Установка для изготовления пленок из полимерных материалов

 

Изобретение относится к оборудованию для переработки пластмасс и может быть использовано в установках с ручным или автоматическим регулированием разнотолщинности при производстве листов и пленок. Цель изобретения - повышение производительности установки и качества изготавливаемых пленок. 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 хладагента. 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 формующей щели. Устройство управления следит за температурой термоболтов, регулируя величину зазора и толщину изделия. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 44! 4601/23-05 (22) 25.04.88 (46) 15.06.90. Бюл. № 22 (71) Научно-исследовательский институт по разработке машин и оборудования для переработки пластических масс, резин и искусственной кожи «УкрНИИпластмаш» (72) В. П. Семенец, В. П. Баско, В. А. Сенатос и А. В. Семенец (53) 678.057.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 894686, кл. В 29 С 47/92, 1979.

Патент ЕПВ № 0079052, кл. В 29 F 3/04, опублик. 1983. (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ПЛЕНОК ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к оборудованию для переработки пластмасс и м. б. использовано в установках с ручным или автоматическим регулированием разнотолщинности при производстве листов и пленок. Цель изобретения — повышение производительности установки 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 ручньм 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.

„„SU„„1570928 А 1 (51)5 В 29 С 47 16, 47 92 В 29 1 7:00

2 нок. 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 хладагента. 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 полимерных материалов (фиг. 1) содержит экструдер 1, соединенный с формующей головкой 2, приемное 3 и намоточное 4 устройства, толщиномер 5, соединенный с устройством 6 управления толщиной пленки.

Устройство 6 содержит ЭВМ 7 и исполнительные механизмы (ИМ) 8, пневматические выходы которых с помощью штуцеров 9 для подачи хладагента соединены с термоболтами 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 резьбо1570928 распрерабочей оценена где а=

15

55 вой 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 (МРТУ6 — 07 — 1012 — 63) с рабочей температурой в диапазоне — 70 в +350 С. В качестве материала термоболтов может быть использована бронза Бр A7K9 — 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 формующей головки 2. Действительно, деленность температуры по длине части термоболта 10 может быть с помощью критерия Био:

В= —— .сЕ

g Э

1,5 — 2 Вт/(м С) — 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/ (м С) — коэффициент теплопроводности бронзы.

2)(0,14

Учитывая, что значение В =

ФО

=0,007 намного меньше единицы, распределенностью температуры по длине рабочей части термоболта 10 можно пренебречь. 3а счет надежного теплового контакта с корпусом 11 термоболт 10 при отсутствии его охлаждения принимает температуру весьма близкую температуре корпуса 11 головки.

В штуцере 9 с помощью исполнительных механизмов 8, например управляемых мембранных клапанов, подают хладагент, например сжатый воздух, причем его расход устанавливают 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 to, для которой справедливо неравенство

1 а(оа1., (2) где t в и Ь вЂ” 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 формуюшей 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 обрабатываются

1570928

850 3,32 .10 270 + (12 2,92 10 + 2 8,79 10 ) 20 о тмлка 850 3,32 .10 + 12 2,92 10 + 2 8,79. 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 pery 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 10. 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 10 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 21 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 10 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 10. Это обеспечивает интенсификацию внутреннего и наружного охлаждения термоболтов 10 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, полиамида численно выражается следующим образом:

5 20 C(t; (270 С.

Причем по мере увеличения расхода воздуха относительно исходного установочного значения (половины максимально возможного расхода) температура t становится меньше значения to и приближается к температуре воздуха Ь. Наоборот, по мере его уменьшения выполняется неравенство t.)to и значение t приближается к температуре корпуса головки t

Благодаря наличию на верхней упругодеформируемой губке 14 упорных теплоизоляционных шайб 26, выполненных из материала с низким коэффициентом теплопроводности, исключается нежелательное влияние. изменений температуры термоболтов

1О 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 10 имеет вид

К. (t.— 1.) =а ., (tT — t, )+а 8 (1т — t ), (3) где К и S- — коэффициент теплопередачи и площадь поверхности контакта

30 термоболта с корпусом головки;

t, t., toe — температура соответственно корпуса, термоболта и окружающей среды;

ni, Si — коэффициент теплоотдачи от открытой части термоболта в ок35 ружающую среду и площадь поверхности открытой части; аг, $г — приведенный коэффициент теплоотдачи от закрытой кожухом части термоболта в окружаю40 щук реду и площадь поверхности закрытой части.

Из уравнения (3) можно определить температуру термоболта:

8Х 3((q Ь 282) Ос ()

45 К к +< Se +о4 8г

Для термоболта общей длиной 0,18 м с длиной рабочей части 0,14 м, диаметрами рабочей части 0,02м и внутренней полости

0,01 м имеем следующие значения постоянных: К=850 Вт/(м" С); S =3,32 10 м -;

50 ссай=12 Вг/(M оС) S) — — 2 92 10 м аг=

=2 Вт/(м С), Ьг = 8,79 10 з м ; të =

270 С; toe= 20 Ñ.

Подставляя эти значения в равенство (4), имеем следующую максимальную температуру термоболта:

1570928 (6) 1т

850.3 32.10-з .?16 + 12.2 92 ° 10-з,20+60 14 44 10" з 25

850 3,32 10 + 12 2,92 10 з + 60 14,44 10 з

Таким образом, диапазон изменения температуры термоболтов составляет М.=1 "-20

tMIIH 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.=1,32.10 1/град, получаем диа- 25 пазон изменения длины термоболта, а следовательно, и величины зазора формующей щели равным

Al=1 и At.=0,14 1,32.10 з 100=185 10 з м =

=185 мкм.

При заданной ° толщине полиамидной пленки, лежащей в пределах 20 — 200 мкм, и допустимом отклонении от заданной толщины 010Î 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)(4=

=800 мкм, а требуемые пределы его изменения (+10Я) — +80 мкм. Эти пределы перекрываются расчетным удлинением терм оболта Л1/2, соста вляющи м W -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 теплообмен- 45 ного кожуха 17 на инерционность управляющего воздействия повышается размерное качество получаемых изделий и обеспечивается повышение производительности установки при изготовлении листов и пленок из полимерных материалов.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что верхняя упругодеформируемая губка головки снабжена упорными теплоизоляцион ными шайбами, размещенными в зоне контакта с термоболтами.

При подаче воздуха к термоболту уравнение теплового баланса преобразуется к виду

КЬк(Ь вЂ” Ь) =а $ S!(t.— toe) +азиз (Т.— Т.) (5)

5 где аз, Ьз — коэффициент теплоотдачи от внутренней и наружной поверхности термоболта к охлаждающему воздуху и площадь поверхности теплообмена; 10

t», 1: — температура воздуха и прилегающего к термоболту участка корпуса, ограниченного каналами (при максимальном расФормула изобретения

1. Установка для изготовления пленок из полимерных материалов, содержащая экструдер с формующей головкой, приемное и ходе воздуха можно принять

1».=0,81 к) .

Из уравнения (5) определяем температуру термоболта:

При максимальном расходе воздуха имеем следующие значения постоянных:

1:=216 С; аз=60 Вт/ (м С); Яз =

= 14,55 10 з м

Подставляя эти значения в равенство (6) имеем следующую минимальную температуру термоболта: 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.

1570928

Составитель И. Скопинцев

Редактор М. Ба ндур а Техред А. Кравчук Корректор Э. Лончакова

Заказ 1480 Тираж 541 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101