Червячный пресс для переработки полимерных материалов

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскнкСоцнапнстнческнкРеспублнк и 899358(54) ЧЕРВЯЧНЫЙ ПРЕСС ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ПОЛИМЕРНЪХМАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к области полимерного машиностроения, в частности к червячным машинам для переработки термопластичных материалов.Известен червячный пресс для переработкиполимерных материалов, содержащий приводной червяк, расположенный в цилиндре, снабженном камерой дегазации, в которой свободно установлен вал с нарезкой, а на вершинах витков червяка нарезаны эвольвентныезубья, находящиеся в зацеплении с нарезкойвала (1,Недостатком этого червячного пресса является то, что эвольвентные зубья, расположенные параллельно продольной оси червяка,идеально способствуют так называемому эф.фекту пристенного скольжения, при которомматериал без сопротивления с большой ско,ростью протнвоточно скользит по звольвентным канавкам, увеличивая и без того значительный градиент скорости сдвига, имеющийместо в зазоре между гребнем червяка и.стенкой цилиндра, и следовательно, увеличивая тепловыделения которые пропорциональны квадрату градиента скорости сдвига материала. Повышенные тепловыделения уменьшаютвязкость полимера и напряжения сдвига всистемс, т.е, ухудшается процесс переработкиполимера.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемо.му является червячный пресс для переработки полимерных материалов, содержащий корпус, червяк, на винтовой нарезке котороговыполнены расположенные под углом к про.долькой оси червяка сквозные канавки, ипривод вращения червяка.Сквозные канавки в известном червячномпрессе имеют постоянное поперечное сечение 1на входе и выходе иэ винтовой нарезкичервяка и могут обеспечить улучшение смеси.тельного эффекта, так как через ннх отвитка к витку может обмениваться в обратном направлении перерабатываемый материал, 20при этом обратный поток материала на входе в канавку и на выходе из нее имеетпостоянную степень обжатня и, неизменныйобъем 2.Недостатком известного червячного прессаявляется низкое качество переработки материала, что обусловлено низкон эффектив.постыл его охлаждения, определяемой значительным сопротивлением перемещению материала, особенно обратных его потоков, имею.щих постоянную степень обжатия.Цель изобретения - повьнпение качествапереработки материала за счет интенсификации его охлаждения.Указанная цель достигается тем, что в червячном прессе для переработки полимерныхматериалов, содержащем корпус, червяк, навинтовой нарезке которого вьшолнепы расположеннъе под углом к продольной осичервяка сквозные канавки, и привод враще.ня червяка, согласно изобретению сквозныеканавки расположены зигзагообразно и выполиены с переменным поперепым сечением,плавно увеличивающимся в сторону, противо.положную осевому перемещению материала,а угол наклона сквозных канавок выбранравным углу внутреннего трения материала.Сквозные канавки выполнены с переменным поперечным сечением - входное сечениеканавки значительно (в 2 - 3 раза) меньшепоперечного сечения ее на выходе, т.е, локальньй поток перерабатываемого материала, всильно обжатом состоянии поступая через малое поперечное сечение на входе в канавку,перемецаясь вдоль ее претерпевает адиабатИческос расширение, пропорциональное увеличео площадки поперечного сечения канавкив направлении перемещения обратного потока,Этот процесс сопровождается понижениемтемпературы локального потока полимера,последий, перемешиваясь с основным пото.ком, снижает общую температуру смеси вчервячном прессе. Зигзагообразное расположе.ниа канавок искусственно увеличивает дли.ну пути (канавки), по которой проходнтскалььй поток материала Ч целью получешя максимального перепада поперечногосечения канавки на входе и выходе (в связи с ограшгченной толщиной винтовой нарезки червяка), т.е, увеличивается разрешающаяспособность канавки в части обеспечвнияадиабатического расширения материала,Зигзагообразное расположение канавок получает взаимное эффективное перемешиваниепопарпях локальных обратных потоков с ос.