Установка для изготовления пленок из полимерных материалов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Научно-исследовательский институт поразработке машин и оборудования для переработки пластических масс, резин и искусственной кожи УкрНИИпластмаш(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯПЛЕНОК ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к оборудованиюдля переработки пластмасс и м, б. использовано в установках с ручным или автоматическим регулированием разнотолщинностипри производстве листов и пленок. Цель изобретения - повышение производительностиустановки и качества изготавливаемых плеИзобретение относится к машинам и оборудованию для перерабогки пластмасс в изделия, в частности к технологическим линиям для изготовления пленок или листов из пластиков методом экструзии, и может быть использовано в установках с ручным или автоматическим регулированием поперечной разнотолщинности при производстве указанных изделий.Целью изобретения является повышение производительности установки и качества изготавливаемых пленок.На фиг. 1 показана схема установки для производства пленок из полимерных материалов; на фиг. 2 - фрагмент поперечного разреза формующей головки этой установки в месте размещения одного из термоболтов. 2нок. Для этого установка содержит экструдер, формующую головку с корпусом, верхней упругодеформируемой и нижней неподвижной губками. В корпусе установлены термоболты с полостями для подачи в них хлад- агента. Термоболты размещены в теплообменных кожухах, которые подпружинены со стороны упругодеформируемой губки. В термоболтах выполнены радиальные отверстия для сообщения полостей с камерами. Камеры образованы между термоболтами и теплообменными кожухами. В корпусе головки выполнены отверстия для сообщения камер с атмосферой. Теплообменные кожухи снабжены завихрителями потока хладагента, Между упругодеформируемой губкой и термоболтами размещены упорные теплоизоляционные шайбы. При работе установки происходит нагрев термоболтов, термическое их расширение. Это изменяет положение упругодеформируемой губки и зазор фсрмующей щели. Устройство управления следит за температурой термоболтов, регулируя величину зазора и толщину изделия. 2 з.п. ф-лы, 2 ил,Установка для изготовления пленок из в,) полимерных материалов (фиг. 1) содержит экструдер 1, соединенный с формующей головкой 2, приемное 3 и намоточное 4 устройства, толщиномер 5, соединенный с уст- Ю ройством 6 управления толщиной пленки. (,ф Устройство 6 содержит ЭВМ 7 и исполнительные механизмы (ИМ) 8, пневматические выходы которых с помощью штуцеров 9 для подачи хладагента соединены с термо- ф болтами 10, выполненными с резьбовой частью, количество которых соответствует количеству исполнительных механизмов 8,формующая головка 2 (фиг. 2) содержит корпус 11 с электронагревателями 12, нижнюю неподвижную 13 и верхнюю упругодеформируемую 14 губки, между которыми образована формующая щель 15. В резьбо 1570928вой части корпуса 11 установлены термоболты 10 с полостями 16 для подачи в них хладагента. Термоболты 10 помещены в теплообменные кожухи 17 и установлены с возможностью контактирования с верхней упругодеформируемой губкой 14.В термоболтах 10 выполнены радиальные отверстия 18 для сообщения полостей 16 с камерами 19, которые образованы между термоболтами 10 и установленными с зазором к ним теплообменными кожухами 17.Теплообменные кожухи 17 подпружинены посредством распорной пружины 20 со стороны верхней губки 14 и установлены с возможностью упора в корпус 11 головки 2, в котором выполнены отверстия 21, расположенные в зоне контактирования с камерами 19 и служащие для сообщения их с атмосферой. Полости 16 подключены к штуцерам 9 посредством подвижных соединений, позволяющих вращать термоболт 10 при неподвижном штуцере 9. Вращение термоболта 10 с целью грубой установки зазора формующей щели 15 осуществляется либо вручную гаечным ключом, взаимодействующим с головкой 22 термоболта 10, либо с помощью автоматического сканирующего устройства (не показано), последовательно