Способ переработки резиновых смесей экструзией и экструдер для его осуществления

 

Использование: изобретение касается переработки полимеров и может быть использовано на заводах резиновых технических изделий. Сущность изобретения: в способе переработки резиновых смесей экструзией одновременно с диссипативным нагревом осуществляют измельчение материала и удаление из него газообразных веществ при температуре на 10 - 30^oC ниже температуры вулканизации. Нагревание материала до температуры вулканизации и окончательное его перемешивание осуществляют в шестеренчатом насосе. С помощью насоса материал выдавливают через формующий инструмент. Экструдер для переработки резиновых смесей снабжен механизмом диссипативного нагрева. Указанный механизм расположен под углом к оси червячного питателя и выполнен в виде дорна, установленного с возможностью вращения в корпусе. Корпус снабжен уплотнением на одном конце и неподвижным кольцом на другом. Измельчающее средство установлено в механизме диссипативного нагрева. Выходное отверстие червячного питателя расположено в корпусе механизма диссипативного нагрева между измельчающим средством и уплотнением. Кроме того, измельчающее средство образовано дорном механизма диссипативного нагрева неподвижным кольцом корпуса. Шестеренчатый насос снабжен питающим роликом. Ролик установлен с зазором относительно верхнего зубчатого колеса и без зазора относительно его нижнего зубчатого колеса. 2 с и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к переработке полимеров и может быть использовано на заводах резиновых технических изделий.

Известен способ переработки резиновых смесей экструзией, при котором осуществляют перемешивание материала сдвиговым деформированием, удаление из него газообразных веществ, диссипативный нагрев материала и выдавливание /JP, заявка N 60-42016, кл. B 29 C 47/88, 1985/.

Однако в известном способе процесс удаления газообразных веществ ведется при температуре, более низкой, чем температура вулканизации. При повышенном нагрева перерабатываемого материала до температуры вулканизации начинается интенсивное парообразование оставшихся в материале летучих веществ и влаги, не успевших испариться при низкотемпературном газоудалении, что проявляется в вулканизатах в виде пористости. Повышение температуры в зоне газоудаления эуструдера исключает возможность нагрева до нужной температуры, так как материал обладает тепловой памятью и при повторном нагревании в головке начинает вулканизоваться, что является результатом увеличения времени пребывания материала при высокой температуре.

Известен экструдер для переработки резиновых смесей, содержащий червячный питатель в виде цилиндра с загрузочным окном, в котором установлен червяк, соединенный с приводом вращения, камеру удаления газов, шестеренчатый насос, включающий верхнее и нижнее зубчатые колеса, формующий инструмент и измельчающее средство /GB, патент, 2110981, кл, B 29 F 3/03, 1983/.

Однако известное устройство не обеспечивает возможности проведения процесса удаления газов при температуре вулканизации. Это объясняется тем, что они имеют достаточно длинную зону выдавливания, предназначенную для образования необходимого давления для выдавливания материала через формующий инструмент. Зона выдавливания увеличивает суммарное время нахождения материала при температуре вулканизации до величины, превосходящей время текучего состояния материала.

Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности удаления газов при температуре вулканизации, снижения энергоемкости процесса.

Для достижения технического результата в способе переработки резиновых смесей экструзией, при котором осуществляют перемешивание материала сдвиговым деформированием, удаление из него газообразных веществ, диссипативный нагрев материала и выдавливание, согласно изобретению одновременно с диссипативным нагревом осуществляют измельчение материала и удаление из него газообразных веществ при температуре на 10 30^oC ниже температуры вулканизации, при этом нагревание материала до температуры вулканизации и окончательное его перемешивание осуществляют в шестеренчатом насосе, с помощью которого материал выдавливают через формующий инструмент.

Экструдер для переработки резиновых смесей, содержащий червячный питатель в виде цилиндра с загрузочным окном, в котором установлен червяк, соединенный с приводом вращения, камеру удаления газов, шестеренчатый насос, включающий верхнее и нижнее зубчатые колеса, формующий инструмент и измельчающее средство, согласно изобретению экструдер снабжен механизмом диссипативного нагрева, расположенным под углом к оси червячного питателя и выполненным в виде дорна, установленного с возможностью вращения в корпусе, снабженном уплотнением на одном конце и неподвижным кольцом на другом, при этом измельчающее средство установлено в механизме диссипативного нагрева, а выходное отверстие червячного питателя расположено в корпусе механизма диссипативного нагрева между измельчающим средством и уплотнением. Кроме того, измельчающее средство образовано дорном механизма диссипативного нагрева и неподвижным кольцом корпуса. Шестеренчатый насос снабжен питающим роликом, установленным с зазором относительно верхнего зубчатого колеса и без зазора относительно его нижнего зубчатого колеса.

