ЛИНИЯ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИТНОГО МАТЕРИАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ФОРМОВОЧНОЙ СМЕСИ

Полезная модель относится к технологическому оборудованию для производства формованием из различных композитных материалов, в частности, полимерпесчаной смеси, изделий, например, тротуарной и стеновой плитки, черепицы,, а также различных строительных конструкций, деталей машин и механизмов, установочных и укладочных конструкций, в частности, для коммуникационных систем, кроме того, изделий сложных объемных форм, в частности, вазонов, декоративных садовых скульптур и т.п.
Широко известны способы получения формовочной смеси с применением регенерации пластиков и при производстве изделий из композитных материалов на базе полимеров широко применяются технологические линии, включающие экстру дер.
Известна «Технологическая линия по производству полимерных строительных материалов» (патент РФ №2206452 C1, 7 B29B 17/00, 2003), включающая дозатор, загрузочное устройство, измельчитель пластика, регенератор с устройством выгрузки, измельчитель регенерированных пластиков, смеситель, устройство для подготовки формовочной смеси (реактор), формующее устройство с подвижной нижней плитой формы, сушильный стол.
Известная линия сложна и энергоемка, рассчитана на сложный технологический процесс регенерации пластиков, что зачастую на практике излишне.
Заявляемая линия более универсальна и позволяет использовать как вторичное полимерное сырье, так и иные вязкие связующие для получения различных композитных смесей. Кроме того, данная линия более проста, экономична и эффективна.
Наиболее близкий аналог- «Система изготовления изделий из сыпучих материалов и полимерных отходов» (патент РФ №52360 U1, B28B 15/00, 2006), включающая дробилку с подачей сырья, гидравлический пресс, линию подачи готовых изделий, сушку песка, устройство регенерации полимерных отходов, устройство нагрева и смешивания компонентов из 2-х зон нагрева с датчиками температуры, устройство управления системой и устройства управления агрегатов. Недостатки системы в том, что она основана на сложном процессе подготовки сырья, включающем сушку песка и регенерацию полимерных отходов, что повышает энерго- и трудоемкость процесса и ухудшает свойства полимера. Устройство смешивания не обеспечивает достаточное проталкивание для смеси, что снижает производительность. Кроме того, может быть налипание смеси. Заявленная линия позволяет исключить предварительную сушку песка и регенерацию пластика, а также обеспечивает равномерное прохождение сырья и его качественное, постепенное нагревание и перемешивание при температуре плавления пластика.
Известен реактор для подготовки формовочной смеси (патент РФ №3489501, 7 В29В 17/00, В29В 7/42, В29С 47/00, В29С 47/76, 2003) включающий установленный на станине корпус, в котором размещено устройство перемешивания в виде вала с установленными на нем ассиметрично лопастями, образующий 3 зоны механической обработки, терморегулирующий механизм с устройством управления, обеспечивающий образование трех температурных зон различной температурной обработки
Недостаток описанного устройства - резкий нагрев смеси во входной зоне, вследствие чего происходит преждевременное, еще до достаточного перемешивания с другими компонентами (например, песком), расплавление полимерной составляющей, что ведет к неравномерности перемешивания и налипанию полимерной массы на корпус и части шнека, что в итоге снижает качество подготавливаемой к формовке смеси.
Заявляемое устройство для подготовки формовочной смеси за счет иной плотности расположения лопастей в зонах в сочетании с иным температурным режимом позволяет исключить налипание вязких составляющих и сделать процесс перемешивания более равномерным и эффективным.
В предпочтительном варианте линия по производству изделий из композитных материалов включает последовательно размещенные и технологически связанные устройство для подготовки формовочной смеси и пресс для формования изделий.
При этом пресс для формования представляет собой любую известную конструкцию гидравлического пресса, включающую разъемную пресс-форму с подвижной верхней плитой и обеспечивающую формование изделия заданной формы из пластичной, нагретой до оптимальной температуры формовочной массы, в частности - для «жестких» термопластов до 300 град. С. Формовочная смесь представляет собой композицию из различных компонентов на базе вязкого связующего, в частности, - полимеров, смол, клеев и т.п., с добавлением песка, цемента, древесных опилок и т.п. Функциональные особенности заявляемой линии далее описаны для преимущественного варианта, когда в качестве композитного материала применена полимерпесчаная смесь, при этом полимерная составляющая получена измельчением вторичного полимерного сырья, т.е. бывших в употреблении полимерных изделий и отходов производства
Линия может включать устройство для измельчения полимерных материалов, включенное в технологическую цепочку перед устройством для подготовки формовочной смеси и представляющее собой любую известную конструкцию, например, типа дробилки барабанного или роторного типа, обеспечивающую измельчение полимерных материалов до массы из сравнительно единообразных частиц размером от 1-10 мм до 1-30 мм.
Состав и устройство линии по производству изделий из полимерпесчаной смеси для работы с необработанным полимерным сырьем (в виде лома, разнородных по конфигурации пластиковых отходов и т.п.), проиллюстрированы на Фиг.1 Линия содержит следующие узлы и устройства, размещенные последовательно по ходу технологического процесса и технологически связанные между собой:
- устройство для измельчения полимерных материалов 1 (далее измельчитель),
- устройство для подготовки формовочной смеси 2, снабженное устройством управления типа «контроллер» 3
- пресс для формования изделий 4.
