Экструдер для дегазации полимерных материалов

ав делен нзебретеннЯ н етврытнЯ(72) Авторы изобретения Иностранная фирма(54) ЭКСТРУДЕР ДЛЯ ДЕГАЗ АЦИИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ О Изобретение относится к экструдерам, обеспечивающим дегазацию и моднфицнрование, приэтом в них осуществляется непосредственно дегаэацня, удаление растворителя и модифицирование синтетических смол,Известен экструдер для дегазации полимерньи материалов, содержащий корпус, расположенный в нем шнек, включающий зону рифления, размещенную между нарезками шнека, иотверстие для отвода газов в стенке корпуса,выполненное над зоной рифления 111.Недостаток такого экструдера состоит в том,что масса, находящаяся под давлением в зонернфлений и на рабочей стороне выступов нарезкишнека, при некоторых условиях имеет тенденцию вь;ходить через отверстие для отсоса газови этим его блокировать,Ближайшим по технической сущности к предложенному экструдеру является экструдер длядегазации полимерных материалов, содержащийцилиндр, смонтированные в нем основной ивспомогательный параллельные шнеки с винтовой нарезкой, приводом их противоположноговращения и последовательно расположенными участками питания, замешивания, смешения, подачи, сжатия, смешения, подачи, выполненноев цилиндре на участке питания загрузочное отверстие, регулировочный поршень, размещенныйна участке эамешивания, н вентиляционное отверстие, расположенное на участке смешивания,причем основной шнек выполнен с длиной, пре.вышающей длину вспомогательного шнека, иимеет участок дозирования после последнегоучастка подачи, а винтовые нарезки шнеков научастках пит;.ния и подачи сопряжены междусобой наружными поверхностями 121.Недостаток этого экструдера состоит в том,что он не обеспечивает интенсивного процессадегазации ввиду того, что возникают значительные обратные потоки смолы, при этом не соэ.дается необходимое давление смолы на передние участки цвеков, н не обеспечивает моди.фикации материаловЦель изобретения - интенсификация процесса дегазации и обеспечение модификации полимерных материалов,Это достигается благодаря тому, что участокэамешивания каждого шнека выполнен в виде00054 4лагаться фактически ниже вентиляционного от.верстия "ж", участок "в", подачи, участок "е" сжатия, участок "д" сменения должны разме.щаться фактически ниже вентиляционного отверстия "з", Основной шнек 3 снабжен допол. 15 55 смонтированных по оси шнека размещенного под регулировочным поршнем регулировочного кольца, наружный диаметр которого выполнен равным наружному диаметру шнека, запирающе. го кольца с диаметром, превышающим наружный диаметр шнека, и расположенных между ними по винтовой линии по меньшей мере на половине шага винтовой нарезки шнека штырей, причем цилиндр на участке замешивания внпол, нен с каналом для подачи воды, а витки нарезки шнеков на участках смешения смещены отно сительно друг друга на половину шага.На фиг. 1 изображен предложенный экстру. дер, общий вид; на фиг, 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг, 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; иа фиг. 4 - сечение В-В на фиг, 1( в увеличенном масштабе); на фиг. 5 - сечение Г-Г на фиг. 1,На фиг. 1 и 2 представлен предпочтительный вариант практического осуществления данного изобретения, где главный приводной вал 1 вращается в одном направлении с помощью не по. казанных на чертеже приводных устройств, а вспомогательный приводной вал 2 приводится во вращение в противоположном направления с помощью приводных устройств, присоединенных при работе соответственно к основному 3 и вспомогательному 4 шнекам с помощью соответствующих соединительных устройств. Основной и вспомогательный шнеки 3 и 4 установлены с возможностью вращения параллельно цилиндру 5, который окружен внешней рубашкой 6, предназначенной для обеспечения нагрева или охлаждения, В цилиндре 5 предусмотрено верхнее загрузочное