Двухшнековый экструдер

)5 В 29 С 47/ 0 ЕТЕНИ ТВУ Н.А. Н реработие относится экструзиейв химическо ет быт мьпплен ьппение окомпонентньжв том числе атериал ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Торнер Р. В. Оборудование заводов по переработке пластмасс. М.: Химия, 1986, с,184-185,Авторское свидетельство СССР 9 148225, кл. В 29 С 47/38, 1961.(57) Изобретение относится к двухшнековым экструдерам для переработкиполимерных материалов. Оно м.б. использовано в химической промышленности. Цепь изобретения - повьппение качества переработки многокомпонентныхполимерных композиций, в том,числесшитых высокоэластичных материалов.Для этого двухшнековый экструдер содержит размещенные в корпусе с возможностью вращения в противоположномнаправлении с одинаковой угловойскоростью два ротора с постоянныммежцентровым расстоянием. Каждый изних выполнен в виде вала с наборными ке полимеровиспользованоности.Цель изобретения - и чества переработки мног полимерных композиций, сшитых высокоэластичных шнеками и смесительными элементами, установленными на валах со смещением относительно друг друга и образованием винтовой линии. Смесительные элементы выполнены в виде многозубых . кулачковых колес с числом зубьев г не менее трех. Боковой профиль каждого из зубьев образован дугами спирали Архимеда, пересекающимися между собой на внешнем и внутреннем диаметрах каждого зубчатого кулачкового колеса, При этом оси вершин зубьев ку-. лачковых колес, размещенных на одном валу, расположены во впадинах зубьев кулачковых колес другого вала. Постоянный зазор о между боковыми по- аФ верхностями сопрягаемых колес достигается постоянной суммой радиусов сопрягаемых колес на линии контакта. Кулачковые колеса м.б, выполнены ко- С созубыми с постоянным и переменным углами подъема и установлены попарно. При работе многокомпонентный материал подвергается интенсивным де- в. формациям под действием знакопеременных напряжений, Это позволяет перерабатывать и отходы материалов из сшитых полимеров, 2 з.п. ф-лы, 12 ил., 1 табл. На фиг.1 показан двухшнековый экструдер, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.4 - развертка живого сечения при числе зубь ев, равном трем; на фиг.5 - то же, при пяти зубьях; на Фиг.б - циклогра ма положений парных кулачковых ко 1581590лес при К = шах, г = шип; на фиг.7 - то же, прй К =К= К 1, на фиг.8 " то же, при г,=шп, К =шах; на фиг,9 - схема установки косозубых кулачковых колес по направлению движения материала; на Фиг.10 - то же, навстречу направления движения материала; на фиг.11 - то же, поочередно по направлению и навстречу движения мате О риала; на Фиг.12 - то же, схема установки наборов косозубых кулачковых колес поочередно по направлению и навстречу движения материала.Экструдер двухшнековый для пере работки полимеров содержит секционный корпус 1, снабженный средствами термостатирования - нагревателями 2 и средствами подачи материалов в виде одной или нескольких питательных во О ронок 3, 4, Фильеры 5 и размещенных в корпусе 1 и соединенных с приводом для вращения в противоположном направлении с одинаковой угловой скоростью двух зацепляющихся рото ров 6 с постоянным межцентровым расстоянием А, каждый из которых выполнен в виде вала 7 8 с наборными шнеками 9 и смесительными элементами в виде кулачковых колес 10, 11, уста- ЗО новленными на валах со смещением относительно друг друга на угол с образованием винтовой линии, являющейся продолжением винтовой линии 12 шнека 13. Смесительные элементы - кулачковые колеса 10, 11 имеют число зубьев г, не менее трех, боковой профиль которых образован дугами спирали Архимеда, пересекающимися между собой на внешнем 0 и внутрен нем й диаметрах кулачкового колеса, а оси вершин сопрягаемых зубьев кулачковых колес 10, сидящих на одном валу 7, повернуты в противоположном направлении относительно осей вершин 45 сопрягаемых зубьев парных кулачковых колес 11, смонтированных на другом валу 8, на,угол у =6/я для размещения по линии Х контакта вершин зубьев кулачковых колес одного вала во впадинах зубьев кулачковых колес другого вала. Это обеспечивает при постоянной по линии Х контакта величине суммы радиусов сопрягаемых кулачковых колес и при противоположном направлении вращения роторов 7 и 8 постоянный необходимый зазор 8 между боковыми поверхностями 14 и 15 по линии Х контакта. Величина зазора между вершиной кулачкового колеса и корпусом 1 не зависит от зазора Р и определяется диаметром кулачкового колеса (Р).