Описываемый способ позволяет повысить производительность переработки за счет сокращения времени газоудаления при высокой температуре и повышение качества вулканизатов исключением в материале остатков испарившихся летучих веществ, которые проявляются в виде пористости. Совмещение операций диссипативного нагрева и измельчения, продавливания и перемешивания снижает энергоемкость процесса экструзии. Двухступенчатый нагрев материала позволяет стабилизировать процесс переработки при высоких технологических параметрах газоудаления и вулканизации. Время нахождения материала в жидкотекучем состоянии при температуре 200^oC составляет не более 8 с. При скоростном режиме работы машины, близком к максимальному, расчетное время нахождения материала в машине составляет 4 с. Переработка отдельных резиновых смесей на максимальных скоростях невозможна. Недостаточно высокая точность поддержания теплового режима и возможные колебания запасов материала в рабочих органах экструдера делают процесс переработки рискованным. Изменение времени вулканизации от температуры имеет степенную зависимость. При снижении температуры на 10^oC время вулканизации увеличивается в два раза, на 30^oC в восемь раз. При снижении температуры от 200 до 170^oC давление пара воды, содержащейся в материале, изменяется меньше чем в два раза и имеет высокое значение 8 кг/см², достаточное для прорыва стенки измельченного материала.

В устройстве для осуществления способа расположение механизма диссипативного нагрева после червячного питателя позволяет повысить расход материала при продавливании его через измельчающее средство без затрат дополнительной энергии за счет резкого снижения вязкости резиновой смеси при повышенной температуре. Резкое снижение вязкости значительно уменьшает износ шестеренчатого насоса. Интенсивная обработка материала в механизме диссипативного нагрева позволяет исключить зону пластификации и следовательно снизить энергоемкость. Установка механизма диссипативного нагрева под углом к оси червячного питателя позволяет увеличить расстояние от измельчающего средства до питающего ролика, что обеспечивает увеличение времени выхода из материала газов. За счет поднятия оси червячного питателя выше стандартной величины /1000 мм/ появляется возможность размещения под питателем платформы с резиновой смесью, что экономит производственную площадь. Установка механизма диссипативного нагрева под углом к оси червячного питателя позволяет иметь только одно подвижное уплотнение, что повышает надежность и сокращает расходы на обслуживание, а также обеспечивает возможность модернизации существующего оборудования, используя в качестве червячного питателя червячные машины теплого питания типа МЧТ.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Экструдер для переработки резиновых смесей содержит смонтированный в основании 1 шестеренчатый насос с зубчатыми колесами 2 и 3, питающий ролик 4 и неподвижное кольцо 5. основание 1, корпус 6 механизма нагрева и цилиндр 7 червячного питателя имеют полости 8 для охлаждения. Механизм диссипативного нагрева состоит из вращающего дорна 9, установленного на валу 10, и реодинамического уплотнения, образованного буртом 11 вала 10 и плоской торцевой поверхностью 12 корпуса 6. Для прохода материала из цилиндра 7 в корпус нагревательного механизма его корпус 6 имеет нагрузку 13 переменной глубины. Минимальную глубину нарезка имеет на выходе материала в месте малого диаметра дорна, где нагрев нежелателен и на выходе на большом диаметре дорна, где начинается интенсивный нагрев материала. По сравнению с нарезкой на дорне нарезка на корпусе позволяет вести позонное термостатирование при большем теплоотводе.

Вал 10 дорна имеет запорную нарезку 14, с помощью которой снижается давление перед уплотнением и обеспечивается циркуляция материала в зазоре 12 уплотнения. Вращающийся дорн 9 имеет гладкие конические поверхности. На выходе материала из нагревательного механизма вращающийся дорн имеет коническую поверхность 15. Неподвижное кольцо 5 по внутреннему диаметру выполнено коническим и имеет винтовые канавки 16 для прохода материала в измельченном виде. Вращающийся дорн 9 и бурт 11 охлаждаются через трубку 17 и полость вала 10. Зубчатые колеса 2 и 3 шестеренчатого насоса и червяк 18 также охлаждаются /каналы для циркуляции хладоагента и уплотнительные кольца на чертеже не показаны/. Питающий ролик охлаждается через трубки 19 и 20. Для исключения налипания материала стенки вакуумной камеры 21 имеют антиадгезионное покрытие 22. Питающий ролик 4 относительно верхнего зубчатого колеса 2 шестеренчатого насоса установлен с зазором 23, а относительно нижнего зубчатого колеса 3 без зазора. Это обеспечивает полное и равномерное заполнение впадин зубчатых колес насоса. Для исключения образования запаса материала, что могло бы вызвать преждевременную его вулканизацию, имеется клин 24. Для этой же цели зубчатые колеса 2 и 3 насоса выполнены узкими и темперированными. Малая ширина колес позволяет уменьшить объем головки 25, что обеспечивает снижение времени нахождения горячего материала перед формующим инструментом 26. Червяк 18 питателя имеет наконечник 27, что может потребоваться в случае применения в качестве питателя стандартной червячной машины.