отверстие "а" и ниж. нее загрузочное отверстие "б", расположенное на самом его конце, в результате чего в отверстия "а" и "б" можно загружать расплавленную синтетическую смолу, имеющую температуру 130 - 320 С, и расплавленную синтетическую смолу, имеющую очень низкую вязкость. Сиитети.,кческая смола, загружаемая через загрузочное отверстие "а" или "б", перемешается в цилиндре 5 с помощью как основного, так и вспомогательного шнеков 3 и 4, которые вращаются в противоположных направлениях, как это пока. зано на фиг, 2 стрелкой, и которые обычно выполнены в виде правосторонних или левосто. ронних винтов. Шнеки 3 и 4 разделены соответственно на различные участки, т.е, участки подачи "в," - "вз", эамешивания "г", смешения "д"1, "д" и сжатия "е". Основной и вспомогательный шнеки 3 и 4 выполнены (в порядке направления от их концов, расположенных вбли зи приводных валов 1 и 2) так, что участок "в", подачи должен располагаться выше нижне. го загрузочного отверстия "б" и ниже верхнего загрузочного отверстия "а", участок "г" замешивания и участок "д", смешения должны распо 20 25 30 35 40 45 50 кительно участком "и" доэирования, расположенным последовательно с участком "в"з пода.чи. При этом наружные поверхности участков. винтовой нарезки 7 главного и вспомогательного шнеков расположены так, что прилегают друг к другу в тех участках, где шнеки 3 к 4 соприкасаются друт с другом соответственноучастками в, - вэ подачи (см, фиг, 3). На замешивающем участке шнеки 3 и 4 снабжены ре.гулировочиыми кольцами 8, внешний диаметркоторых равен фактически внешнему диаметру этих шнеков, и запирающими кольцами 9,внешний диаметр которых несколько больше внешнего диаметра регулировочных колец 8,при этом регулировочные 8 и зишрающие 9 кольца установлены соответственно на главном и вспомогательном шнеках 3 и 4 определенным образом в поперечном направлении по отноше. нию друт к другу, так что они фактически сопрягаются друт с другом. В центре регулировочных колец 8 обоих шнеков 3 и 4 находится регулировочный поршень 10, который размещен с возможностью скольжения внутри гицравлического цилиндра 11, прикрепленного к цилиндру 5 в его верхней части, так что поршень 10 может перемещаться вверх и вниз при работе цилиндра 11 (см. фиг. 5). В этом случае следует иметь ввиду, что донная часть поршня 10 имеет такую конфигурацию, что она фактически сопрягается с внешними периферийными поверхностями обоих регулировочных ко. лец 8, В дополнение к этому основной и соответственно вспомогательный пвеки 3 и 4 снабжены рядом штырей 12, размещенных между регулировочными 8 и запирающими 9 кольцами, при этом штыри 12 располагаются соответственно по спиральной линии, угол которой фактически такой же или противоположный тому, который имеет витки нарезки 7 шнеков 3 и 4, причем они выступают по крайней мере на половину шага нарезки 7. Цилиндр 5 имеет канал 13 для воды в сопле 14, расположенный в части, находящейся ниже шнеков 3 и 4, где размещены штыри 12 так, как это показано на фиг. 2,Сопло 14 имеет такую конфигурацию, что вода, подаваемая в него по каналу 13 под давлением, толкает в полую камеру клапана 15, выполненную в верхней части сопла 14,шарик 16, и вода впрыскивается в расположенные напротив друт друта участки шнеков 3 и 4в цилиндре 5 через канал 17 для выхода воды,выполненный в стенке камеры клапана 15.700054 Участки "д, и "д смешения, расположенные ниже соответственно первого и второговентиляционных отверстий "ж", "з", выполне.ны в верхней части переднего участка цилиндра 5, и нарезки 7 основного и вспомогательного шнеков 3 и 4 смещены на половину шага в тех местах, где витки нарезки сопрягают.ся друг с другом в участках д" "д" смешения, в то время как внешние поверхностинарезки 7 обоих шнеков соприкасаются сновав участках "в", "в", подачи, которые непосредственно соединяются с участками "д""д"т смешения (см, фиг, 2),На участке "е" сжатия зазор под шнекомделается постепенно меныде, чем зазор в предшествующих ему участках "в"т подачи, так чтона нем можно воздействовать давлением непосредственно на смолу перед вторым вентиляционным отверстием "э".