новным прямым потоком материала (и исключить их нежелательную лобовую встречу), т.е. потоков, претерпевших в сквозных ка. павках адиабатическое расширение и имеющих более низкую температуру, с основным пото. ком с более высокой температурой с целью снижешя и выравнивания температуры смеси и целом.1 О 5 2 О 25 ЗО 35 40 45 5055 Причем, выполнение сквозных канавок подуглом к оси червяка, большим угла внутрен.него трения материала, нецелесообразно, таккак резко возрастает сопротивление перемещению материала по сквозным канавкам, чтосшзит эффективность охлаждешя локальныхобратных потоков материала, обеспечиваемогорасширением его при перемещении по диф.фузорным канавкам.На фиг. 1 изображен червячный пресс дляпереработки полимерных материалов (вертикальное исполнение), общий вид; на фиг, 2 -разрез А - А на фиг, 1; на фиг. 3 - продольное сечеше Б - Б на фиг. 2 (сквозной канав.ки, расположенной на гребне червяка); нафиг, 4 - поперечное сечение В - В канавкипостоянной ширины Ь на фиг. 5; на фиг,5 -схема зигзагообразного расположения сквозных канавок на гребне червяка на длинеодного витка (сечение 1 1 на фиг, 2);на фиг. 6 - узел 1 на фиг. 1 с исполнениемканавок с увеличением их ширины Ь в сторону, противоположную осевому перемещениюматериала.Червячньй пресс для переработки полимер.ных материалов содержит корпус 1 (фиг. 1и 2) с расположенным в нем червяком 2,взаимодействующим через редуктор 3 с приводом 4, Для обеспечения возможности осевого смещения червяка 2 в процессе работыпои перегрузках (так называемой игры червяка), последний установлен с поджатием пружинами 5.Йрофилирующая головка 6 установлена нарассекателе(торпеде" ), укрепленной наконцевой части 8 корпуса 1 и предназначен.ной для повышения эффективности смешанияи гомогеиизации, На гребне 9 (пприной т)червяка 2 (фиг. 2, 3, 4, 5 и 6) выполненанарезка в виде сквозных канавок 10, образованиыхбоковыми стенками 11 и днищем 12и зигзагообразно расположенных под углом,р ок пр;дольной оси 13 червяка 2, равнымуглу внутреннего трения перерабатываемогоматериала,Расположение сквозных канавок 10 подуказанным углом выполнено с целью снижения градиента скорости сдвига (и в конечном счете к уменьшению тепловыделений) иисключения так называемого эффекта пристенного скольжения, при котором материал почти без сопротивления с предельной скоростьюскользит по гладким стенкам 11 сквозныхканавок 10 (и приводит к увеличению грациента скорости сдвига перерабатываемогоматериала и выделению тепла).Днище 12 каждой канавки 10 выполненоос эатыловкой, т.е, с уклоном под угломв сторону, противоположную осевому переме.899358 щению перерабатываемого материала (так, что сквозные канавки 10 имеют переменную глубину по ширине т гребня 9 червяка 2), Причем максимальная ширина сквозной канавки 10 выполнена из условия исключения сквозного перемещения частиц материала в направлении, параллельном продольной оси 13 червяка 2. С целью эффективности пониже. ния температуры перерабатываемого материала сквозные канавки 10 выполнены с увеличе 0 нием ширины (фиг. 6) их с Ь до Ь, (основ. ной вариант исполнения) в сторону, противо. положную осевому перемещению йерерабатываемого материала. Таким образом, понеречное сечение каждой сквозной канавки 10 15 плавно увеличивается в сторону, противоположную осевому перемещению материала, а сквозная канавка уподобляется диффузору, соориентированному в этом направлении. Для загрузки полимерным материалом вертикально 20 установленного пресса предусмотрена загрузочная воронка 14.В предлагаемом червячном прессе переработка полимерного материала происходит следующим образом. 25Материал автоматически или вручную подается в загрузочную воронку 14 и поступает в зону пластикации червяка 2, совершая в межвитковых каналах его вращательное и поступательное движение, 36 Известно, что возникающий в червячных прессах градиент скорости сдвига материала прямо пропорционален окружной скорости червяка 2 и обратно пропорционален величи не зазора Я между гребнем червяка 2 и внутренней стенкой корпуса 1 пресса (фиг. 2), Сдвиговое деформирование материала реализу. ется в указанном малом зазоре, где имвет место максимальный градиент скорости сдвига.