Экструдер для переработки полимерных материалов

 

Изобретение относится к экструдерам для переработки пенопластов. Цель изобретения - повышение качества изделий из пенопластов за счет интенсификации процесса тепломассообмена, Экструдер содержит снабженный формующей головкой корпус, в котором смонтирован полый червяк , В полости червяка коаксиально расположена трубка для подачи хладагента. Снаружи трубки смонтирован винт, на выходном конце червяка смонтирован сообщенный с его полостью смеситель, Наружная поврехность последнего выполнена конической с каналами, расширяющимися в направлении формующей головки. На вершине конуса смесителя размещены лопасти с острыми кромками. Винт образует винтовой канал, обратный по направлению к основному каналу червяка, он разделен позонно перегородками для турбулизации обратного потока хладагента. В результате теплообмен между расплавом и хладагентом происходит при высоких коэффициентах теплоотдачи. Это позволяет повысить качество выпускаемой продукции из пенопластов . 4 ил. сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

s В 29 С 47/88, 67/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4616827/05 (22) 08.12.88 (46) 15.04.91. Бюл. N 14 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Н,П. Тонконог, О,M. Яхно, В.И. Желяк, E.Ã. Воронцов, И.Н. Тонконог, П.К. Вдовенко и Л.А. Ткаченко (53) 678.057.31(088.8) (56) Патент США ¹ 3588956, кл. В 29 F 3/09, опублик, 1971.

Авторское свидетельство СССР

¹ 613916, кл. В 29 С 47/84, 1974. (54) ЭКСТРУДЕР ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ

ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к экструдерам для переработки пенопластов. Цель изобретения — повышение качества изделий из пенопластов за счет интенсификации процесса тепломассообмена, Экструдер соИзобретение относится к полимерному машиностроению, в частности к экструзионному обрудованию для переработки композиционных гаэонаполненных полиолефинов в пенопласты, и может быть использовано на второй ступени каскадного экструдера.

Целью изобретения является повышение качества изделий из пенопластов за счет интенсификации процесса тепломассообмена.

На фиг. 1 изображен экструдер, общий вид; на фиг. 2 — узел 1 на фиг. 1, смеситель; на фиг. 3 и 4 — варианты конструктивного,.,ЯХ,, 1641634 Al держит снабженный формующей головкой корпус, в котором смонтирован полый червяк. В полости червяка коаксиально расположена трубка для подачи хладагента.

Снаружи трубки смонтирован винт, на выходном конце червяка смонтирован сообщенный с его полостью смеситель, Наружная поврехность последнего выполнена конической с каналами, расширяющимися в направлении формующей головки.

На вершине конуса смесителя размещены лопасти с острыми кромками. Винт образует винтовой канал, обратный по направлению к основному каналу червяка, он разделен позонно перегородками для турбулизации обратного потока хладагента, B результате теплообмен между расплавом и хладагентом происходит при высоких коэффициентах теплоотдачи. Это позволяет повысить качество выпускаемой продукции из пенопластов, 4 ил. выполнения лопастей смесителя, выполняющие роль мешалки и ножа, вид А на фиг, 1.

Экструдер содержит полый червяк 1, размещенный с образованием основного винтового канала в корпусе 2, снабженном позонной системой 3 охлаждения, нагрева 4 и гильзой 5, В продольной полости 6 червяка

1. установлена коаксиально трубка с закрепленным на ней винтом с обратным по отношению к червяку 1 углом наклона винтовой линии, образующей обратный основному винтовой канал, что способствует максимальному отбору тепла от червяка 1. Кроме того, на коаксиально установленной трубке

1641634

7 поэонно установлены перегородки 9, обеспечивающие турбулизацию хладагента в каждой зоне червяка 1. Посредством коаксиально смонтированных трубок 10 и 11 барботера 12 обеспечивается связь с источником питания хладагента (не показан) через штуцера 13 и 14 и отвод его через штуцера 15 и 16. Экструдер снабжен смесителем 17, расположенным на выходном конце червяка 1. Смеситель 17 выполнен с полостью 18, сообщенной с полостью 6 червяка 1. Наружная поверхность смесителя 17 выполнена конической с каналами 19, расширяющимися в направлении формующей головки 20, и размещенными на вершине кожуха лопастями 21 с острыми кромками

22, направленными по касательной к внутренней поверхности формующей головки 20 для снятия пленки расплава в момент охлаждения. Между корпусом головки 20 и фланцем корпуса 2 установлена теплоизоляционная прокладка 23. Для контроля технологического процесса червяк 1 снабжен датчиком 24 давления и термопарой 25.

Возможные варианты выполнения наружной поверхности смесителя 17 показаны на фиг.3 и 4.

Процесс пенообразования в экструдере осуществляется следующим образом.

Перерабатываемая композиция на основе гранулированного полиэтилена высокого давления низкой плотности (ПЭВД НП), предварительно смешанного с нуклеаторами пенообразования, поступая в загрузочную зону первой ступени каскадного экструдера (не показана), захватывается витками червяка 1, перемещается внутри каналов последнего, где в результате трения между материалом и поверхностью червяка 1 и корпуса 2, а также за счет подвода тепла от электронагревателей, материал по мере своего продвижения в межвитковом пространстве червяка 1 плавится, сжимается и постепенно превращается в расплавленную массу.

