УСТРОЙСТВО ПОДГОТОВКИ ФОРМОВОЧНОЙ СМЕСИ

Полезная модель относится в области подготовки и предварительной обработки материалов перед формованием и может быть использована для производства изделий из композитного материала, например, вторичного полиэфирного волокна, как наполнителя и связующего полимера или полимера песчаной смеси для изготовления изделий различной формы, в том числе черепицы, плитки, конструкций деталей и машин.
Допустимая влажность при переработке большинства полимеров менее 0,2 %. Используемые вторичные связующие и наполнитель имеют высокое содержание влаги, которое значительно превышает эту величину. Для получения качественной продукции из таких связующих и наполнителей композитной массы требуется предварительная сушка или эффективная дегазация.
Из уровня техники известна конструкция шнекового экструдера для получения полимерного расплава (аналог - см. US 4088307, публ. 09.05.1978 г., МКИ2 B29B 1/10), снабженная корпусом с отверстием для выпуска газа и двумя шнеками, установленными в корпусе. При этом вал каждого из шнеков снабжен участком поверхности с полусферическими выступами, расположенными напротив вышеупомянутого отверстия. В процессе переработки полимерный расплав, попадающий между выступами, подвергается сжатию, благодаря чему газ, содержащийся в массе полимерного расплава, прорывается наружу и выходит через отверстие выхода газа.
К недостаткам вышеописанного экструдера относится громоздкость конструкции, а также забивание полимерным расплавом отверстия выпуска газа.
Известно устройство подготовки формовочной смеси для изготовления изделий из композитного материала, включающее корпус с нагревом, в котором с возможностью вращения установлен шнек с расположенными на нем лопастями с образованием зон механической обработки, которые расположены по линии, охватывающей вал спирали, отличающееся тем, что дополнительно устанавливают не менее одного шнека с расположенными на нем лопастями, причем шнеки установлены с возможностью независимого и асинхронного управления скоростью вращения, а диаметры шнеков выполнены одинаковыми либо различными с возможностью изготовления наборными (см. патент № 2605910, МПК B29B 7/18 (2006.01), 2016 г., пункт 1). Данное решение принято за прототип.
Недостатком указанного устройства является то, что при использовании сырья, например, песка с большей влажностью в обычном режиме работы, происходит естественный выброс горячего пара вместе с продуктами распада (парогазовая смесь) из загрузочной и/или выходной зоны устройства подготовки формовочной смеси, что недопустимо с точки зрения техники безопасности. Разогрев и удаление влаги при получении композита занимает длительное время, что в итоге снижает качество подготавливаемой формовочной смеси.
Техническая проблема, решаемая полезной моделью, заключается в повышении качества получаемой формовочной смеси при обеспечении безопасности работы устройства.
Поставленная проблема решается за счет того, что в устройстве для подготовки формовочной смеси, содержащем корпус с элементами нагрева и зоной загрузки, в котором с возможностью вращения установлено два наборных шнека с расположенными на них лопастями с образованием зон механической обработки, согласно полезной модели, устройство снабжено элементом дегазации, выполненным в виде соединенных между собой разветвленных труб, одна из которых имеет на свободном конце раструб, расположенный в зоне загрузки корпуса, и одна из труб соединена, по меньшей мере, с одним отверстием, выполненным в верхней части  корпуса.
Элемент дегазации снабжен вентилятором.
Одна из труб элемента дегазации может быть соединена с двумя отверстиями, выполненными в верхней части корпуса.
Отверстия в верхней части корпуса выполнены в зоне перемешивания.
Отверстия в верхней части корпуса выполнены в зоне перемешивания и разогрева.
Технический результат от использования всех существенных признаков полезной модели заключается в повышении качества получаемой формовочной смеси за счет эффективного отвода влажных паров и газа, выделяющихся при смешивании компонентов формовочной смеси и их нагреве. При этом дополнительно снижается энергоемкость потребления и повышается безопасность эксплуатации.
