносителю. Теплоноситель испаряется и образовавшийся пар транспортируется к более холодным выходным торцовым стенкам, выходящим за экструдерн имеющим наружное оребрение, кудаподводится хладоагент, На внутреннихповерхностях этих стенок пар конденсируется и конденсат возвращается поконусным продольным стенкам 10 и 12 к торцовым стенкам, прилегающим к подвижному диску 4 насыщая конденсатом капиллярную структуру 8, Аналогичным образом происходит перенос тепла в 5 О герметичной .трубке 7, Вращение червяка 3 и диска 4 способствует стеканию конденсата, В тех случаях, когда к участку 111 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 94 6реноса 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 111 происхо" дит конденсация теплоносителя, цирку.- лирующего в трубке 7, то наличие капиллярной структуры 8 здесь не нужно, потому что она будет задерживать стекание конденсата. Аналогично она не нужна на противоположных поверхностях в хвостовике червяка 3, на которых происходит конденсацияИзменяя температуру и количество подводимого хладоагента на оребренных 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 свойствами.Рассмотрим получение полимерных материалов с заданными свойствами на червячно-дисковом экструдере со встроенными герметичными теллопередающими конусными трубками на примере экструдирования из смеси полипропилена волокнообразующий компонент и полистирола - матрица, взятых в соотношении 30-707 ( ПП:ПС), При поддержании температуры на кольцевой поверхности, соответствующей области 1 подвижного диска, равной температуре нлэвления матричного полимера, а нэ кольцевых поверхностях, соответствующих областям 11 и 111 того же диска на 5-10 С выше температуры плавления волокнообразующего полимера, получаем материал с повышенным содержанием волокнообразовакия, При переработке других поли-. мерных материалов и смесей, изменяя температуру кольцевых поверхностей в областях 1, 11, 111 при помощи встроенных конусных коаксиальных трубок, получаем переменные вяэкостные характеристики материалов, которые приводят к изменению их свойств.Технико-экономический эффект отвнедрения предла гаемо го э кструдер а з акпючается в получении расплава заданного качества, в получении расплава с новыми свойствами, особенно, когда в процессе переработки участвует смесь термодинамически несовместимых полимеров. Кроме того, управление эк1558694 Формула изобретения Составитель Э. ГольтяковаТехред А.Кравчук Корректор Н.Король Редактор С, Патрушева Тираж 541 Подписное Заказ 306 ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 струдером простое, все средства нагре" ва и охлаждения вынесены наружу. Экструдер обладает хорошими динамическими характеристиками поэтому удоФ5 бен в процессе управления. Червячно-дисковый экструдер для переработки 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, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что, с целью получения материалов с заданными свойствамии повышения их качества эа счет управления тепловыми режимами диска, коаксиальные трубки и внутренняя поверхность выполнены коническими, при этомнаружная трубка и внутренняя поверхность червяка обращены большим основанием конуса в сторону диска, внутренняя поверхность которого на участкахмежду червяком и торцом внутреннейтрубки выполнена с капиллярно-пористой структурой, а внутренняя трубкаобращена большим основанием конусав сторону хвостовика червяка и выполнена с торцовой стенкой капиллярнопористой структуры, размещенной спротивоположной диску стороны,