Мнбгозубые кулачковые колеса 10, 11 могут быть косозубыми с различным углом подъема р(фиг,3), устанавливаться попарно с постоянным или переменным углом подъема р,(фиг.9-12): в направлении движения материала (фиг,9), обеспечивая продольное при" нудительное перемещение материала в направлении его движения; навстречу движения материала (Фиг 10), препятствуя продвижению материала, что ведет к увеличению времени нахождения материала в этой зоне и обеспечивает дополнительное механическое воздействйе на материал; парные кулачковые колеса 10, 11 или наборы из двух и более пар кулачковых колес с углом подъема в направлении движения материала располагаются поочередно с парными кулачковыми колесами или наборами из двух и более пар кулачковых колес (фиг.11, 12), образуя зоны встречного потока материала, обеспечивая более интенсивное диспергирование и смешение.Таким образом, изменение угла подъема зубьев и характера расположения кулачковых колес 10, 11 увеличивает поверхность контакта с материалом, создает принудительное перемещение материала, что позволяет снижать осевые усилия, действующие на опорные подшипники роторов, создавать дополнительные механическое воздействие на материал, управлять временем интенсивного воздействия на материал, чередовать по времени непрерывное интенсивное механическое воздействие с временем низкого механического воздействия ("отдыха") на материал,Двухшнековый экструдер для переработки полимеров работает следующим образом.4Перерабатываемый материал загружается в питательную воронку 3, откуда захватывается вращающимися зацепляющимися шнеками 9 и продвигается вдоль корпуса 1, обогреваемого нагревателями 2. Материал по мере продвижения по корпусуплавится, захватывается зубьями многозубых кулачковых колес 10, 11, подвергается интенсивной деформации под действием знаколеременных нормальных и каса-,15815 тельных (сдвиговых) напряжений, диспергируется, гомогенизируется и продавливается через фильеру 5, которая может быть гранулирующей или экструзионной для получения готовых изделий.Процесс получения качественных многокомпонентных полимерных композиций,в том числе с использованием сшитых высокоэластичных полимеров осуществляется путем пластической деформации полимера под действием высоких знакопеременных нормальных и касательных (сдвиговых) напряжений, создаваемых боковыми поверхностями многозубых кулачковых колес 10, 11. При деформировании материала между противоположно вращающимися колесами 10, 11 с постоянным зазором (фиг.б) возникают высокие нормальные напря жения, а касательные напряжения из-меняются по величине и по закону пропорционально фрикции, изменяющейся от КК(фиг.б) до ",.2 = 1 (фиг.7) и от225 Кг Кг- до - (фиг 8), т.е. большие касаю г К макс тельные напряжения при меньшие - при К 1 К 7Живое сечение между зубьями кулачковых колес 10, 11 и корпусом 1 представляет собой в развертке треугольники, профиль которых определяется количеством зубьев (фиг4, 5). Так как высота треугольников Ь = К к -г35 постоянная, а основание каждого тре-21 Кугольника а = -- зависит от г тогЭЬ гпизменяется угол Ы (СЗЫ = 7 = ), 40а(2 Ж обеспечивающий, принудительное циркуляционное течение, в соответствии с вязкостными свойствами материала, при котором обеспечивается,равномерное смещение.45 Суммарная площадь живого сечения 8 = 9 КЬ (занимаемая материалом) постоянна и не зависит от числа зубьев г. Следовательно, при увеличении числа зубьев г и соответственно числа зон между ними К = г пропорционапьно уменьшится площадь такой зоны, а поверхность контакта с материалом за один оборот увеличится, так как увеличится длина развертки кулачкового колеса (фиг.4, 5). Это позволяет при увеличении г от трех и выше (фиг.4, 5) значительно повысить качество ком 90 6позиционного материала за счет достижения однородного температурного поля и чередования кратковременного интенсивного воздействия с кратковременным низким воздействием (" отдыхом" ) при разделении объема перерабатываемого материала в живом сечении на несколько порций. Оптимальное чись ло зубьев установлено экспериментально и равно 36. Максимальное - определяется отсутствием заклинивания, которое в свою очередь зависит от соотношения между геометрическими размерами экструдера (А и Д) и величиной зазора д между боковыми поверхностями зубьев.