В зоне декомпрессии червяка 1 первой ступени каскадного экструдера в полурасплав полимерной композиции под давлением до 100 кг/см подается низкокипящая органическая смесь жидких фреонов (фреон-11, фреон-12), которая в общем объеме расплава составляет не более 12 — 15 g,.

При вращении червяка первой ступени экструдера расплав полимерной компози ции в межвитковом объеме червяка 1 и гильзы 5 перемешивается, гомогенизируется и в виде однородной массы через переходник (не показан) поступает в загрузочную зону второй ступени каскадного экструдера, где происходит дальнейшее смешение и гомо20

55 генизация композиции с постепенным снижением температуры расплава по мере продвижения последнего в каналы формующей головки 20.

Процесс термостатирования корпуса 2 и червяка 1 осуществляется позонно системой нагрева — охлаждения и автоматического регулирования (не показана), в соответствии с технологическим регламентом посредством нагревателей системы нагрева 4 и охлаждающей жидкостью, циркулирующей в позонной системе охлаждения 3. Постепенное по мере продвижения охлаждение расплава осуществляется хладагентом, который по трубке 10 подается в полость 18 смесителя 17, который жестко связан с червяком 1, отдает там наибольшую часть своей энергии и по мере своего продвижения (навстречу расплаву) по винтовому каналу полости 6 постепенно нагревается и поэтому вызывает постепенное охлаждение расплава полимерной композиции. Встречное по отношению к направлению движения расплава течение хладагента обеспечивается за счет обратного угла наклона винтовой линии винта 8, смонтированного на коаксиально установленной трубке 7. Перегородки 9. установленные в позонных участках охлаждения червяка 1, вызывают турбулиэацию потока хлада гента, в результате чего теплообмен между расплавом и хладагентом по всей длине межвиткового пространства червяка 1 происходит при достаточно высоких коэффициентах теплоотдачи. Интенсивный тепломассообмен во всем объеме расплава композиции на выходе формующей головки 20 происходит за счет отбора тепла с внутренней поверхности корпуса формующей головки 20 и способствует перемешиванию расплава смесителем

17 и срезыванию остывшей пленки острыми кромками 22 лопастей 21.

Интенсификация тепломассообмена позволяет не переходить критических сдвиговых напряжений, вызывающих, как правило, нежелательное преждевременное вспенивание композиции и преждевременное резкое охлаждение за счет испарения растворенной смеси фреонов, вследствие чего получается полный брак изделия в виде кусков геля, вылетающего из формующего канала головки, При резком снижении температуры на выходе формующей головки 20 значительно повышается давление в каналах последней (до 150 — 200 кг/см ), где размещен смеситель 17 с лопастями 21, которые интенсивно срезают охлажденную пленку, что приводит, к увеличению коэффициента теплоотдачи, окончательному смешению и гомогениза1641634 ции экструдата непосредственно перед экструзией.

Благодаря такой позонно сбалансированной системе охлаждения каналов червяка

1 полости 18 смесителя 17 и корпуса 2 экструдера получают температуру расплава композиции ниже традиционной температуры переработки (температура начала плавления полиэтилена 108 С, окончания 135 — 145 С) в пределах 85 — 100 С, не вызывания при этом больших сдвиговых напряжений и преждевременного вспенивания, приводящих к дестабилизации процесса экструзии и резкому снижению качества экструдата.

Использование изобретения, обеспечивающего позонное термостатирование червяка 1 и корпуса 2, интенсификацию теплообмена на выходе экструдата с учетом физико-химического состояния композиции, позволяет повысить качество выпускаемой продукции, повысить эффективность работы оборудования, а также значительно снизить отходы дефицитного сырья, уходящего в брак, при обычной технологической схеме и существующих регламентах переработки пенопластов, Формула изобретения

Экструдер для переработки полимерных материалов, содержащий снабженный формующей головкой корпус, в котором с образованием основного винтового канала смонтирован червяк с продольной полостью и коаксиально расположенной в ней труб5 кой подачи хладагента, причем полость червя ка разделена перегородками на сообщенные между собой зоны, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения качества изделий из пенопластов за счет

10 интенсификации процесса тепломассообмена, экструдер снабжен винтом, смонтированным снаружи трубки для подачи хладагента, и расположенным на выходном конце червяка и сообщенным с его поло15 стью смесителем, наружная поверхность которого выполнена конической с каналами, расширяющимися в направлении формующей головки, и размещенными на вершине конуса лопастями с острыми кромками; на20 правленными по касательной к внутренней поверхности формующей головки, причем винт выполнен с обратным по отношению к червяку углом наклона винтовой нарезки с образованием обратного

25 основному винтового канала, который раз-. делен позонно перегородками для турбу-. лизации обратного потока хладагента при переходе из одной зоны охлаждения в другую.

1641634

1641634

uyuwm8

8apuwm /

93 3

Составитель Э. Гольтякова

Техред М.Моргентал Корректор Н. Ревская

Редактор Н. Горват

Заказ 1114 Тираж 397 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

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