Механизм диссипативного нагрева расположен под углом к оси червячного питателя. Шестеренчатый насос с питающим роликом, вращающийся дорн и червяк питателя имеют разделительные регулируемые приводы. Скорость вращения червяка регулируется по давлению в измельчающем средстве. Скорость вращения дорна регулируется по температуре материала. В начале работы, когда материал еще не заполнил канавки 16 и зазоры между внутренней поверхностью кольца 5 и поверхностью 15 дорна, во избежании задиров и других повреждений дорн должен вращаться с малой скоростью.

Способ переработки резиновых смесей реализуется при работе экструдера.

Под действием червяка 18 питателя загруженная в цилиндр 7 резиновая смесь под давлением подается в винтовые каналы нарезки 13 корпуса 6 механизма диссипативного нагрева. Предварительно разогретая и перемешанная резиновая смесь по винтовым каналам нарезки 13 корпуса и нарезки 14 поступает в коаксиальный зазор механизма диссипативного нагрева, образованный внутренней поверхностью корпуса 6 и цилиндрическим участком дорна 9. Под действием быстро вращающегося дорна за доли секунды материал нагревается в винтовых канавках 16 неподвижного кольца до температуры, близкой к температуре вулканизации, измельчается и продавливается в камеру удаления газов 21, где поддерживается низкое давление. В момент выхода из канавок, освободившись от давления, под действием упругих сил и внутреннего давления от паров летучих веществ материал расширяется, кратковременно образуя поры, через которые выходят скопившиеся пары. Вылетев со скоростью из винтовых канавок, расположенных по конусу, материал в виде отдельных стренг собирается в пучок и падает на среднюю часть питающего ролика 4, с помощью которого он уплотняется и подается через зазор 23 на зубчатые колеса 2 и 3 шестеренчатого насоса. В зазоре 23 образуется небольшой запас материала, который вдавливается под действием питающего ролика во впадины зубчатых колес, откуда подается в полость 25 оформляющей головки и продавливается через фильеру 26 в виде заготовки, имеющей температуру вулканизации. При движении материала во впадинах зубьев под действием интенсивных сдвиговых деформаций он перемещается и догревается до нужной температуры, которая определяется заданной температурой поверхностей рабочих органов насоса.

Переработка резиновых смесей по способу требует строгого соблюдения условий, чтобы операции измельчения, газоудаления и продавливания через формующий инструмент длились несколько меньше времени нахождения материала в вязкотекучем состоянии. Температура материала при проведении этих операций должна поддерживаться с точностью ±1^oC. Для этого регулирование температуры материала в измельчающем средстве ведется изменением частоты вращения дорна 9. Это обеспечивает возможность осуществления безинерционного регулирования. Ужесточаются также требования к точности подачи материала червяком 18. Не должно допускаться образование большого или исчезновение запаса материала в зазоре 23. За счет совмещения операций измельчения и диссипативного нагрева, а также окончательного перемешивания, продавливания и нагревания и за счет высокого КПД шестеренчатого насоса энергоемкость переработки снижается в 1,5 раза.

Формула изобретения

1. Способ переработки резиновых смесей экструзией, при котором осуществляют перемешивание материала сдвиговым деформированием, удаление из него газообразных веществ, диссипативный нагрев материала и выдавливание, отличающийся тем, что одновременно с диссипативным нагревом осуществляют измельчение материала и удаление из него газообразных веществ при температуре на 10 30^oС ниже температуры вулканизации, при этом нагревание материала до температуры вулканизации и окончательное его перемешивание осуществляют в шестеренчатом насосе, с помощью которого материал выдавливают через формующий инструмент.

2. Экструдер для переработки резиновых смесей, содержащий червячный питатель в виде цилиндра с загрузочным окном, в котором установлен червяк, соединенный с приводом вращения, камеру удаления газов, шестеренчатый насос, включающий верхнее и нижнее зубчатые колеса, формующий инструмент и измельчающее средство, отличающийся тем, что экструдер снабжен механизмом диссипативного нагрева, расположенным под углом к оси червячного питателя и выполненным в виде дорна, установленного с возможностью вращения в корпусе, снабженном уплотнением на одном конце и неподвижным кольцом на другом, при этом измельчающее средство установлено в механизме диссипативного нагрева, а выходное отверстие червячного питателя расположено в корпусе механизма диссипативного нагрева между измельчающим средством и уплотнением.

3. Экструдер по п.2, отличающийся тем, что измельчающее средство образовано дорном механизма диссипативного нагрева и неподвижным кольцом корпуса.

4. Экструдер по п.2, отличающийся тем, что шестеренчатый насос снабжен питающим роликом, установленным с зазором относительно верхнего зубчатого колеса и без зазора относительно его нижнего зубчатого колеса.

РИСУНКИ

Рисунок 1