обслуживающего все термоболты 10. В последнем случае на головке 22 нарезаются зубья, входящие в зацепление с ведущей шестерней сканирующего устройства. Подвижное соединение штуцеров 9 с термоболтами 10 осуществляется с помощью накидных гаек 23 и уплотнений 24, выполненных, например, из резиноподобного материала типа ФСК (МРТУ 6 - 07 - 1012 - 63) с рабочей температурой в диапазоне - 70 в +350 С. В качестве материала термоболтов может быть использована бронза Бр АЖ 9 - 4 л,Теплообменные кожухи 17 снабжены завихрителями 25 потоков хладагента, а верхняя упругодеформирующая губка 14 - упорными теплоизоляционными шайбами 26 для контактирования с термоболтами 10 и, выполненными из материала с низким коэффициентом теплопроводности, например из регированной жаростойкой стали. Внутренняя и наружная поверхности термоболтов 10 могут быть оребрены.Установка работает следующим образом, Вначале производят стартовый разогрев до заданной температуры корпуса 11 формующей головки 2 с помощью электронагревателей 12, а также цилиндра экструдера 1. В результате непосредственного контакта термоболтов 10 с корпусом 11 по резьбовой поверхности происходит их разогрев, причем наличие телообменных кожухов 17 на рабочей части термоболтов 10 снижает теплопотери в окружающую среду. В результате температура рабочей части за счет высокой теплопроводности бронзы становится практически. равной температуре корпуса 11 фор распре- рабочей оценена мующей головки 2. Действительно, деленность температуры по длине части термоболта 10 может быть с помощью критерия Био:В= --ЕЯ ) 1,5 - 2 Вт/(мС) - приведенный коэффициент теплоотдачи от поверхности термоболта 10 в окружающую среду, полученный с учетом наличия кожуха 17 на рабочей части термоболта 10;0,14 - длина рабочей части термоболта;40 Вт/(мС) - коэффициент теплопроводности бронзы,гдеа= 10 2 Х 0,14Учитывая, что значение В =ФО=0,007 намного меньше единицы, распределенностью температуры по длине рабочей части термоболта 10 можно пренебречь. За счет надежного теплового контакта с корпусом 11 термоболт 10 при отсутствии его охлаждения принимает температуру весьма близкую температуре корпуса 11 головки. 20 25 В штуцере 9 с помощью исполнительных механизмов 8, например управляемых мембранных клапанов, подают хладагент, например сжатый воздух, причем его расход уста. иавливают равным половине максимального значения. Воздух из штуцеров 9 поступает в полости 16 термоболтов 10, из них через радиальные отверстия 18 в камеры 19 и далее через отверстия 21 в атмосферу. При этом происходит охлаждение рабочей части термоболта 10 до некоторой исходной температуры 1 о, для которой справедливо неравенствово1 в(1 О(1 х, (2) 40 45 5055 где 1 и 1 к - температура соответственно воздуха и корпуса головки.Благодаря наличию завихрителей 25 потока хладагента интенсифицируется охлаждение наружной поверхности рабочей части термоболтов 10,После этого включают экструдер 1, приемное 3 и намоточное 4 устройства, и расплав полимера из экструдера поступает в формующую головку 2, из которой в виде заготовки попадает на охлаждающие валки приемного устройства 3, и далее в виде готовой пленки - на намоточное устройство 4, Ввиду того, что окружная скорость пленки на поверхности приемного валка в несколько раз превышает скорость выхода заготовки из формующей головки 2, происходит ее вытягивание вдоль оси рулона. Одновременно толщиномер 5 производит измерение толщины пленки поперек рулона и данные о распределении толщины поступают в устройство 6 управления, где обрабатываются1570928 850 3,32 10270 + (12 2,9210+ 2 8,79 10) 20 отмдко 8503,32 10+ 122,92 10+ 28,79. 