ДВУХШНЕКОВЫЙ ЭКСТРУДЕР

Полезная модель относится к переработке полимерных и композитных материалов и может быть использовано в отраслях промышленности, применяющих экструзию.
Известен двухшнековый экстудер, выбранный в качестве прототипа, содержащий корпус с загрузочным бункером и с размещенными в корпусе с возможностью вращения встречно двумя шнеками с винтовыми нарезками разными в соотвествующих четырех зонах, причем в первой зоне - зоне загрузки шнеки имеют постоянную глубину и шаг нарезки (патент РФ на изобретение №2284914). Кроме зоны загрузки изобретение содержит зоны сжатия, дозирования и гомогенезации.
Недостатком данного технического решения является недостаточное качество получаемого материала за счет неравномерного перемешивания в узле гомогенезации.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение качества переработки материала за счет интенсификации процесса перемешивания.
Техническая задача решается за счет того, что в двухшнековом экстудере, содержащем корпус с загрузочным бункером и с размещенными в корпусе с возможностью вращения встречно двумя шнеками с винтовыми нарезками разными в соотвествующих четырех зонах, причем в первой зоне - зоне загрузки шнеки имеют постоянную глубину и шаг нарезки, согласно полезной модели, во второй зоне - зоне сжатия и измельчения гребни винтовой нарезки шнека при постоянном шаге и глубине нарезки уменьшаются по ходу движения гранул обрабатываемого материала в 1,5 раза за счет увеличения внутреннего и уменьшения наружного диаметров шнеков, а зазор между корпусом и шнеком составляет не более 0,5 диаметра гранул, в третьей зоне - зоне перемешивания и дегазации наборные элементы шнека выполнены в виде двух винтовых кулачков эллипсоидного сечения с шагом большим, чем в остальных зонах и со смещением сечения на 90° на каждом шнеке, при этом в этой зоне выполнен газоотвод, направленный в загрузочный бункер, в четвертой зоне - зоне гомогенизации глубина гребней винтовой нарезки шнека уменьшается в 1,2 раза, за счет увеличения внутреннего и уменьшения наружного диаметров шнеков, а зазор между корпусом и шнеками составляет не более 0,1 диаметра гранул.
При этом, эллиптические кулачки на шнеках выполнены таким образом, что они имеют соотношение a=1,5b, где a - наибольший размер, a b - наименьший размер.
Причем, валы шнеков выполнены полыми для возможного прохождения теплоносителя.
Технический результат достигается за счет того, что в четвертой зоне (IV) - зоне гомогенезации отдельные перемещающиеся полости, образованные двумя встречно вращающимися шнеками постепенно уменьшаются в объеме при движении к выходу. При этом в каждой полости повышается давление. В каждых двух соседних полостях имеется разность давления. Под ее воздействием часть материала из меньшей полости перетекает в большую в обратном направлении. Перетекающий материал движется через узкую щель с взаимно движущимися стенками. Это многократное дополнительное воздействие на материал резко повышает процесс перемешивания, т.е. качество гомогенезации.
Во второй зоне (II) - зоне измельчения за счет уменьшения высоты полостей, образованных двумя шнеками, при их движении к выходу происходит раздавливание гранул материала. При этом за счет зазора не более 0,5 диаметра гранулы происходит выдавливание нераздавленных гранул в предыдущую полость с их разрушением. За счет большого числа гребней шнека происходит многократная вышеуказанная циркуляция гранул и их обломков. Одновременно происходит сжатие материала. Это интенсифицирует измельчение материала.
В третьей зоне (III) за счет большого шага винтовых кулачков происходит увеличение скорости подачи материала к выходу. Четвертая зона (IV) с ее мелким шагом и зазором между корпусом и шнеками составляющим не более 0,1 диаметра гранул, создает противодавление, за счет которого часть материала подается обратно через зазоры между эллиптическими кулачками, которые периодически возникают при вращении кулачков. Большие объемы полостей, образующимися двумя соседними кулачками, позволяют отделить газ из материала. Для его отвода предусмотрен газоотвод из третьей зоны в подающий бункер. Вышеуказанная многократная циркуляция с повышенными скоростями улучшает перемешивание материала.
Приведенные выше отличительные признаки являются новыми по сравнению с прототипом, поэтому полезная модель соответствует критерию «новизна».
Данное техническое решение может быть воспроизведено промышленным способом, следовательно, оно соответствует критерию «промышленная применимость».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен двухшнековый экструдер в разрезе с зонами переработки; на фиг.2 - положение кулачков в сечении А-А зоны 3; на фиг.3 - положение кулачков в сечении Б-Б зоны 3.
1
2
1
3
4
2
Двухшнековый экструдер содержит корпус 1, взаимозацепляющиеся шнеки 2 и 3, установленные с возможностью вращения навстречу друг другу и имеющие четыре зоны переработки материала I, II, III, IV, расположенные по ходу движения материала последовательно. Шнеки 2 и 3 представляют собой комплекты червячных 4, 5, 6 и кулачковых 7 секций, расположенных в соответствующих зонах переработки. Шнеки 2 и 3 устанавливаются на валы 8 и 9, которые могут быть пустотелыми. В первой зоне переработки - зоне загрузки секции 4 шнеков 2 и 3 имеют постоянную глубину нарезки и постоянный шаг. Во второй зоне переработки идет измельчение и перемешивание, и секции 5 шнеков 2 и 3 имеют постоянный шаг, а глубина нарезки по ходу движения уменьшается в 1,5 раза (H/H=1,5). При этом, зазор A между корпусом 1 шнеками 2 и 3 составляет не более 0,5 диаметра гранул материала. В третьей зоне переработки - происходит интенсивное перемешивание и дегазация, и секции 7 представляют винтовые кулачки эллипсоидного сечения, смещенные на противоположных валах на 90 градусов. При контакте они имеют соотношение a=1,5b, где a - наибольший размер, a b - наименьший размер. Эта зона снабжена газоотводом 10 для отведения газа, который направлен в загрузочный бункер для исключения потерь материала. Четвертая зона обеспечивает дополнительное тонкое измельчение и смешивание (гомогенезацию). Глубина нарезки уменьшается по ходу продукта в 1,2 раза (H/H=1.2), а зазор A между корпусом 1 и шнеками составляет не более 0,1 от диаметра гранул.
Устройство работает следующим образом.
Исходный материал загружается в загрузочный бункер экструдера, и попадает в зону загрузки I, перемещается последовательно с помощью вращающихся шнеков 2 и 3, приводимых в движение посредством привода (на черт. не показан) и проходит через три зоны (II, III, IV) переработки, в которых перемешивается, измельчается и в конце процесса продавливается через матрицу (на черт. не показано).
В зоне загрузки I создается первоначальное давление для перемещения материала. При продвижении материала происходит его уплотнение и измельчение за счет уменьшения свободного объема в зоне II, ограниченного стенками корпуса и поверхностью шнеков. В зоне III происходит дегазация и интенсивное перемешивание. В зоне IV за счет уменьшения свободного объема, ограниченного стенками корпуса и поверхностью шнеков, производится тонкое измельчение и перемешивание (гомогенизация).
За счет многократной циркуляции материала в зонах II, III, IV происходит качественное измельчение и смешивание материала. Под действием деформационных усилий и сил трения о поверхности рабочих органов и корпус материал разогревается. Для интенсивного теплообмена может быть добавлена циркуляция теплоносителя через полые валы шнеков.
Предлагаемое техническое решение позволяет получать более качественный конечный продукт.