Двухшнековый экструдер

 

Изобретение относится к двухшнековым экструдерам для переработки полимерных материалов. Оно может быть использовано в химической промышленности. Цель изобретения - повышение качества переработки многокомпонентных полимерных композиций, в том числе сшитых высокоэластичных материалов. Для этого двухшнековый экструдер содержит размещенные в корпусе с возможностью вращения в противоположном направлении с одинаковой угловой скоростью два ротора с постоянным межцентровым расстоянием. Каждый из них выполнен в виде вала с наборными 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 Z 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 кулачковых колес, размещенных на одном валу, расположены во впадинах зубьев кулачковых колес другого вала. Постоянный зазор δ между боковыми поверхностями сопрягаемых колес достигается постоянной суммой радиусов сопрягаемых колес на линии контакта. Кулачковые колеса м.б. выполнены косозубыми с постоянным и переменным углами подъема и установлены попарно. При работе многокомпонентный материал подвергается интенсивным деформациям под действием знакопеременных напряжений. Это позволяет перерабатывать и отходы материалов из сшитых полимеров. 2 з.п.ф-лы, 12 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„.80„„1581 90 (51)5 В 29 С 47/40

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4619860/23-05 (22) 13.12.88 (46) 30.07.90. Бкл. Р 28 (75) E.M.Грауэр, Е,Д.Лебедева, Н.А.Нагибин, M.Ñ.Àêóòèí, P.Â.Òîðíåð и М.А.Чибичян (53) 678.057.32(088.8) (56) Торнер Р. В. Оборудование заводов по переработке пластмасс. M.

Химия, 1986, с,184-185, Авторское свидетельство СССР

9 148225, кл. В 29 С 47/38, 1961. (54) ДВУХИНЕКОВЫЙ ЭКСТРУДЕР (57) Изобретение относится к двухшнековым экструдерам для переработки полимерных материалов. Оно м.б. использовано в химической промышленности. Цепь изобретения — повьппение качества переработки многокомпонентных полимерных композиций, в том,числе сшитых высокоэластичных материалов.

Для этого двухшнековый экструдер содержит размещенные в корпусе с возможностью вращения в противоположном направлении с одинаковой угловой скоростью два ротора с постоянным межцентровым расстоянием. Каждый из них выполнен в виде вала с наборными

Изобретение относится к переработке полимеров экструзией и может быть использовано в химической промьппленности

Цель изобретения — повьппение качества переработки многокомпонентный полимерных композиций, в том числе сшитых высокоэластичных материалов. 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 z 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 д между боковыми поверхностями сопрягаемых колес достигается постоянной суммой радиусов сопрягаемых колес на линии контакта.

Кулачковые колеса м.б. выполнены косозубыми с постоянным и переменным углами подъема и установлены попарно. При работе многокомпонентный материал подвергается интенсивным деформациям под действием знакопеременных напряжений, Это позволяет перерабатывать и отходы материалов из сшитых полимеров 2 з.п. ф-лы, 12 ил., 1 табл.

На фиг. l показан двухшнековый экструдер, общий вид; на фиг.2— разрез А-А на фиг. l; на фиг.3 — pasрез Б-Б на фиг.2; на фиг.4 — развертка живого сечения при числе зубьев, равном трем; на фиг.5 — то же, при пяти зубьях; на фиг.б — циклограмма положений парных кулачковых ко1581590 лес при R = шах, rz = min; на фиг.7то же, прй R| =R z = R, на фиг.8 " то же, при r,=min, К =max; на фиг.9— схема установки косозубых кулачковых колес по направлению движения материала; на фиг.10 — то же, навстречу направления движения материала; на фиг.ll — то же, поочередно по направлению и навстречу движения мате- lg риала; на фиг.12 — то же, схема установки наборов косозубых кулачковых колес поочередно по направлению и навстречу движения материала.

Экструдер двухшнековый для пере- 15 работки полимеров содержит секцион ный корпус 1, снабженный средствами термостатирования — нагревателями 2 и средствами подачи материалов в виде одной или нескольких питательных во- 20 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- 25 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, установленными 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 z не менее трех, боковой профиль которых образован дугами спирали Архимеда, пересекающимися между собой на внешнем 0 и внутрен- 4О нем d диаметрах кулачкового колеса, а оси вершин сопрягаемых зубьев кулачковых колес 10, сидящих на одном валу 7, повернуты в противоположном направлении относительно осей вершин 45 сопряrаемых зубьев парных кулачковых колес 11, смонтированных на другом валу 8, на .угол у =h7z 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 (D „) .

Мнбгозубые кулачковые колеса 10, 11 могут быть косозубыми с различным углом подъема р(фигo3), 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 ll 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.