Наличие элемента дегазации, выполненного в виде соединенных между собой разветвленных труб, одна из которых имеет на свободном конце раструб, расположенный в зоне загрузки корпуса, одна из труб соединена по меньшей мере с одним отверстием, выполненным в верхней части  корпуса, позволяет отводить горячий влажный  пар и газ, выделяющиеся при смешивании компонентов формовочной смеси и их нагреве создавая стабильные условия для подготовки формовочной смеси, что улучшает её качество. При этом выделяющиеся пар и газ отводят в безопасную для персонала зону, что обеспечивает безопасность работы устройства.  Дегазация позволяет исключить предварительную сушку компонентов формовочной смеси, что снижает энергозатраты.
Дегазацию с использованием вентилятора применяют, когда необходимо удаление большого количества влаги.
Фиг.1 – общий вид устройства с одним отверстием дегазации в корпусе;
Фиг.2 - общий вид устройства с двумя отверстиями дегазации в корпусе.
Устройство подготовки формовочной смеси состоит из корпуса 1, в котором расположены верхний наборный шнек 2 и нижний наборный шнек 3 с лопастями 4. Корпус 1 закреплен на станине 5. Верхний шнек 2 приводится в движение с помощью электродвигателя 6 через редуктор 7 и нижний шнек 3 - через мотор-редуктор 8. Устройство имеет зону загрузки (бункер) 9, а корпус 1 выполнен с возможностью нагрева, температура нагрева контролируется термодатчиками 10. Устройство подготовки может содержать устройство плавного пуска электропривода с регулируемой частотой.
Устройство снабжено элементом дегазации 11, расположенным над корпусом 2 и выполненным в виде соединенных между собой разветвленных труб 12, 13, 14.  Труба 12 имеет на свободном конце раструб 15, расположенный в зоне загрузки корпуса над загрузочным бункером 9. Труба 13 соединена с отверстием 16, выполненным в верхней части  корпуса 2 на границе зон I и II механической обработки. В частном случае выполнения устройства труба 13 может быть соединена с двумя отверстиями 16, 17 выполненными в верхней части корпуса 2 на границе зон I и II и в зоне II механической обработки.  Элемент дегазации 11 связан с корпусом посредством трубы 13.  Трубы 12, 13 объединены между собой трубой 14.  На выходе трубы 13 может быть установлен вентилятор 18, который включают в работу при максимально высокой влажности сырья.
Устройство снабжено терморегулятором, который состоит, как минимум, из двух термодатчиков 10 и двух электронагревателей 19, подключенных к контроллеру 20.
Дегазация в первую очередь должна происходить в загрузочной зоне I и на границе зон I и II с минимальной температурой, где происходит разогрев и смешивание компонентов и выделяется максимальное количество пара.
Наличие элемента дегазации 11 позволяет отводить горячую парогазовую смесь, что улучшает её качество, а также создаетбезопасные условия работы персонала при подготовке формовочной смеси.
Дегазацию с использованием вентилятора 18 применяют, когда необходимо удаление большого количества влаги.
Элемент дегазации 11 позволяет удалять из корпуса летучие вещества (газ и водяной пар), образующиеся при непрерывном процессе подготовки формовочной смеси. В устройстве длина зоны дегазации, образованной за счет установки элемента дегазации 11, равна зоне I механического ворошения и частичного расплава полимера-связующего под воздействием зоны II температурного воздействия. В случае выполнения двух отверстий для дегазации, расстояние между отверстиями 16, 17 выполненными в верхней части корпуса 1определятся расчетным путем. При подготовке композита в устройстве, снабженном элементом дегазации 11, за счет чего образована зона дегазации, процесс от стадии загрузки компонентов формовочной смеси до выхода готового композита проходит за более короткий временной период.
Наличие элемента дегазации 11 позволяет эффективно удалять влагу из загруженных в корпус устройства полимера-связующего и наполнителя. Допустимая влажность при переработке большинства полимеров менее 0,2 %. Используемые вторичные полимер-связующие и наполнитель имеют высокое содержание влаги, которое значительно превышает эту величину. Для получения качественной продукции из таких связующих и наполнителей требуется их предварительная сушка. Наличие элемента дегазации 11 позволяет отказаться от предварительной сушки.
