УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЛИМЕРНОЙ КАПСУЛЫ

Полезная модель относиться к области переработки пластмасс в фасонные изделия, и, в частности, к производству из полимерных материалов ампульных капсул, наполненных несжимаемой текучей средой, например, жидкостью.
Известно устройство для производства полых профильных изделий [1], которое содержит последовательно расположенные экструдер с профильной головкой, выполненный с каналом для подачи воздуха внутрь формируемой заготовки, калибратор, содержащий две секций и снабженный охлаждающей рубашкой, охлаждающую ванну и тянущий механизм. При этом рабочая (внутренняя) полость первой секции упомянутого калибратора повторяет точный контур профиля изделия, а рабочая полость второй секции - его основные габаритные размеры.
Недостатком известного устройства является ограниченные функциональные возможности, не позволяющие его использовать для серийного производства прецизионных малоразмерных капсул, наполненных несжимаемой текучей средой, например, жидкостью.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому, является экструзионное устройство [2], которое состоит из средства подготовки расплава полимера, выполненного в виде экструдера для приготовления и подачи под давление полимерного расплава. С экструдером соединена профильная головка, снабженная сопла с выполненным в нем, по меньшей мере, одним полым профильным участком, а также охлаждающий блок в виде термостатированной ванны и калибратор. Помимо этого, устройство-прототип оснащено блоками протяжки и резки на мерные (заданной длины) куски производимой полимерной оболочки. Данное известное устройство принимается за прототип.
Недостатком прототипа является то, что это известное устройство не представляется возможным использовать для целей серийного производства прецизионных малоразмерных капсул, наполненных
несжимаемой текучей средой, например, жидкостью ввиду ограниченных функциональных возможностей.
Задачей, на решение которой ориентирована предлагаемая полезная модель, является аппаратное обеспечение потребности в массовом производстве малообъемных (объемом от 1,0 миллилитра и ниже) полимерных капсул (наполненных несжимаемой текучей средой, например, водным раствором с лекарственным препаратом или эмульсией с ароматизатором) высокопроизводительным и прецизионным экструзионным методом.
Ожидаемый технический результат состоит в расширении функциональных возможностей.
Заявленный технический результат достигается тем, что в устройство для формирования полимерной капсулы, состоящем из средства подготовки расплава полимера и его принудительной подачи в экструзионную головку, снабженную дорном с, по меньшей мере, одним каналом для наполнения полимерной оболочки, блока наполнения полимерной оболочки, взаимодействующего с упомянутым каналом, калибратора, установленного за дорном соосно ему, охлаждающей ванны и последовательно размещенных за охлаждающей ванной механизмов протяжки и поперечной резки, блок наполнения полимерной оболочки выполнен с возможностью подачи в полимерную оболочку несжимаемой текучей среды, при этом механизм поперечной резки дополнен узлом герметизации торцов наполненной полимерной оболочки в зоне реза.
Предпочтительно, чтобы узел герметизации торцов был выполнен в виде термоножа.
Желательно, чтобы в качестве несжимаемой текучей среды была использована вода, эмульсия на основе воды, или раствор на основе воды.
Целесообразно, чтобы блок наполнения полимерной оболочки был снабжен средством управления температурой несжимаемой текучей среды.
Имеет значение, чтобы блок наполнения полимерной оболочки был снабжен средством управления давлением несжимаемой текучей среды
Предпочтительно, чтобы блок наполнения полимерной оболочки был снабжен средством управления скоростью подачи несжимаемой текучей среды
Желательно, чтобы средство управления было выполнено на базе микропроцессор.
Из уровня техники заявителем не было установлено представленная в формуле полезной модели предложенная заявителем совокупность существенных признаков, что дает основание полагать о соответствии предложения критерию охраноспособности полезной модели «новизна».
Наличие творческой составляющей (изобретательского эффекта) в предложенном новом техническом решении заявитель усматривает в том, что считает не очевидным для специалиста, т.е. лица, компетентного в сфере преобразование экструзией полимерных материалов, решение поставленной в рамках настоящей заявки на полезную модель задачи. Конструкция предлагаемого устройства неочевидна и позволяет удовлетворить давно существующую общественную потребность в части объединения циклов изготовления и заполнения жидкостью оболочек полимерных капсул, которых формируются высокопроизводительными методами экструзии из расплава такого материала.
Заявленная полезная модель иллюстрируется чертежами. На Фиг.1 представлена схематичная схема предложенного устройство для формирования полимерной капсулы, а на Фиг.2 поясняется работа механизма поперечной резки с участием термоножа, при этом на Фиг.2-а изображены разъединенные электроды механизма поперечной резки в момент протяжки наполненной жидкостью полимерной оболочки, на Фиг.2-б изображены сомкнувшиеся в момент резки-термосварки на полимерной оболочке электроды механизма поперечной резки, а на Фиг.2-в изображена наполненная полимерная оболочка с одним герметизированным торцом на позиции перед электродами поперечной резки до его подачи на позицию резки-термосварки.
Перечень позиций
1. Блок формирования расплава полимера.
2. Линия принудительной подачи расплава полимера.
3. Блок наполнения полимерной оболочки.
4. Средство управления температурой несжимаемой текучей среды.
5. Средство управления давлением несжимаемой текучей среды.
6. Средство управления скоростью подачи несжимаемой текучей среды.
7. Поток несжимаемой текучей среды.
8. Экструзионная головка.
9. Дорн экструзионной головки.
10. Полимерная оболочка.
11. Калибратор.
12. Кондиционер калибратора.
13. Патрубок подачи теплоносителя.
14. Патрубок отвода теплоносителя.
15. Ванна охлаждения.
16. Охлаждающая жидкость.
17. Патрубок подачи охлаждающей жидкости в ванну охлаждения.
18. Патрубок отвода охлаждающей жидкости из ванны охлаждения.
19. Механизм протяжки.
20. Шток механизма поперечной резки.
21. Первый электрод механизма поперечной резки.
22. Второй электрод механизма поперечной резки.
23. Термонож.
24. Герметизированный торец.
25. Несжимаемая текучая среда.
26. Приемник готовой продукции.
Устройство для формирования полимерной капсулы состоит из блока формирования расплава полимера 1 (Фиг.1), снабженного линией принудительной подачи расплава полимера 2 (Фиг.1). В качестве побудителя принудительной подачи расплава полимера может быть использовано известное техническое решение в котором применена шнековая подача [3]. Наполнение ядра полимерной капсулы текучей несжимаемой средой производится посредством блока наполнения полимерной оболочки 3 (Фиг.1). Конструктивно, в простейшем случае, упомянутый блок может быть выполнен как заполненный несжимаемой текучей средой сосуд с насосом, например, гидронасосом, снабженный средством управления температурой упомянутой