10-з с помощью ЭВМ 7. При этом на основании данных измерения распределения толщины пленки или листа вначале производят грубую калибровку формующей щели 15 путем вращения термоболтов 10 вручную или с помощью автоматического сканирующего устройства, а затем функции управления поперечной разнотолщинностью готового продукта передают автоматической системе регу лирования, осуществляющей точную калибровку. В соответствии с обнаруженным отклонением толщины пленки от заданного значения на участке, соответствующем месту установки термоболта 10 или группы термоболтов 10, система вырабатывает управляющие воздействия на мембранные клапаны, управляющие подачей воздуха к этим термоболтам 1 О. Если пленка на данном участке оказалась толще заданного значения, вырабатываются сигналы на снижение подачи воздуха к соответствующим термоболтам 10. При этом одновременно происходят два явления: снижается интенсивность охлаждения самих термоболтов 1 О изнутри и снаружи, что способствует повышению их температуры, и увеличивается подвод теплоты от корпуса 11 формующей головки 2 к термоболтам 10. Последнее обусловлено тем, что скорость воздуха в отверстиях 2 корпуса 11 уменьшается и улучшаются условия подвода теплоты от основного массива формующей головки 2 к участку ее корпуса 11, расположенному между термоболтом 10 и отверстиями 21. В результате интенсивность теплопередачи от формующей головки 2 к термоболтам 1 О возрастает, что также повышает их температуру.Увеличение температуры термоболтов 10 приводит к их термическому расширению дополнительной упругой деформации верхней упругодеформируемой губки 14 и уменьшению зазора формующей щели 15 в соответствующем месте, что приводит к снижению толщины пленки на данном участке.При уменьшении толщины пленки относительно заданного значения система автоматического регулирования вырабатывает сигналы на увеличение подачи воздуха к термоболтам 1 О, Это обеспечивает интенсификацию внутреннего и наружного охлаждения термоболтов 1 О и одновременно отсекают возможность подвода к ним теплоты от корпуса 11 формующей головки 2 за счет более интенсивного охлаждения поверхности отверстий 21. В результате температура рабочей части термоболтов 10 и их длина уменьшаются, что приводит к увеличению зазора формующей щели 15, а также толщины готовой пленки на данном участке.Таким образом, температура рабочем части термоболтов 10 всегда остается в пределах, оговоренных неравенством (2), которое при переработке, например, поли- амида численно выражается следующим образом: Б 20 С(1; (270 С.Причем по мере увеличения расхода воздуха относительно исходного установочного значения (половины максимально возможнос го расхода) температура 1 становится мень О ше значения 1 о и приближается к температуре воздуха 1 Наоборот, по мере его уменьшения выполняется неравенство 1.)1 о и значение 1 приближается к температуре корпуса головки 1.Благодаря наличию на верхней упругодеформируемой губке 14 упорных теплоизоляционных шайб 26, выполненных из материала с низким коэффициентом теплопроводности, исключается нежелательное влияние изменений температуры термоболтов 1 О на температуру верхней упругодеформируемой губки 14.Определим пределы изменения температуры термоболта 10 в двух крайних режимах - при отсутствии подачи воздуха к термоболту 10 и при ее максимальном значении. В первом случае уравнение теплового баланса термоболта 1 О имеет видК (1. - 1.) =а. (1. - 1, с)+аЬ(1 с - 1, с), (3) где К и 5 к - коэффициент теплопередачи иплощадь поверхности контакта 30 термоболта с корпусом головки;1 к, 1 т, 10 с - температура соответственно корпуса, термоболта и окружающей среды;а, 5 - коэффициент теплоотдачи от открытой части термоболта в окружающую среду и площадь поверхности открытой части;а, Я - приведенный коэффициент теплоотдачи от закрытой кожухом части термоболта в окружаю щую:реду и площадь поверхности закрытой части.Из уравнения (3) можно определить температуру термоболта: Бк к + (т Ь са 8 а ) ос45 1 к +81 + с 8Для термоболта общей длиной 0,18 м сдлиной рабочей части 0,14 м, диаметрами рабочей части 0,02 м и внутренней полости 0,01 м имеем следующие значения постоянных: К=850 Вт/(м" С); 8=3,32 10м; 0 ссай=12 Вт/(м С); 8=2,92 10м, а==2 Вт/(м С), 82 = 8,79 10 з м; 1 л = = 270 С; 1 ос=20 С.