Перерабатываемый материал загружается в питательную воронку 3, откуда захватывается вращающимися зацепляющимися шнеками 9 и продвиrается вдоль корпуса 1, обогреваемого нагревателями 2. Материал по мере продвижения по корпусу l плавится, захватывается зубьями многозубых кулачковых колес 10, 11, подвергается интенсивной деформации под действием знаколеременных нормальных и каса-, 5 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.б8) возникают высокие нормальные напря- 20 жения, а касательные напряжения изменяются по величине и по закону пропорционально фрикции, изменяющейся от

R К (фиг.б) до -,-1 = 1 (фиг.7) и от

r 1 2

Rz — до -- (фиг,8), т.е. большие касаг„ К макс тельные напряжения при меньг шие — пр и

Живое сечение между зубьями кулачковых колес 10, 11 и корпусом 1 представляет собой в развертке треугольники, профиль которых определяется количеством зубьев (фиг ° 4, 5). Так как высота треугольников h = R к -г „ 35 постоянная, а основание каждого тре-

2 0R угольника а = — — зависит от z то

t

h z1i изменяется угол e((tg 0(-" - = ) 4p а/2 Ж обеспечивающий. принудительное циркуляционное течение, в соответствии с вязкостными свойствами материала, при котором обеспечивается,равномерное смещение.

Суммарная площадь живого сечения

S = II К„Ь (занимаемая материалом) постоянна и не зависит от числа зубьев к. Следовательно, при увеличении числа зубьев z и соответственно числа зон между ними R = z 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 z от трех и выше (фиг.4, 5) значительно повысить качество ком90 6 позиционного 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 чисо ло зубьев установлено экспериментально и равно 3...6. Максимальное — определяется отсутствием заклинивания, которое в свою очередь зависит от соотношения между геометрическими размерами экструдера (A и Д) и величиной зазора d между боковыми поверхностями зубьев.

1(редложенное 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 (сдвиговых) напряжений, чередующихся с низкими напряжениями ("oT IxoM"), 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 (ПЭЬД) и слабосшитого эластомера натурального каучука (НК) в двухшнековом экструдере с зацепляющимися роторами при одних и тех же режимах переработки. Использовапись трехзубые кулачки (I) при однонаправленном вращении роторов, двузубые кулачки (II) при противоположном направлении вращения роторов, трехзубые кулачковые колеса (III) в соответствии с предложенным техническим решением.!

1Io показателям ПТР и Е, приведенHbIM в таблице, видно, что при использовании смесительных элементов в соответствии с предложенным техническим решением обеспечиваются необходимые свойства концентрата для дальнейшей переработки, а количество химически

1581590

Кулачки

Наименование покаI" i зателя г/10 мин 0,2

1 2

0,7.

20

140 270 связанного HK с ПЭВД подтверждает об" разование блок — и привитых продуктов взаимодействия ПЭВД и ИК.

Таким образом, данное техническое решение позволит повысить качество

5 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 уничтожением сшитых полимерных отходов °

Формула изобретения

1. Двухннековый экструдер, содержащий корпус со средствами.термо- 2р 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- 30 ковые колеса установлены на валах со смещением друг относительно друга с образованием винтовой линии и с по.тоянным зазором между поверхностяПТР— показатель текучести расплава концен трата (КН) полимерного материала на основе

ПЭВД и слабосшитого

НК, в котором содержание НК составляет бО мас.Х

Количество химически связанного hK с ПЗВД, Š— относительное удлинение полимерного материала, полученного на основе концентрата (Kh) в котором со- держание 11К 20 мас./ ми сопрягаемых кулачковых колес на линии контакта, а роторы соединены с приводом их вращения в противоположном направлении с одинаковой угловой скоростью, о т Jl и ч а ю — . шийся тем, что, с целью повышения качества переработки многокомпонентных полимерных композиций, в том числе сшитых высокоэластичных материалов, число зубьев кулачковых колес выбрано равным, по меньшей мере, трем, причем дуги спирали Архимеда для образования профиля каждого зуба расположены с возможностью их пересечения на внешнем и внутреннем диаметрах каждого кулачкового колеса, оси вершин зубьев, размещенных на одном валу, смещены относительно осей зубьев другого вала с возможностью размещения по линии контакта вершин зубьев кулачковых колес одного вала во впадинах 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 шийся тем, что кулачковые ко" леса выполнены косозубыми.

3. Экструдер по п.2, о т л и— ч а ю шийся тем, что кулачковые колеса установлены попарно.

1581590 б-Б!

53) 590

1581590 стиг. Ю

Составитель Л. Кольцова едактор О. Спесивых Техред А. Кравчук Корректор С. Черни аказ 2059 Тираж 538 Подписное

КИПИ Государственного комитета по изобре б етениям и открытиям при ГКНТ СЧСР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 бинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101 оизводственно-издательскии ком инат