Действительно, в указанном зазоре Я скорость материала изменяется от нуля до номинала в направлении осевого перемещения,Известно, что энергия, которая выделяется в текущей вязкой системе, и следовательно,45 образующееся при этом тепло, возрастают пропорционально квадрату градиента скорости сдвига.;Ьскольку вязкость полимерных материа 50 лов, а, следовательно, и напряжения сдвига их, уменьшается с повышением температуры, в предлагаемом прессе температура перерабатываемого полимера в процессе работы ниже, чем в известных подобных прессах, что обеспечено вышеуказанными скозными канавка 55 ми 10 на гребне 9 червяка 2.Снижение температуры материала канавками происходит следующим образом,бМасса перерабатываемого материала находится в межвитковых каналах червяка 2 ив сквозных канавках 10 его гребня 9.Векторы скорости течения материала в межвитковых каналах червяка 2 и сквозных ка.навках 10 его гребня 9 различны по знакуи величине.Следовательно, (1.я причина) на участкахс малым градиентом скорости сдвига материала, 1 емпература последнего будет значительно ниже (так как тепловыделения прямопропорциональны, как указано выше, квадрату градиента скорости сдвига),При попадании в так называемую заборнуючасть сквозной канавки 10, материал, перемещаясь противоточно пс сквозной канавке 10,поступает в ее более широкую и глубокуюзону и претерпевает адиабатическое расшире.ние, сопровождающееся понижением температуры (2-я причина).Кроме того, локально перемещаемый посквозным канавкам 10 материал образуетавстречные под углом 2 3 потоки, что способствует равномерному перераспределениютемпературы по всей массе материала и эффек.тивности смещения.Выполнение на гребне червяка 2 зигзагообразно расположенных канавок переменногосечения обеспечивает локальное снижение гра.диеита скорости сдвига персрабатываемогоматериала и его локальное адиабатнчсскоерасширение, что приводит к требусмому снижению температуры материала и в конечномитоге к повышению сдвиговых деформацийего, являющихся характеристикой качествапереработки полимеров,Кроме указанного следует отметить, чтоматериал транспортируется продольно не пассивно, как "пробка", а активно, т.е. претерпевает возвратное перемещение через сквоз.ные канавки в гребнях червяка с одновремен.ной частичной противоточной дегазацисй, чтоповышает эффективность продольного смешения, пластификацию и сдвиговую деформацию,причем частицы материала, находящиеся сначала рядом, через сквозные канавки разносятся далеко друг от друга, что обеспечиваетв целом для машины широкий спектр рабо.чих времен.Предлагаемое изобретение обеспечивает снижение температуры перерабатываемого мате.риала, так как сквозные канавки подобнойгеометрии играют роль своеобразной спонтанной системы охлаждения и в совокупностис системой охлаждения, выполненной в корпу.се пресса (не показана) повышают эффективность и надежность указанной комбинированной системы охлаждения и, следовательно,червячного пресса.Формула изобретения Червячный пресс для переработки полимер. шях материалов, содержащий корпус, червяк, на винтовой нарезке которого выполнены расположенные под углом к продольной оси червяка сквозные канавки, и привод враще. ния червяка, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества переработки материала за счет интенсификации его охлаждения, сквозшяе канавки расположены зигзагообразно н выполнены с перемен 899358 ным поперечным сечением, плавно увеличива;ащимся в сторону, противоположную осевомуперемещеншо материала, а утол наклона сквозных канавок выбран равным углу внутреннеготрения материала. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР У 487779,1 ю кл, В 29 Г 3103 ф 19742. Патент СССР У 688112, кл. В 29 Р 3/02,197 б (прототип),899358 Составитель Л, КольцТехред С.Мигунова. дактор Г, Волкова орректор А Фере каз 12028/20 Тираж 672 ВНИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж - 35, Раушская набодписноеССР ял ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна