Экструдер для переработки вторичных полимерных и композитных материалов

Полезная модель относится к области обработки материалов давлением и может быть использована при переработке полимерных и композитных материалов с получением качественной продукции.
Известен экструдер для переработки термопластов (патент UA № 5779, опубл. 15.03.2005, Бюл. №3), выбранный в качестве прототипа. Экструдер содержит корпус, захватное устройство, шнек, зону питания, зону сжатия, которая состоит из барьерной секции и секции декомпрессии, зону дозирования, выполненную из последовательных конической и цилиндрической секций.
Недостатком известной конструкции является то, что в случае переработки полимерных и композитных материалов, состоящих из вторичного, первичного полимерного сырья, наполнителей, красителей и других компонентов, необходимых для вторичных полимерных и композитных материалов (вторичная полимерная композитная смесь), необходим комплект дорогостоящего оборудования для предварительной подготовки исходного сырья (смесители, пресса, пластификаторы, грануляторы). Использование же напрямую неподготовленного предварительного сырья для известной конструкции не дает хорошего качества получаемых изделий из-за недостаточных смесительных способностей конструкции.
Задачей технического решения является усовершенствование экструдера за счет новой конструкция шнека в зоне дозирования, путем увеличения однородности перемешивания крупных и мелких фракций материала, при этом улучшается продвижение композитной полимерной смеси, а также исключается возможность создания застойных зон материалов, что улучшает качество продукции.
Технический результат заключается в улучшении качества продукции за счет увеличения однородности перемешивания крупных и мелких фракций материала, что улучшает продвижение полимерной композитной смеси, а также исключает возможность создания застойных зон материалов.
Технический результат достигается тем, что экструдер для переработки вторичных полимерных и композитных материалов включает корпус, состоящий из зоны питания, зоны сжатия и зоны дозирования, захватное устройство и шнек, выполненный сборным. В зоне питания шнек выполнен в виде конической секции, в зоне сжатия шнек выполнен из двух последовательно расположенных барьерной секции и секции декомпрессии. При этом шнек в зоне дозирования выполнен из двух последовательно расположенных конической и смешивающей секции с двухступенчатой прямоугольной впадиной в выступе на боковой поверхности шнека. Выступ имеет высоту, равную высоте гребня витка и ширину, равную полуторной высоте гребня витка. Верхняя ступень впадины имеет высоту, равную половине высоты гребня витка и ширину, равную высоте гребня витка. Нижняя ступень впадины имеет высоту и ширину, равную половине высоты гребня витка, и образует входной канал с низкими сдвиговыми деформациями между его внутренней поверхностью и корпусом, выходной канал с высокими сдвиговыми деформациями между его внешней поверхность и корпусом.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства.
На фиг. 2 представлена смешивающая секция зоны дозирования с двухступенчатой прямоугольной впадиной в выступе на боковой поверхности шнека.
Экструдер для переработки полимерных и композитных материалов (фиг. 1) содержит корпус 1, захватное устройство 2, шнек 3, выполненный в виде сборной конструкции. Корпус состоит из зоны питания 4, зоны сжатия 5, зоны дозирования 6. В зоне питания 4 шнек выполнен в виде конической секции. В зоне сжатия 5 шнек состоит из барьерной секции 7 и секции декомпрессии 8. В зоне дозирования 6 шнек выполнен из двух последовательно расположенных конической 9 и смешивающей 10 секций с двухступенчатой прямоугольной впадиной в выступе на боковой поверхности шнека. На (фиг. 2) представлена смешивающая секция 10 с выступами 11 на боковой поверхности шнека, размещенные под углом 90° к витку 13 на поверхности шнека 3, содержащих двухступенчатую прямоугольную впадину 12, при этом смесь полимерных и композитных материалов переходит из входного канала с низкими сдвиговыми деформациями 14 между корпусом и внутренней частью выступа 11 по ходу вращения шнека, в выходной канал с высокими сдвиговыми деформациями 15 между корпусом и наружной частью выступа 11 по ходу вращения шнека, через зазор между максимально высокой частью выступа 11 и корпусом 16. Отверстие 17 выполнено в секции декомпрессии 8 зоны сжатия 5 для удаления легколетучих соединений, которые содержатся в полимерных и композитных материалах.
Экструдер для переработки полимерных и композитных материалов работает следующим образом.
Различные полимерные и композитные материалы подаются отдельными дозаторами в захватное устройство 2, захватываются шнеком 3, который вращается в корпусе 1, в твердом виде транспортируются, смешиваются, и уплотняются в зоне питания 4, потом в зоне сжатия 5 и в барьерной секции 7 происходят создание давления и продвижение композитной смеси в цилиндрической секции 8 зоны и сжатия 5, коническая секция 9 зоны дозирования 6 определяют величину и стабильность давления и производительности, которые развивает экструдер, смешивающая секция 10 зоны дозирования 6 с двухступенчатой прямоугольной впадиной в выступе на боковой поверхности шнека обеспечивает равномерное смешивание компонентов.
Пример выполнения размеров гребня витка и с двухступенчатой прямоугольной впадиной в выступе на боковой поверхности шнека. При высоте гребня витка шнека в зоне питания 8 мм выступ имеет высоту 8 мм и ширину 12 мм, верхняя ступень впадины имеет высоту 4 мм и ширину 8 мм, нижняя ступень впадины имеет высоту и ширину 4 мм. Конструктивные размеры шнека будут измеряться цифровым штангенциркулем с точностью измерения 0,01 мм.
Испытания проходили следующим образом.
В процессе переработки полимерных композитных смесей на основе метода экструзионного выдавливания использование в конструкции экструдера двухступенчатой прямоугольной впадины в выступе на боковой поверхности шнека обеспечивает качественное смешивание полимерного композитного материала за счет увеличения сдвиговых деформаций, а также создание дополнительной разности давления между выступом с двухступенчатой впадиной и корпусом.
Таким образом, конструкция заявленного экструдера обеспечивает увеличение на 40% однородности перемешивания крупных фракций композитного материала и увеличение на 20% однородности перемешивания мелких фракций материала по отношению к известным, за счет чего улучшается продвижение полимерной композитной смеси в 2 раза, а также исключается возможность создания застойных зон материалов, что приводит к улучшению качества продукции в 2 раза.