Ультразвуковое устройство для обработки полимерного материала

 

ОПИСАН И Е

ИЗОЬЕИТИНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (0 540748

Союз Советсккх

Соцналнстн тесккк

Республик (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 28.01.76 (21) 2319336/10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.12.76. Бюллетень № 48

Дата опубликования описания 14.02.77 (51) М. Кл. В 29F 3/06

В 06В 3/04

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.979:537-8 (088.8) (72) Авторы изобретения

Г. А. Кардашев, В. С.-Х. Ким, А. В. Салосин, В. В. Скачков и А. С. Аникии

Московский институт химического машиностроения (71) Заявитель (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОИСТВО

ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА

Изобретение относйтся к области применения ультразвука для йереработки полимерных материалов в изделия и может быть использовано в химической промышленности при изготовлении профилей, труб, для покрытия кабелей изоляцией, изготовления изделий из тер мопл а стов.

Известны червячные экструдеры с ультра= звуковыми излучателями для переработки полимеров в изделия (1).

В червячных экструдерах значительная часть тепла, необходимого для пластикации материала, проводится путем теплопередачи от стенок обогреваемого цилиндра и поверхности червяка. Такой способ передачи тепла требует длительного пребывания (обычно несколько минут) материала в экструдере. Повышение градиента между температурой цилиндра и холодным полимером улучшает теплопередачу, но вызывает опасность термической деструкции полимера при переработке склонных к этому материалов. Кроме этого, червячные экструдеры обычно не обеспечивают высокого качества смешения и диспергирования материалов.

Эти недостатки устранены в бесчервячных экструдерах, время нахождения материала в которых обычно не превышает десятка секунд и в которых в процессе экструзии из материала эффективно удаляются газы и влага.

НаибоЛее блйзким техническим реШением к изобретению является дисковый экструдер; содержащий загрузочную воронку, неподвижный и подвижный диски; ротор, колонны, ста-.

5 нину, червячную передачу и нагреватель (2).

Однако развитая поверхность сдвига требует значительных мощностей привода, а невы= сокие давления, развиваемые в узкощелевом

10 зазоре, ограничивают производительность экс= трудера.

Цель изобретения — увеличение производительности и уменьшение мощности привода.

Это достигается тем, что в предлагаемом ультразвуковом устройстве подвижный диск выполнен в виде тела вращения и представляет собой вторичный акустический резонатор, 20 установленный по отношению к поверхности неподвижного диска с зазором, равным толщине слоя половинного ослабления ультразвуковых волн в обрабатываемом материале, и прикрепленный по контуру к фланцу, выпол25 ненному в виде акустического изолятора так, что вместе с ним образует полую камеру, в которой с внутренней поверхности резонатора в пучностях изгибных колебаний прикреплен волновод и электроакустический преобразо30 ватель, 540748

In 2 (4) з Г

О)7 (/

1=1 е — @", Io

In—

2з 23

{2) и учитывая, что р р

Кроме того, питающие электроакустический преобразователь провода выведены через ротор на скользящие контакты.

На чертеже показано предлагаемое ультразвуковое устройство для обработки материалов, общий вид.

Устройство имеет полый ротор 1, колонны

2, станину 3, воронку 4, неподвижный 5 и подвижный 6 диски, волновод 7, электроакустический преобразователь 8, нагреватель 9, фланец 10, подшипники 11, провод 12, скользящие контакты 13.

Материал из воронки 4 поступает в заборно-пластицирующую часть устройства, откуда далее расплав попадает в узкощелевой зазор, образованный торцовыми поверхностями подвижного 6 и неподвижного 5 дисков, где подвергается сдвиговой деформации. При сдвиге возникают нормальные к плоскости сдвига напряжения, которые и выдавливают расплав через отверстие в неподвижном диске в виде готового изделия или заготовки.

Крутящий момент от привода (на чертеже привод условно не показан) через ротор 1 и фланец -10 передается подвижному диску 6.

Осевые усилия, возникающие при работе устройства, замыкаются на станине 3 с помощью колонн 2 и подшййников 11. Необходимая температура переработки обеспечивается нагревателями 9 и-электроакустическим устройством 8 за счет,.;поглощения ультразвуковых волн полимерным материалом.

Для этого подвижный диск, выполненный в виде вторичного акустического резонатора, устанавливается по отношению к неподвижному с зазором, равным толщине слоя половинного ослабления ультразвуковых волн в обрабатываемом материале и определяемым из выражения где Io u I — интенсивность на поверхности подвижного и неподвижного дисков; б — величина зазора;

P — коэффициент затухания акустических волн в полимерном материале.

Тогда где ю — круговая частота; р — плотность среды;

Š— модуль упругости; т †танге угла механических потерь.

Величина зазора может быть рассчитана по формуле

Зо

От ультразвукового генератора (на чертеже условно не показан) электрические колебания через скользящие контакты 13, провод

12 подаются на электроакустический преобразователь 8, а механические колебания от него через волновод 7 возбуждают вторичный резонатор — подвижный диск 6. При наложении колебаний на подвижный диск 6 отмечается уменьшение крутящего момента, а следовательно, и мощности привода.

Производительность зависит от сопротивления узкощелевого зазора. При этом чем меньше коэффициент сопротивления, тем больше производительность. С помощью ультразвуковых колебаний уменьшаются силы трения материала в зоне контакта его с вибрирующей металлической поверхностью, а значит и сопротивления узкощелевого зазора.

Степень снижения коэффициента тем больше, чем меньше значение коэффициента трения и чем больше амплитуда колебаний.

Формула изобретения

1. Ультразвуковое устройство для обработки полимерного материала, содержащее станину с посаженными в нее на подшипниках ротором с фланцем и подвижным диском, к которой прикреплены посредством колонн неподвижный диск с нагревателем и воронка, отличающееся тем, что, с целью увеличения производительности и уменьшения мощности привода, подвижный диск выполнен в виде тела вращения и представляет собой вторичный акустический резонатор, установленный по отношению к поверхности неподвижного диска с зазором, равным толщине слоя половинного ослабления ультразвуковых волн в обрабатываемом материале, и прикрепленный по контуру к фланцу, выполненному в виде акустического изолятора так, что вместе с резонатором образует полную камеру, в которой с внутренней поверхности резонатора в пучностях изгибных колебаний прикреплен волновод и электроакустический преобразователь.

2. Ультразвуковое устройство по п. 1, отл и ч а ю щ е е с я тем, что питающие электрический преобразователь провода выведены через ротор на скользящие контакты, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1, Авт. св. Хо 149956, кл. В 29F 3/06, 1961.

2. Патент США Хо 3310835, кл. 18 — 12, 1967 (прототип).

540748 (оставнтель И. Фомичев

Техред А. Камышннкова

Редактор Т. Рыбалова

Корректор Л. Брахнина

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 47/4 Изд. № 126 Тираж 814 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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