Приводные устройства, предназначенные для обеспечения работы всех механизмов и узлов, включены в линию известным способом и на фигуре не показаны.
Электропитание подается на все энергетически зависимые устройства, узлы и механизмы.
В полном технологическом цикле, когда исходным материалом является предварительно необработанное вторичное полимерное сырье, исходное сырье загружается в измельчитель для получения массы единообразных частиц. В качестве исходного сырья предпочтительны пластики, характеризующиеся одним диапазоном температуры плавления, выбранные из группы «мягких» (ПВД, ПНД и т.п.) или «жестких» (АБС, ПЭТ, полистирол и т.п.) термопластов.
В устройстве для подготовки формовочной смеси полученная масса расплавляется и перемешивается в установленных пропорциях с песком без примеси камней, глины и т.п., естественная влажность которого в пределах от 0,1 до 10,3%.
Для колеровки может быть добавлен красящий пигмент, например железно-окисный, в соответствующей пропорции. Композиция из перечисленных ингредиентов подвергается постоянному механическому перемешиванию и температурному воздействию, продвигаясь последовательно по трем температурным зонам нагрева с образованием однородной пластичной массы с температурой, установленной для определенных вторичных полимеров, используемых как связующее, в частности для группы «мягких» полимеров (ПВД, ПНД) около 180-210 град.С. При прохождении с различной скоростью по разнотемпературным зонам за один проход композитная масса приобретает нужную для формования консистенцию, при этом за счет обеспечения предложенных температурных режимов в сочетании с обеспечением оптимального механического воздействия в каждой из зон за счет конструкции шнека, удается исключить налипание пластика на корпус и повысить производительность установки. Кроме того, предложенная конструкция устройства для подготовки формовочной смеси - в варианте полимерпесчаной смеси - позволяет использовать песок без предварительной просушки.
Подготовленная к формованию масса, с температурой не ниже 50 град.С дозировано загружается в прессформу гидравлического пресса, особенностью которой является верхняя подвижная плита и нижняя неподвижная плита, где ей придается определенная форма. Все механизмы, устройства и приспособления, которые могут быть использованы при функционировании линии и обеспечивающие загрузку, выгрузку, дозирование, перемещение, температурный контроль и т.п. операции, широко известны и не требуют отдельных пояснений.
Обычно в линии устройство для подготовки формовочной смеси установлено так, что корпус устройства расположен горизонтально. В технологическом цикле для ускорения прохождения перемешиваемой массы по корпусу устройства для подготовки формовочной смеси и облегчения выталкивания этой массы на выходе, устройство для подготовки формовочной смеси может быть с уклоном корпуса в сторону выхода готовой смеси, который составляет угол от 5 до 50 град к горизонтальной оси.
Подробно изображенное на фиг.2 устройство подготовки формовочной смеси, содержит закрепленный на станине 5 предпочтительно цилиндрический, металлический корпус 6, в котором установлен с возможностью вращения шнек в виде вала 7 с расположенными на нем ассиметрично лопастями 8. Лопасти расположены таким образом, что образуют три участка - зоны перемешивания, различаемые по плотности размещения лопастей на валу, от чего зависит интенсивность перемешивания и скорость продвижения массы внутри корпуса. Вращение вала обеспечивается приводом 9, через передаточный механизм 10, в частности, зубчатую передачу.
Устройство подготовки формовочной смеси дополнительно может содержать устройство плавного пуска, позволяющее регулировать скорость вращения вала посредством электропривода с регулируемой частотой.
Для пояснения расположения лопастей относительно вала и друг друга на фиг.3 изображены участки зон перемешивания в двух проекциях, при этом I зона - это участок на входе в цилиндрический корпус, соответствующий начальному этапу обработки формовочной смеси и требующий наибольшей интенсивности перемешивания; II зона - наиболее протяженный средний участок; III зона - участок на выходе устройства. Лопасти в I зоне расположены в ряду по линии спирали с наименьшим шагом по отношению друг к другу, т.е. наиболее плотно в ряду. Во второй зоне шаг между соседними лопастями увеличивается. В III, выходной зоне. еще более увеличивается шаг между соседними в ряду лопастями.
Другой особенностью расположения лопастей на валу, как видно на Фиг.4, изображающей шнек, является расположение лопастей последовательно друг за другом по линии спирали, охватывающей вал. При этом витки спирали расположены более плотно на одном из концов вала, соответствующем III зоне на выходе устройства (т.е. конечному этапу обработки формовочной смеси). Таким образом, по мере продвижения по зонам обработки к выходу устройства, плотность витков спирали, по линии которой располагаются лопасти, увеличивается и становится максимальной на выходе, в III зоне, одновременно шаг между соседними в ряду лопастями становится большим, по отношению к зонам I, II.
