Ультразвуковой способ обработки полимерных материалов

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (»)532529

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено О5.11 75(21) 2186928/1О (51) М. Кл,е

В29Р 3/ОО с присоединением заявки №

Q 06Ь 1/ОО

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делам изобретений и открытий (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.1О.76.Бюллетень № З9 (45) Дата опубликования описания19.05.77 (53) УДК 678.О27.3 (088,8) Г. А. Кардашев, В.(-Х*Ким, А. В, Салосчн, В, Н. Монахов и Б. А, Петров (72) Авторы изобретения

Московский институт химического машиностроения (71) Заявитель (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СПОСОБ ОБРАБОТКИ

ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к способам применения ультразвука для переработки полимерных материалов в изделия и может быть использовано в химической промышленности при изготовлении разнообразных изделий из пластмасс - труб, шлангов, листов, пленок, различных строительных и специальных профилей.

В современной химической промышленности одним из самых распространенных спосо- ip бов переработки пластмасс в изделия является экструзия

Известные способы переработки пластмасс методом экструзии не позволяют про-. водить процесс при больших производитель- 1б ностях и малых мощностях привода, Известен способ экструзии полимерных материалов, сущность которого заключает ся в том, что материал вначале перемещает ся.в виде гранул твердого тела, затем сме-20 си гранул с расплавом (полурасплав) и в виде расплава подается в зону выдавливания jl)

В соответствии с этим существуют основные зоны переработки: питания (загруэ- 25 ки), сжатия и дозирования. Зона питания или загрузки принимает поступающее сырье, зах ватывает его, подает вперед, уплотняет и предварительно нагревает. В зоне сжатия происходит переход материала из твердого в термопластичное высоковязкое состояние.

Зона дозирования и выдав-.ивания принимает поступающий из зоны сжатия расплавленный материал., гомогенизирует его, равномерно нагревает и при определенном давлении равномерным потоком выдавливает его.

Производительность процесса экструзии, а также мощность привода определяются в совокупности всеми зонами и главным образом той зоной, где преобладают, например, наибольшие действующие силы, т.е. зоной сжатия.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ, в котором рассмотрены вопросы увеличения производительности процесса за счет применения ультразвука только в зоне выдавливания (21, Однако этот способ не решает вопроса увеличения производительности процесса экСтрузии в целом.

532529

Цель изобретения - увеличение производительности процесса экструзии и уменьшс»ние мощности привода, Достигается это тем, что в зонах загрузки и сжатия на материал накладывают узксполосные ультразвуковые колебания, выбранные в диапазоне частот 1-50 кГц, с интенсивностями, нарастающими от одной зсны до другой, например, по экспоненциальному закону соответственно в пределах 10- ip

60 Вт/см .

Производительность зон загрузки и сжатия зависит как от коэффициента трения полимера о транспортирующую поверхность, так и от обьемной массы гранул. При этом 15 чем меньше коэффициент трения и чем больше обьемная масса гранул, тем больше производительность процесса. С помощью ульч развуковых колебаний можно уменьшить силы трения материала в зоне контакта его 20 с вибрирующей металлической поверхностью, при этом степень снижения коэффициента трения тем больше, чем меньше значение коэффициента трения и чем больше амплитуда колебаний. Так, например, уменьшение 25 коэффициента трения f zz jf с изменением амплитудь эт 2 дэ 10 мкм составляет от 0,7 дэ О, 15.

Ультразвуковые колебания позволяют также уплотнить сыпучий материал.

Вместе с увеличением производительности уменьшается крутящий момент, а следовательно, и мощность привода при íà"".îæåнии колебаний, Для этого сложное движение частиц в плоскости скольжения представлено в виде двух движений: без вибрации и с вибрацией, считая для простоты коэффициент трения скольжения постоянным.

Если обозначить амплитуду продольных 40 колебаний на трапспортирующей поверхности

А„, радиальных А, а результирующую амплитуду Л, то из анализа выражения интенсивности упругих волп Io

2 2

Z; — =УСАОЮ У где о — плотность материала транспортирующей поверхности;

- скорость звука в материале транспортирующей поверхности;

50 (Π— круговая частота.

Отсюда следует, что А = А + А е е о 4 2 тогда формула для крутящего момента N c учетом воздействия ультразвука имеет вид

55 гЛН п

1х о е по интенсивности

M=<7(>

Ультразвуковой способ обработки полимер60 н ных материалов путем проведения его через

Э (R — радиус; п - частота вращения;

Уо и Ч - составляющие скоростей о о (постоянные), Откуда видно, что наложение упругих колебаний с интенсивностью I уменьшает крутящий момент, а следовательно, и мощность привода.

При распространении ультразвуковых волн в среде происходит затухание упругих коле» баний. Причиной затухания является погло»щение энергии ультразвуковых колебаний в однородной среде из»за сопротивления трения (вязкости), теплопроводности и других эффектов, Затухание ультразвуковой волны в сравнительно небольшом диапазоне его изменения может быть описано следующими выражениями по амплитуде Ах о Е- Сх где с - коэффициент затухания (м или неп/см);

X - толщина поглощающего слоя.

Например, для этиленэгластов коэффициент затухания принимает значение 0,3< ñ с 0,6 неп/см. Таким образом, вследствие значительного затухания ультразвуковых волн в полимерах можно осуществить нагрев материала и перевод его в пластическое состояние только с помощью упругих колебаний.

При этом пэток звуковой энергии через единицу площади, поглощаемый материалом, можно определить из выражения

ы=1 -е,1

Для получения сравнительных данных проводилась экструзия полимерного материала известным способом и предлагаемым.

При этом плотность полиэтилена Р

= 0,95 10 кг/см, удельная теплоемкость2,3 10 дж/кг. град, температура плавления 120 С, коэффициент затухания

oC = 60 м. В процессе экструзии интенсивность колебаний на входе загрузки

1 Т 2

1з 2 вт/см, на выходе из зоны сжатия

53 + 3 вт/см при частоте 20 кГц.

На чертеже изображен график зависимости производительности от скорости вращения шнека: 1 — без воздействия ультразвука;

2 — при воздействии ультразвука.

Видно, что производительность при наличии ультразвуковых колебаний выше, так при т = 40 об/мин. производительность увеличилась почти на 43%.

Формула изобретения

532529!

Ы

1г)мин) 50

/идти/

Составитель Н, Фомичев

Редактор Е, Гончар Техред А. Демьянова Корректор Н. Ковалева

Заказ 5445/201 Тираж 814 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент, r, Ужгород, ул, Проектная, 4 зоны загрузки, сжатия и выдавливания с воздействием на материал ультразвуковыми колебаниями в последней зоне, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения про.изводительности процесса и уменьшения мощ- ности привода, в зонах загрузки и сжатия на материал накладывают узкополосные ультразвуковые колебания, в диапазоне частот .1 — 50 кГц., с интенсивностями нарастаюшими от одной зоны до другой, например, по экспоненциальному закону соответственно в пределах 10 — 60 Вт/см .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Бернхрадт З. "Переработка термопластичных материалов, "Химия", 1965 r.

2. Авторское свидетельство СССР №435859.М.Кл В 06 В 1/06. 1971.