среды 4 (Фиг.1), подобно термостату с электрическим управлением, раскрытому в источнике информации [4] или микропроцессорному терморегулятору [5]. Блок наполнения полимерной оболочки 3 (Фиг.1) оснащен средством управления давлением помещенной в сосуд несжимаемой текучей среды 5 (Фиг.1), в частном случае реализации которое может иметь вид регулятора давления жидкости типа [6]. Помимо приведенных выше узлов, рассматриваемый блок содержит средство управления скоростью подачи несжимаемой текучей среды 6 (Фиг.1), в одном из предпочтительных вариантов воплощения реализуемым подобно устройству для автоматического дозирования жидких фракций [7], электрически сблокированному с упомянутым выше насосом. Представляется уместным отметить, что средство управления температурой несжимаемой текучей среды 4 (Фиг.1), средство управления давлением несжимаемой текучей среды 5 (Фиг.1), а также средство управления скоростью подачи несжимаемой текучей среды могут быть оснащены микропроцессорным управлением подобно системе для программного управления технологическим оборудованием, раскрытой в [8]. Поток несжимаемой текучей среды 7 (Фиг.1) из блока наполнения полимерной оболочки 3 (Фиг.1) взаимодействует с входом отверстия в экструзионной головке 8 (Фиг.1), размещенной коаксиально дорну 9 (Фиг.1). Сразу после дорна 9 (Фиг.1), обеспечивающего первоначальное формообразование полимерной оболочки 10 (Фиг.1 и Фиг.2) из расплава полимера, позиционирован калибратор 11 (Фиг.1). Конструктивный узел заявляемой установки «калибратор» 11 (Фиг.1), как это однозначно следует из его названия, обеспечивает прецизионную подгонку внешних габаритов полимерной оболочки 10 (Фиг.1 м Фиг.2) под заданный на стадии проектирования размер. Помимо этого, калибратор 11 (Фиг.1) содержит в своем составе в виде «рубашки» (т.е. полой герметичной конструкции, охватывающей калибратор 11 (Фиг.1)) кондиционер 12 (Фиг.1), во внутренний объем которого по патрубку подачи 13 (Фиг.1) подают, а по патрубку отвода 14 (Фиг.1) выводят теплоноситель, например, СОЖ (смазывающе-охлаждающую жидкость) или техническую воду [9]. Благодаря наличию в составе калибратора 11 (Фиг.1) кондиционера 12 (Фиг.1) происходит существенное управляемое снижение температуры материала полимерной оболочки 10 (Фиг.1, Фиг.2-а и Фиг.2-в), что гарантирует
сохранение последней откалиброванного размера. Окончательная кристаллизация материала полимерной оболочки 10 (Фиг.1 и Фиг.2) осуществляется в ванне охлаждения 15 (Фиг.1), наполненной охлаждающей жидкостью 16 (Фиг.1) и снабженной патрубком подачи 10 (Фиг.1) и патрубком отвода 18 (Фиг.1) охлаждающей жидкости соответственно. С ванной охлаждения 15 (Фиг.1) последовательно смонтирован механизм протяжки 19 (Фиг.1 и Фиг.2-а), который при применение (в частном случае исполнения) принципа фрикционного привода, конструктивно может быть, например, выполнен в виде вращающихся по часовой стрелке и, соответственно, против часовой стрелки оппозитно размещенных четного количества профилированных колесных пар с электрическими или пневматическими приводами.
За механизмом протяжки 19 (Фиг.1 и Фиг.2-а) размещен механизм поперечной резки. В составе механизма поперечной резки входят первый 21 (Фиг.1 и Фиг.2) и второй 22 (Фиг.1 и Фиг.2) электроды соответственно. Указанные электроды могут иметь вид зеркально размещенных между собой Т-образных планок, снабженных индивидуальным приводом (не показан), со встроенным термоножом 23 (Фиг.1 и Фиг.2). В качестве рабочего органа термонажа 23 (Фиг.1 и Фиг.2) может быть использованы конструкции термоножей, известные из уровня техники [10 и 11]. В результате взаимодействия с термоножом 23 (Фиг.1 и Фиг.2) полимерной оболочки 10 (Фиг.1, Фиг.2-а и Фиг.2-в) формируются герметизированные торцы 24 (Фиг.2) полимерной капсулы. За механизмом поперечной резки в предлагаемом устройстве помещен приемник готовой продукции 26 (Фиг.1), который может быть выполнен в виде короба или бункера, снабженного вибротранспортером.
Устройство для формирования полимерной капсулы работает следующим образом.
Пример.