Подставляя эти значения в равенство (4),имеем следующую максимальную температуру термоболта:(6) 10 40 При подаче воздуха к термоболту уравнение теплового баланса преобразуется к виду/КЬк(1 к - 1 т) =а Ь 1(Ь - 1 ос) +азиз(Т. - Т.) (5) где аз, з - коэффициент теплоотдачи от внутренней и наружной поверхности термоболта к охлаждающему воздуху и площадь поверности теплообмена; температура воздуха и прилеающего к термоболту участка орпуса, ограниченного канаами (при максимальном рас 850 3,32 1021 б + 12 2"ф 8503,3210+ 12 2,92 10 Таким образом, диапазон изменения температуры термоболтов составляет М.=1 М", 1.пи=265,4 - 169,7=95,7 100 С.Учитывая, что длина рабочей части термоболта 10 составляет 1=0,14 м, а коэффициент его линейного термического расширения равен ас.=1,32 101/град, получаем диапазон изменения длины термоболта, а следовательно, и величины зазора формующей щели равным11=1 сс Д 1 Т=0,14 1,32 10 з 100=185 10 6 м = =185 мкм.При заданнойтолщине полиамидной пленки, лежащей в пределах 20 - 200 мкм, и допустимом отклонении от заданной толщины -1-10 Я полученный диапазон изменения величины зазора в автоматическом режиме является достаточным, Действительно, даже при максимальной толщине пленки 200 мкм и четырехкратной ее вытяжке зазор формующей щели должен составлять 200 Х 4= =800 мкм, а требуемые пределы его изменения (+-10 Я) - -+80 мкм. Эти пределы перекрываются расчетным удлинением термоболта Л 1/2, составляющим 92,5 мкм,В предложенной установке за счет минимальной массы термоболта 10 максимально развитой поверхности его теплообмена с охлаждающим воздухом, а также за счет отсутствия влияния теплоемкости теплообменного кожуха 17 на инерционность управляющего воздействия повышается размерное качество получаемых изделий и обеспечивается повышение производительности установки при изготовлении листов и пленок из полимерных материалов.Формула изобретения1. Установка для изготовления пленок из полимерных материалов, содержащая экструдер с формующей головкой, приемное и ходе воздуха можно принять 6=0,81 к) .Из уравнения (5) определяем температуру термоболта: При максимальном расходе воздуха имеем следующие значения постоянных:6=216 С; аз=60 Вт/ (м С); 5 з = = 14,55 10 з мПодставляя эти значения в равенство (6) имеем следующую минимальную температуру термоболта; 10-з . 20+бО. 14 44. 10" , 25з . 6014,44 10-з намоточное устройства, толщиномер, связанный с устройством управления толщиной пленки, причем формующая головка выполнена в виде корпуса с нижней неподвижной и верхней упругодеформируемой губками и снабжена электронагревателями и термоболтами с теплообменными кожухами, размещенными вокруг них, при этом термоболты связаны с корпусом резьбовым соединением, установлены с возможностью контактирования с верхней упругодеформируемой губкой и имеют штуцера для подачи хладагента, связанные с устройством управления толщиной пленки, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности установки и качества изготавливаемых пленок, в термоболтах выполнены полости для подачи в них хладагента и радиальные отверстия для сообщения полостей с камерами, которые образованы между термоболтами и установленными с зазором к ним термообменными кожухами, причем теплообменные кожухи выполнены подпружиненными со стороны верхней упругодеформируемой губки и установлены с возможностью упора в корпус головки, в котором в зоне контактирования с камерами выполнены отверстия для сообщения камер с атмосферой, а полости в термоболтах посредством подвижных соединений соединены со штуцерами для подачи хладагента,2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что термоболты снабжены установленными в теплообменных кожухах завихрителями потоков хладагента. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что верхняя упругодеформируемая губка головки снабжена упорными теплоизоляцион ными шайбами, размещенными в зоне контакта с термоболтами.Составитель И.Техред А. КравчукТираж 541 пинцевКорре Подпи Ловца к обретениям и открыт Раушская наб., д. Патент, г. Ужгород дарственного комитета по и113035, Москва, Ж - 35 енно-издательский комбинат изводств Редактор М. Бандура Заказ 1480НИИПИ Госу тор Э. овасноеям при ГКНТ СССР4/5ул. Га гари на, 1 О 1