Участок "и" дозирования предусмотрен толь.ко на основном шнеке 3, причем в нем зазормежду цилиндром и ашеком постепенно сужа.ется по сравнению с предшествующим емуучастком "в"з поцачн так же, как и на участ.ке "е" сжатия, при этом образуется дозирующий участок "к",Нижнее загрузочное отверстие "б" используется для подачи расплавленной смолы, имеющей низкую вязкость, при этом, когда используется верхнее загрузочное отверстие "а", нижнее загрузочное отверстие "б" закрывается соответствующей крышкой. Когда нужно использовать нижнее загрузочное отверстие, верхнеезагрузочное отверстие может быть использовано в качестве вентиляционного отверстия дляудаления через него летучих веществ, выходящих из расплавленной смолы. Работает экструдер следующим образом, Поскольку на участках в, - вз подачи на. ружные поверхности нарезки 7 основного и вспомогательного шнеков 3 и 4 выполнены так, что они соприкасаются друг с другом, обеспечивается воэможность передачи расплавленной смолы внутри сопрягающихся участков нарезки 7 обоих шнеков 3 н 4, как это показано на фиг, 3, так что можно осуществлять подачу смолы под давлением. Соответственно расплавленная смола, подаваемая через верхнее "а" или нижнее "б" загрузочные отверстия принудительно перемещается вперед за счет реализации этой возможности. На этом этапе путем регулирования поршня 10 так, чтобы изменять количество подаваемой смолы, можно регулировать по желанию количество подаваемой смолы путем приведения в действие цилиндра 11. Следовательно, регулируемое количество смолы принудительно перемешается через зазор, образованный между регулировочными кольцами 8 и внутренней стен 6кой цилиндра 5, и далее через зазор, образованный между запирающими кольцами 9 и внут- . ренней стенкойцилиндра 5. Поскольку внешний диаметр запирающего кольца 9 немного больше, чем диаметр регулировочного кольца 8, расплавленная смола имеет тенденцию заполнять зазорт,е. участок "г" замешивания, образованный меж.ду обоими кольцами 8 и 9, так что она может быть сжата внутри участка "г", На этой стадии осуществления способа в имеющую высокуютемпературу смолу впрыскивается через сонно14 вода, после чего вода и смола подвергают.ся фактически смешиванию, так что содержа.шиеся в смоле летучие вещества уносятся вмес-15те с паром, образованным при испарении водыпод действием тепла, переносимого смолой, ивыходящим через первое вентиляционное отверстие "ж",Принцчпиальное значение впрыскивание во 20ды имеет в тех случаяхкогда обработке подвергаются смолы, имеющие менее летучие компоненты, так как вода обеспечивает их дегазацию, В этом случае, поскольку в смесительиых25участках "д" "д" нарезки 7 основного 3 ивспомогательного 4 шнеков смещены на половину шага, смола, подаваемая этими шнеками,переворачивается между обоими шнеками 3 и4, в результате чего обеспечивается значительно30лучшее и интенсивное перемешивание, Следовательно, происходит активная смена поверхнос.тей смолы в смесительных участках "д", и"д"2, в результате чего может быть обеспеченаэффективная дегазация.Когда концентрация летучих веществ, содер.35жащнхся первоначально в расплавленной смоленастолько велика, что требуемый уровень дегазации не может быть обеспечен только эа счетиспользования вентиляционного отверстия "ж"40 и вентиляционного Отверстия 3могут бытьпредусмотрены, если это необходимо, дополнительные вентиляционные отверстия так чтоколичество летучих составляющих может бытьдоведено до уровня, который ниже требуемогозначения концентрации этих веществ. Крометого, в этом случае в вентиляционное отверстие "э", а также в другие отверстия можетвпрыскиватъся вода, поступающая непосредственно на их передние участки подобно тому,как зто осуществляется в вентиляционном отверстии "ж", для обеспечения лучшей дегаэации.