3
В качестве материала полимерной оболочки 10 (Фиг.1, Фиг.2-а и Фиг.2-в) используют полиэтилен высокого давления (далее - ПЭВД) плотностью 0,918 г/см и с показателем текучести равном 2 г/минуту, который помещают в загрузочную воронку в блоке формирования
такт
расплава полимера 1 (Фиг.1). Из указанного блока под действием усилий шнека (с диаметром лопастей 55 мм, длиной 1027 мм и скоростью вращения 75 об/мин) со степенью сжатия 3,8 по линии принудительной подачи расплава полимера 2 (Фиг.1) ПЭВД поступает в экструзионную головку 8 (Фиг.1), нагретую до температуру 138°С. Одновременно с этим, из блока наполнения полимерной оболочки 3 (Фиг.1) в канал дорна экструзионной головки 9 (Фиг.1) поступает поток несжимаемой текучей среды 7 (Фиг.1), в качестве которой используют воду. Средством управления температурой несжимаемой текучей среды 4 (Фиг.1) задают температуры воды около 95°С, средством управления давлением несжимаемой текучей среды 5 (Фиг.1) задают давление воды в канале для наполнения полимерной оболочки 10 (Фиг.1, Фиг.2-а и Фиг.2-в) около двух атмосфер, а средством управления скорости подачи несжимаемой текучей среды 6 (Фиг.1) в упомянутый канал воду подают со скоростью 14 л/мин. В качестве управляющего процессора в используют процессор фирмы Intel «Celeron M» на базе технологического процесса Dotham-1024 (топологический размер 0,09 мкм) с f=1,5 ГГц.
Выходящий из профильной головки экструдируемый ПЭВД приобретает (как заготовка) требуемый профиль (в данном случае это профиль цилиндра диаметром 2,2 мм с толщиной стенки полимерной оболочки 10 (Фиг.1, Фиг.2-а и Фиг.2-в) около 20 мкм). Далее, заготовка подается в калибратор 11 (Фиг.1). Под воздействием избыточного давления несжимаемой текучей среды 25 (Фиг.1 и Фиг.2), в, частности, воды, изнутри на поверхность полимерной оболочки 10 (Фиг.1, Фиг.2-а и Фиг.2-в), ее внешняя поверхность в ходе перемещения через калибратор 11 (Фиг.1) плотно прижимается к прецизионной (по чистоте поверхности и заданному размеру) внутренней поверхности последнего. Таким образом, при, калибровке водонаполненной полимерной оболочки, помимо собственно калибровки внешнего диаметра заготовки из ПЭВД, происходит снижение температуры материала оболочки с заданным темпом охлаждения. Контролируемое понижение температуры полимерной оболочки 10 (Фиг.1, Фиг.2-а и Фиг.2-в) в калибраторе 11 (Фиг.1) обеспечивается за счет регулирование расхода и температуры теплоносителя, подаваемого и отводимого посредством патрубков 13 и 14 (Фиг.1) в кондиционер калибратора 12 (Фиг.1). Окончательная кристаллизация
ПЭВД формируемой полимерной структуры происходит в охлаждающей жидкости 16 (Фиг.1) в ванне охлаждения 15 (Фиг.1), в которую по патрубкам подачи 17 (Фиг.1) и отвода 18 (Фиг.1) подают в качестве охлаждающей жидкости 16 (Фиг.1) техническую воду с исходной температурой около 8°С.
Из ванны охлаждения 15 (Фиг.1) наполненная несжимаемой текучей средой (водой) 25 (Фиг.1 и Фиг.2) полимерная оболочка 10 (Фиг.1) благодаря фрикционному взаимодействию с приводными роликами механизма протяжки 19 (Фиг.1 и Фиг.2-а) поступает на стол механизма поперечной резки, снабженный первым 20 (Фиг.1 и Фиг.2) и вторым 21 (Фиг.1 и Фиг.2) электродами, оснащенными термоножом 23 (Фиг.1 и Фиг.2), который выполнен в виде нихромовых вставок. Первый электрод механизма поперечной резки 21 (Фиг.2-а) и второй электрод поперечной резки 22 (Фиг.2-а) в исходном состоянии размещены оппозитно так, что полимерная оболочка 10 (Фиг.2-а) находится между ними. Указанные электроды удерживаются в таком положении штоками механизма поперечной резки 20 (Фиг.2-а) и нагреты до температуры примерно 210°С вследствие прохождению тока по нихромовым вставкам термоножа 23 (Фиг.2-а).