Предложенное техническое решение расширяет технологические возможности двухчервячных экструдеров, позволяет повысить качество получения многокомпонентных полимерных композиций, в том числе с использованием сшитых высокоэластичных полимеров, получать полимерные композиции с заданными свойствами, так как под воздействием многозубых кулачковых колес 10, 11 в материале происходит многократная интенсивная деформация за счет высоких знакопеременных нормальных и касательных 1 сдвиговых) напряжений, чередующихся с низкими напряжениями (" отдыхом" ), что обеспечивает термомеханохимические превращения и получение блок-привитых сополимеров с улучшенными свойствами.11 р и м е р. В таблице приведены свойства полимерного материала, полу-. ченного на основе полиэтилена высоко" го давления (11 ЭЬД) и слабосшитого эластомера натурального каучука (НК) в двухшнековом экструдере с зацепляющимися роторами при одних и тех же режимах переработки. 11 спользовапись трехзубые кулачки (1) при однонаправленном вращении роторов, двузубые кулачки (11) при противоположном направлении вращения роторов, трехзубые кулачковые колеса (111) в соответствии с предложенным техническим решением. По показателям ПТР и Е, приведенным в таблице, видно, что при использовании смесительных элементов в соответствии с предложенным техническимрешением обеспечиваются необходимыесвойства концентрата для дальнейшейпереработки, а количество химически1581590 Кулачки Наименование показателя г/10 мин 0,2 1 2 0,7. 12 140270 связанного НК с ПЭВД подтверждает об" разование блок - и привитых продуктов взаимодействия ПЭВД и НК,Таким образом, данное техническое рещение позволит повысить качество5 многокомпонентных полимерных композиций, а также расширить технологические возможности экструдера путем переработки сшитых высокоэластичных полимерных материалов, может найти широкое применение в народном хозяйстве, в том числе для создания новых материалов с использованием и уничто" жением сшитых полимерных отходов. Формула изобретения. Двухщнековый экструдер, содержащий корпус со средствами,термо статирования и средствами подачи материалов, фильеру и размещенные в корпусе с постоянным межцентровым расстоянием между ними два ротора, каждый из которых выполнен в виде вала 25 с наборными шнеками и смесительными элементами в виде кулачковых колес с равномерно расположенными зубьями с боковым проФилем, образованным дугами спирали Архимеда, причем кулач ковые колеса установлены на валах со смещением друг относительно друга с образованием винтовой линии и с по.тоянным зазором между поверхностяПТР - показатель текучести расплава конценетрата (КН) полимерногоматериала на основе ПЭВД и слабосшитого НК, в котором содержание НК составляет б 0 мас,ХКоличество химически связанного 11 К с ПЗВД, Е - относительное удлинение полимерного материала, полученного на основе концентрата (КН), в котором со-держание 11 К 20 мас./ ми сопрягаемых кулачковых колес налинии контакта, а роторы соединеныс приводом их вращения в противоположном направлении с одинаковой угловой скоростью, о т л и ч а ю - .щ и й с я тем, что, с целью повышения качества переработки многокомпонентных полимерных композиций, в томчисле сшитых высокоэластичных материалов, число зубьев кулачковых колесвыбрано равным, по меньшей мере, трем,причем дуги спирали Архимеда дляобразования проФиля каждого зуба расположены с возможностью их пересечения на внешнем и внутреннем диаметрах каждого кулачкового колеса, осивершин зубьев, размещенных на одномвалу, смещены относительно осей зубьев другого вала с возможностью размещения по линии контакта вершин зубьев кулачковых колес одного вала вовпадинах зубьев кулачковых колес другого вала, а сумма радиусов сопрягаемых кулачковых колес по линии контакта постоянна для обеспечения постоянного зазора между их поверхностями. 2. Экструдер по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что кулачковые ко" леса выполнены косозубыми,3, Экструдер по п.2, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что кулачковые колеса установлены попарно.1581590Фиг, ЧСоставитель Л. Кольцоваедактор О.Спесивых Техред А.Кравчук КорректоР С.Черни аказ 2059 Тираж 538 Подписное КИПИ Государственного комитета по изобреб етениям и открытиям при ГКНТ ССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5бинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101оизводственно-издательскии ком инат