Экструдер для переработки разнородных вторичных полимерных и строительных материалов

Техническое решение относится к области обработки полимерных и строительных материалов давлением и может быть использовано при переработке полимерных отходов с получением качественных изделий.
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 секции.
Недостатком известной конструкции является то, что в случае переработки разнородных вторичных полимерных и строительных материалов, состоящих из вторичного, первичного сырья, наполнителей, красителей и других компонентов, необходимых для вторичных полимерных и строительных материалов (вторичная полимерная 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 вторичных изделий из-за недостаточных смесительных способностей конструкции.
Задачей технического решения является повышение однородности перемешивания крупных и мелких фракций мягких композитных вторичных полимерных и строительных материалов путем усовершенствования экструдера за счет новой конструкция шнека в зоне дозирования.
Сущность технического решения: Экструдер для переработки разнородных вторичных полимерных и строительных материалов, включающий корпус, состоящий из зоны питания, зоны сжатия, зоны дозирования, захватное устройство, 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, шнек в зоне дозирования выполнен из двух последовательно расположенных конической и смешивающей секции, в смешивающей секции шнек выполнен в виде витка с четырьмя лопастями шарообразной формы, высота и ширина каждой лопасти равна 0,4 диаметра шнека, входной канал образован между корпусом и внутренней частью шнека, выходной канал образован между корпусом и внутренней частью шнека по ходу вращения шнека, содержит зазор между вершиной витка и корпусом. Устройство обеспечивает повышение однородности перемешивания крупных и мелких фракций мягких композитных вторичных полимерных и строительных материалов.
При меньшей высоте и ширине лопастей не обеспечивается равномерное перемешивание мелких и средних мягких фракций вторичных материалов, а при слишком большой высоте лопастей возможно создание критических скоростей и деформаций сдвига материалов, так как в зоне дозирования образуется большое давление, и лопасти большого размера не могут последовательно протолкнуть материал, что может привести к его деструкции.
Общими с прототипом признаками являются:
корпус, состоящий из зоны питания, зоны сжатия, зоны дозирования,
захватное устройство,
шнек, выполненный сборным,
в зоне питания шнек выполнен в виде конической секции,
в зоне сжатия шнек выполнен в виде последовательно расположенных барьерной секции и секции декомпрессии.
Отличительными признаками устройства являются:
в зоне дозирования шнек выполнен из двух последовательно расположенных конической и смешивающей секции с витком четырех лопастей шарообразной формы в смешивающей секции,
высота и ширина каждой лопасти равна 0,4 диаметра шнека,
Использование заявленного экструдера при переработке разнородных вторичных полимерных и строительных смесей позволяет сочетать подготовительные операции (наполнение, прессование, смешивание, гранулирование) и операцию получения новых качественных изделий методом экструзии, и обеспечивает качественное смешение компонентов смеси.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства.
На фиг. 2 представлена смешивающая секция.
Экструдер для переработки разнородных вторичных полимерных и строительных материалов (фиг. 1) содержит корпус 1, захватное устройство 2, шнек 3, выполненный в виде сборной конструкции. Корпус 1 состоит из зоны питания 4, зоны сжатия 5, зоны дозирования 6. В зоне питания 4 шнек 3 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 секции. На (фиг. 2) представлена смешивающая секция 10 с витком, состоящим из четырех лопастей шарообразной формы 11, 12, 13, 14, при этом смесь полимерных и строительных материалов переходит из входного канала с низкими сдвиговыми деформациями 15, образованный между корпусом и внутренней частью шнека в выходной канал с высокими сдвиговыми деформациями 16, образованный между корпусом и внутренней частью шнека по ходу вращения шнека, через зазор между вершиной витка и корпусом 17. Удаление легколетучих соединений, которые содержатся в отходах происходит через отверстие 18.
Экструдер для переработки разнородных вторичных полимерных и строительных материалов работает следующим образом (фиг. 1).
Различные полимерные материалы (первичные, вторичные, красители и другие наполнители) и отходы строительных материалов подаются отдельными дозаторами в захватное устройство 2, захватывается шнеком 3, который вращается в корпусе 1, в твердом виде транспортируются и уплотняются в зоне питания 4, потом в зоне сжатия 5 в барьерной секции 7 происходит полное расплавление полимерной смеси, в секции декомпрессии вторичного полимерного расплава 8 зоны сжатия 5 происходит удаление легколетучих соединений, которые содержатся в отходах, через отверстие 18, коническая секция 9 зоны дозирования 6 определяет величину и стабильность давления и производительности, которые развивает экструдер, смешивающая секция 10 зоны дозирования 6 с шарообразными лопастями, имеющих одинаковую высоту и ширину, обеспечивает равномерное перемешивание смеси и формирование однородного расплава. Смесь полимерных и строительных материалов переходит из входного канала с низкими сдвиговыми деформациями 15 в выходной канал с высокими сдвиговыми деформациями 16 через зазор между вершиной витка и корпусом 17. Наличие барьерной секции 7 и секции декомпрессии 8 в зоне сжатия 5 обеспечивает стабилизацию давления и производительность экструдера. Наличие конической секции в зоне питания 4 обеспечивает равномерную подачу и уплотнение материала в твердом виде.
Пример. В смешивающей секции шнек выполнен в виде витка с четырьмя лопастями шарообразной формы, при диаметре шнека 40 мм высота и ширина каждой лопасти 16 мм. Конструктивные размеры шнека будут измеряться цифровым штангенциркулем с точностью измерения 0,01 мм.
В процессе переработки отходов строительных и полимерных материалов с созданием новых композитных изделий, например, на основе мягких бытовых отходов с использованием метода соэкструзионного и экструзионного выдавливания в секции смешивания 10 за счет использования витка с четырьмя лопастями шарообразной формы 11, обеспечивается на 15% однородность перемешивания крупных фракций мягких композитных вторичных полимерных и строительных материалов и на 20% однородность перемешивание мелких фракций мягких композитных вторичных полимерных материалов и древесных материалов, имеющих размер частиц 300 мкм. Виток шнека 3 имеет четыре лопасти шарообразной формы, высота и ширина каждой лопасти равна 0,4 диаметра шнека, входной канал образован между корпусом и внутренней частью шнека, выходной канал образован между шарообразным витком шнека и корпусом, содержит зазор между витком и корпусом. При меньше четырех лопастей 11, 12, 13 и 14 не обеспечивается равномерное перемешивание вторичных полимерных и строительных материалов на основе мягких бытовых отходов, размер частиц которых составляет 2-3 мм и создается избыточное давление в зоне питания, которое препятствует продвижению смеси, а при больше четырех лопастей 11, 12, 13 и 14 не обеспечивается равномерное перемешивание мягких фракций композитного полимерного материала с размерами частиц 3-4 мм и древесных материалов с размером частиц 300 мкм. Использование витков с четырьмя лопастями 11,12,13 и 14, имеющих шарообразную форму, обеспечивает качественное смешивание отходов на основе мягких бытовых отходов и строительных материалов за счет создания дополнительной разности давления между лопастями и корпусом.
Использование заявленного экструдера при переработке разнородных вторичных полимерных и строительных смесей позволяет сочетать подготовительные операции (наполнение, смешивание, гранулирование, прессование) и операцию получения новых качественных изделий методом экструзии за счет использования в зоне дозирования последовательно расположенных конической и смешивающей секции со специальной конструкцией лопастей.