В момент, когда конец полимерной оболочки 10 (Фиг.2-а) со скоростью V перемещен на заранее заданное расстояние (в данном примере это величина составляет значение 4 мм), посредством сближения штоков 20 (Фиг.2-б), первый 21 (Фиг.2-б) и второй 22 (Фиг.2-б) нагретые электроды механизма поперечной резки смыкаются с силой 2F (величиной около 4 Кг) на полимерной оболочке 10 (Фиг.2-б). В результате этого происходит терморезка упомянутой оболочки (фактически, ударный нагрев и механическое выдавливание оболочки за пределы контактной зоны) с одновременным образованием двух герметизированных торцов 24 (Фиг.2) из-за спайки ПЭВД в зоне сжатия. По истечению времени в 0,3 секунды удержания, контакта первый 21 (Фиг.2-в) и второй 22 (Фиг.2-в) электроды механизма поперечной резки со скоростью V разводятся штоками 20 (Фиг.2-в), при этом отрезанная герметизированная цилиндрическая полимерная оболочка 10 (Фиг.2-б) (фактически, уже готовая капсула), наполненная водой 25 (Фиг.2-б) под действием сил тяжести падает в приемник готовой продукции 26 (Фиг.1), а предлагаемое устройство в части механизма поперечной резки
вновь приводится в исходное состояние, как это изображено на Фиг.2-а. Далее процессы резки-термосварки циклически повторяется.
Таким образом, введение узла герметизации торцов наполненной несжимаемой текучей средой полимерной оболочки в зоне реза последней (например, с применением термоножа), а также выполнение блока наполнения полимерной оболочки с возможностью подачи в указанную полимерную оболочку несжимаемой текучей среды (например, водного раствора лекарственного препарата или эмульсии ароматического масла) позволяют расширить функциональные возможности и обеспечить достижение заявленного технического результата.
Приведенный в рамках первичных материалов заявки развернутый пример исполнения заявленного устройства, в которых раскрыт один из вариантов его индустриального воплощения и практического применения для массового изготовления малоразмерных полимерных капсул, наполненных несжимаемой текучей средой, например, жидкостью, по мнению Заявителя, дает положительный ответ на вопрос о соответствии предложения Заявителя критерию охраноспособности полезной модели «промышленная применимость».
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Авторское свидетельство СССР №806446, кл. B 29 D 23/04, опуб. 23.08.1983 г., Бюл. №7.
2. Патент РФ №2243094, кл. В 29 С 44/22, опуб. 27.12.2004 г. (прототип)
3. Патент РФ №2286493, кл. F 16 H 1/22, опуб. 27.10.2006 г., Бюл. №30.
4. Патент РФ №2251623, кл. F 01 P 7/16, опуб. 10.05.2005 г.
5. Патент РФ №2112224, кл. G 01 K 7/16, опуб. 27.05.1998 г.
6. Заявка на изобретение РФ №93050544, кл. G 05 D 16/06, опуб. 20.03.1996 г.
7. Патент РФ №2256883, кл. G 01 F 11/00, опуб. 20.07.2005 г.
8. Патент РФ №200117017, кл. G 05 B 19/042, опуб. 27.06.2002 г.
9. Заявка на изобретение РФ №2002106879, кл. F 24 D 9/02, опуб. 10.09.2002 г.
10. Патент РФ №2164886, кл. В 65 В 9/00, опуб. 10.04.2001 г.
11. Патент РФ №2170195, кл. В 65 В 11/08, опуб. 10.07.2001 г.