Дегазацию с использованием вентилятора наиболее эффективно применять, когда необходимо удаление большого количества влаги, продуктов реакции расплава связующего композитной массы. Элемент дегазации 11 может быть включен в общую систему вентиляции цеха или помещения.
Возможность использования наборных шнеков делает устройство более привлекательным в использовании с расширением рецептур производства переработки вторичных полимеров без глубокой очистки и дополнительной просушки.
Устройство подготовки формовочной смеси работает следующим образом.
Сырье (полимер-связующее и наполнитель – песок) в установленных пропорциях подается в загрузочный бункер 9 и под собственной массой просыпается в нижнюю часть корпуса 1, где продвигается нижним основным шнеком 3 по направлению от загрузочного бункера.
Продвижение и промешивание массы внутри корпуса  устройства осуществляется за счет вращения шнеков 2 и 3 с лопастями 4, которые приводятся в движение мотор-редуктором (верхний шнек) и электродвигателем и редуктором (нижний шнек).
В зоне загрузки I и в зоне II перемешивания и предварительного нагрева осуществляют дегазацию – отвод влажного пара через раструб 16  и отверстия 17, соединенные с трубами 13, 14 элемента дегазации 11. За счет проведения дегазации перемешиваемых компонентов снижается влажность, предотвращается появление паровоздушных пузырей в смеси и на выходе получают формовочную смесь повышенного качества.
Основной нижний 3 шнек отвечает за функции промешивания и продвижение массы через зоны нагрева по корпусу 1. Верхний 2 дополнительный шнек выполняет дополнительные функции, направленные на облегчение подачи сырья к основному 3 шнеку, путем дополнительного ворошения загружаемых материалов. Верхний 2 шнек предотвращает забивание загрузочного 9 бункера и возможное зависание сырья в нем.
Помимо прочего, дополнительный верхний 2 шнек способствует более равномерному по сравнению с одношнековой конструкцией продвижению и перемешиванию сырья в корпусе 1. За счет того, что оба шнека вращаются со значительным перехлестом лопастей 4, при этом лопасть 4 шнека практически достает до оси вала шнека, но не соприкасается с ним, этим достигается самоочищение шнеков и предотвращение образования пробок из массы сырья внутри корпуса 1. Лопасти 4 шнеков промешивают массу, снимают ее с соседнего шнека и с внутренней поверхности корпуса 1.
При движении сырья по корпусу 1 через зоны нагрева (в каждой зоне установлены термодатчики  для контроля температуры) испаряется остаточная влага (как из наполнителя массы, так и из полимерной основы). Далее происходит плавление и пластификация полимерной основы, и благодаря этому можно наполнить ее песком или прочим наполнителем. После пластификации полимер равномерно промешивается с наполнителем с обволакиванием каждой отдельной частицы наполнителя. Доходя до последней зоны нагрева в корпусе 1, загруженное сыпучее сырье преобразуется в однородную пластичную массу, состоящую из расплава полимера, насыщенного наполнителем и пигментом для придания цвета.
По завершении процесса открывается заслонка и выгружается готовая полимерпесчаная масса.
Горячая масса в консистенции тугого теста готова для последующей формовки в то или иное изделие в соответствующей пресс-форме, установленной на рабочий стол пресса, либо иными способами формовки полимерпесчаной массы.
Как показали испытания предлагаемое устройство для подготовки формовочной смеси для изготовления изделий из композитного материала при применении дегазации обеспечивает повышение качества формовочной смеси, снижение энергоемкости потребления и повышения безопасности эксплуатации.
Заявляемое устройство для подготовки формовочной смеси может быть изготовлено на современном оборудовании, с применением известных узлов и агрегатов.
Устройство для подготовки формовочной смеси может быть использовано 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.