Нагревание постоянно перемешиваемой массы и поддержание необходимого температурного режима внутри корпуса осуществляется посредством терморегулирующего устройства, которое состоит из как минимум двух датчиков температуры 11 и как минимум двух электронагревателей 12, подключенных к устройству управления 3. Количество электронагревателей и датчиков, применяемых в конструкции устройства для подготовки формовочной смеси, определяется с учетом длины корпуса (и, соответственно, протяженности и площади зон нагрева и зон перемешивания с различной плотностью расположения лопастей) и соображений рационального энергопотребления и электробезопасности. В предпочтительном варианте к устройству управления подключены три электронагревателя и, соответствующие им три датчика температуры.
Терморегулирующее устройство создает соответствующий режим термообработки, при этом соответствующим электронагревателем обеспечивается в каждой из трех зон нагрева температура, контролируемая соответствующим датчиком. Процесс нагрева протекает как постепенный нагрев до температуры плавления в начале цикла и поддержание в последующем температуры плавления пластиков. На входе установки, соответствующей I-й зоне термообработки при температуре нагрева, но не плавления, соответственно для «мягких» пластиков 50-90 град.С и для «жестких» 130-150 град.С, происходит медленное и равномерное нагревание перемешиваемой смеси. В средней зоне II и в выходной зоне III поддерживается температура плавления пластиков 90-210 град.С (выбирается в соответствии с характеристиками пластика), в частности для ПНД и ПВД - 180-210 град.С. При скорости прохождения массы, обеспечиваемой расположением лопастей на валу, рассмотренных на фиг.3, в сочетании с достигнутой в каждой зоне вязкостью и эластичностью полимерной составляющей, осуществляют оптимальный режим для подготовки формовочной смеси.
Примененные режимы исключают налипание пластика на стенки во входной зоне установки, позволяют исключить предварительную сушку песка, обеспечивают наиболее эффективное и равномерное перемешивание компонентов и нагрев смеси.
Подробно конструкция электронагревателя 12 и его расположение относительно корпуса изображены на фиг.5. Электронагреватель включает нагревательный элемент 13, представляющий собой уложенный на корпус «змейкой» и охватывающий его, с небольшим шагом, гибкий нагревательный элемент, например, кабель нагревостойкий с минеральной изоляцией в стальной оболочке. Нагревательный элемент защищен прокладкой 14 из диэлектрического листового материала, например, асбестового листа, и защитным кожухом 15.
Кроме того, электронагреватель может содержать дополнительные нагревательные элементы.
Количество нагревательных элементов, параллельно включенных в схему, (например, отрезков кабеля с любой конфигурацией укладки - змейкой, охватывающими витками, решеткой и т.д.) находится в зависимости от площади нагреваемой поверхности корпуса.
Электропитание подается отдельно на каждый нагревательный элемент, что повышает ремонтопригодность устройства и возможность замены в случае необходимости не всего электронагревателя, а лишь вышедшего из строя нагревательного элемента. В случае, если один из нагревательных элементов вышел из строя во время прохождения массы через соответствующую зону, предлагаемая конструкция позволяет процесс не прерывать и прогнать массу по корпусу и только после этого осуществить замену.
В преимущественном случае исполнения кабель, применяемый в качестве нагревательного элемента, укладывают на корпус с равномерным шагом, выведя 2 конца для соединения посредством пайки (скрутки) или через распределительную коробку с электрической цепью переменного напряжения. Сверху уложенный змейкой кабель укрывают в предпочтительном варианте негорючим изоляционным листовым материалом. Кроме того, может применяться тепло- и электроизоляционное покрытие, в частности теплоизоляционные мастики, краски или лаки. Поверх изолирующего материала размещают защитный кожух, преимущественно металлический.
В качестве нагревательных элементов могут быть применены любые известные ТЭНы, конструктивно отвечающие задаче нагревания корпуса со всех сторон.
Терморегулирующее устройство работает следующим образом. Команда с контроллера поступает на магнитный пускатель, при этом на клеммы (концы) кабеля (нагревательного элемента) подается напряжение. При достижении необходимой для данного типа сырья температуры плавления на входе установки, соответствующей I-й зоне термообработки, контролируемой датчиком температуры, на пускатель подается команда о прекращении нагрева. Непрерывное считывание показателей с температурных датчиков позволяет осуществлять непрерывный контроль за процессом нагрева/остывания смеси и осуществлять регулирование температуры.
Аналогично процесс протекает в следующей зоне, соответствующей заданному температурному режиму.
Для осуществления безопасного пуска и защиты от перенапряжений в цепь подачи напряжения включают трехфазный автомат защиты. Кроме того, нагревательный элемент электронагревателя может быть выполнен на базе индукционной катушки (типа: многовитковый кабельный индуктор), охватывающей корпус с соблюдением необходимого зазора. От окружающей среды катушки изолированы защитным кожухом, преимущественно металлическим, обеспечивающим максимальную теплоотдачу на корпус и минимальные потери тепла в окружающую среду. Процесс нагрева и, соответственно работа схемы в режиме нагрева, поддержания температуры, постоянного температурного контроля, протекает аналогично описанному выше.