Может возникнуть необходимость в том, чтобыс помощью шнеков 3 и 4 подавать расплавлен.ную смолу вперед под давлением на участки,расположенные за вторым вентиляционным отверстием "з", что определяется особенностямигранулятора, который присоединяется к переднему концу зкструдера. Передние концы основ,ного и вспомогательного шнеков 3 н 4 могут700054 7быть выполнены так, что давление смолы, раз.виваемое иа участках передних концов указан.ных шнеков, будет непосредствеюю приклады.ваться к ним в виде довольно значительнойосевой нагрузки, но поскольку расстояние между шнеками 3 и 4 относительно небольшое, вдвухшнековом зкструдере могут быть установлены подшипники, выдерживающие такую боль.шую осевую нагрузку, величина которой соответствует нагрузке одношнековых экструдеров. 10Однако поскольку основной шнек 3 согласноизобретению выполнен в передней части какшнек одношнекового экструдера, давление, ко.торое оказывает смола на переднюю часть вспо.могательного шнека 4, невелико, Поэтому осевое усилие, воздействующее на шнеки, воспринимается в основном одним основным шнеком3, а подшипники, устанавливаемые на переднемконце основного шнека 3, могут выдерживатьвысокую осевую нагрузку. создаваемую высо- Оким давлением смолы. Поэтому зазор междуосновным шнеком 3 и внутренней стенкой пилиндра 5 может быть сделан меньшего размерадля того,.чтобы предотвратить наличие обратно.го потока смолы и свести его к минимуму.Следовательно, согласно предложенномуизобретению можно легко осуществить дозирование для обеспечения стабильной экструзии научастке основного шнека. Например, при пере.работке обычного этилена температура последнего понижается путем впрыскивания во внутрьего большого количества воды, в результатеэто вещество легче поддается сдвиговым деформациям, что облегчает дегазацию газообразногоэтилена, причем в это же время смола может З 5подвергаться воздействию сдвиговых усилий,осуществляемых в участке "и" дозирования основного шнека 3.Таким образом, данное изобретение позволяет интенсифицировать процесс дегазации полимеров и, следовательно, понизить. загрязнениеокружающей среды и атмосферы,8Формула и э о бр е тени я Экструдер для дегаэации полимерных мате. риалов, содержащий цилиндр, смонтированные в нем основной и вспомогательный параллельные шнеки с винтовой нарезкой, приводом их противоположного вращения и последовательно расположеннымиучастками питания, замещива. ния, смешения, подачи, сжатия, смешения, подачи, выполненное в цилиндре на участке питания загрузочное отверстие, регулировочный поршень, размещенный на участке замешивания, и вентн. ляционное отверстие, расположенное на участке смешивания, причем основной шнек выполнен с длиной, превышающей длину вспомогательного шнека, и имеет участок дозирования после последнего участка подачи, а винтовые нарезки шнеков на участках питания и подачи сопряже. ны между собой наружными поверхностями, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью интенсификации процесса дегазации и обеспечения модификации полимерных материалов, участокэамешивания каждого шнека выполнен в виде смонтированных по оси шнека размещенного под регулировочным поршнем регулировочного коль. ца, наружный диаметр которого выполнен равным наружному диаметру шнека, запирающего кольца с диаметром, превышающим наружный диаметр шнека, и расположенных между ними по винтовой линии по меньшей мере на половине шага винтовой нарезки шнека штырей, причем цилиндр на участке эамешивания выполнен с каналом для подачи воды.а витки нарезки шнеков на участках смешения смещены относительно друг друга на половину шага. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Шенкель Г. Шнековые прессы для пластмасс. - Л., ГХИ, 1962, с. 244 - 245.2, Патент США Р 3070836, кл. 264 - 40,опублик, 1963 (прототип), 700054