Экструдер для переработки разнородных вторичных полимерных материалов

Техническое решение относится к области обработки полимерных 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). 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 полимерных материалов, состоящих из вторичного, первичного сырья, наполнителей, красителей и других компонентов, необходимых для вторичных полимерных материалов 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 усовершенствование экструдера за счет новой конструкция шнека в зоне сжатия.
Сущность технического решения: экструдер для переработки полимерных 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 дозирования, шнек выполнен из двух последовательно расположенных конической и цилиндрической секций, а шнек в зоне сжатия выполнен в виде барьерной секции и смешивающей секции с четырехзаходными непрерывными топорообразными лопастями смешивания, где каждая лопасть имеет треугольный зубец у основания и прямой участок с остроконечным окончанием в верхней части лопасти, переходящий в треугольный зубец с прямым участком у основания, причем нижнее основание лопасти расположено на расстоянии 0,05-0,07 диаметра шнека от поверхности винта шнека, а высота верхней части лопасти 0,4-0,5 диаметра шнека, при длине основания лопасти равной 0,12-0,14 диаметра шнека, при длине прямого участка одной стороны лопасти 0,15-0,19 диаметра шнека, при длине прямого участка другой стороны лопасти 0,18-0,23 диаметра шнека для качественного смешивания компонентов путем создания дополнительного сжатия расплава в пределах допустимых сдвиговых деформаций.
При меньшем соотношении получится большой уступ на выходе барьерной секции между витком барьерной секции и лопастью секции смешивания, который уменьшит давление в зоне экструдера, снизит качественное смешивание мелкодисперсных компонентов и уменьшит прочностные характеристики шнека. При большем соотношении возможно создание критических скоростей и деформаций сдвига материалов, что может привести к его деструкции и расплав не сможет равномерно перемешиваться и продвигаться по экструдеру.
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 дозирования, шнек выполнен из двух последовательно расположенных конической и цилиндрической секций.
Отличительными признаками устройства являются:
шнек в зоне сжатия выполнен в виде барьерной секции и смешивающей секции,
шнек в зоне сжатия выполнен с четырьмя непрерывными топорообразными лопастями смешивания, где каждая лопасть имеет треугольный зубец у основания и прямой участок с остроконечным окончанием в верхней части лопасти, переходящий в треугольный зубец с прямым участком у основания, размещенными вдоль винта,
нижнее основание лопасти расположено на расстоянии 0,05-0,07 D (диаметра шнека) от поверхности винта шнека,
высота верхней части лопасти равна 0,4-0,5 D,
длина основания лопасти равна 0,12-0,14 D,
длина прямого участка одной стороны лопасти 0,15-0,19 D,
длина прямого участка другой стороны лопасти 0,18-0,23 D,
лопасти образуют входной канал с низкими сдвиговыми деформациями, выходной канал с высокими сдвиговыми деформациями и зазор лопасти.
Использование заявленного экструдера при переработке вторичных смесей позволяет сочетать подготовительные операции (наполнение, прессование, смешивание, гранулирование) и операцию получения новых качественных изделий методом экструзии.
На фиг. 1 представлен экструдер.
На фиг. 2 представлена часть шнека с выполненными топорообразными непрерывными лопастями.
Экструдер для переработки полимерных материалов (фиг. 1) содержит корпус 1, захватное устройство 2, шнек 3, выполненный в виде сборной конструкции. Корпус состоит из зоны питания 4, зоны сжатия 5, зоны дозирования 6. В зоне питания 4 шнек выполнен в виде конической секции, в зоне сжатия 5 шнек состоит из барьерной секции 7 и секции смешивания 8 многокомпонентной полимерной смеси. В зоне дозирования 6, шнек 3 выполнен из двух последовательных частей: из конической 9 и цилиндрической секции 10. На (фиг. 2) представлена часть шнека 3 с выполненными четырехзаходными топорообразными непрерывными лопастями 11, расположенного в зоне сжатия 5. Лопасти 11 жестко соединены с винтом 12, входной канал 13 образован между лопастями 11 и корпусом 1, устройство содержит выходной канал 14 и зазор 15. Нижнее основание 16 лопасти 11 расположено на расстоянии 0,05-0,07 диаметра шнека 3 от поверхности сердцевины винта 12 шнека 3, а высота верхней части 17 лопасти 11 равна 0,4-0,5 диаметра шнека 3, при длине основания 18 лопасти 11 равной 0,12-0,14 диаметра шнека 3, при длине прямого участка 19 одной стороны лопасти 0,15-0,19 диаметра шнека 3, при длине прямого участка 20 другой стороны лопасти 0,18-0,23 диаметра шнека 3. Топорообразные непрерывные лопасти смешивания 11, где каждая лопасть имеет треугольный зубец 21 у основания 18 и прямой участок 19, переходящий во второй треугольный зубец 22 в верхней части лопасти 11 с прямым участком 20 у основания 18, размещены вдоль винта 12, при этом материал переходит из входного канала 13 с низкими сдвиговыми деформациями, образующийся между боковой поверхностью лопасти с треугольным зубцом, прямым участком и корпусом в выходной канал 14, образованный между боковой поверхностью лопасти с треугольным зубцом и корпусом с высокими сдвиговыми деформациями через зазор 15 между корпусом 1 и зубцом 22 топорообразной непрерывной лопасти 11.
Экструдер для переработки полимерных материалов работает следующим образом (фиг. 1).
Различные полимерные материалы (первичные, вторичные, красители и другие наполнители) 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 5 в барьерной секции 7 происходит перемещение и полное расплавление полимерной смеси, создание смеси с равномерной по всему объему температурой, в секции смешивания 8 многокомпонентного полимерного расплава зоны сжатия 5 происходит однородное диспергирующее смешивающее воздействие, за счет использования конструкции со смешивающими топорообразными непрерывными лопастями, где каждая лопасть имеет треугольный зубец у основания и прямой участок с остроконечным окончанием в верхней части лопасти, переходящий в треугольный зубец с прямым участком у основания, интенсификации сдвиговых деформаций многокомпонентного расплава, коническая 9 и цилиндрическая 10 секции зоны дозирования 6 определяют величину и стабильность давления и производительности, которые развивает экструдер.
Пример. При диаметре шнека 45 мм высота нижнего основания лопасти от поверхности винта шнека составляет 3,15 мм, высота верхней части лопасти составляет 22,5 мм, длина основания лопасти составляет 6,3 мм, длина прямого участка одной стороны лопасти составляет 8,55 мм, длина прямого участка другой стороны лопасти 10,36 мм. Конструктивные размеры шнека будут измеряться цифровым штангенциркулем с точностью измерения 0,01 мм.
Конструкция лопастей с остроконечным окончанием при заявленных параметрах обеспечивает лучшее смешивание наполнителя со вторичными полимерными материалами.
Использование заявленного экструдера при переработке комбинированных первичных и вторичных полимерных смесей позволяет сочетать подготовительные операции (наполнение, смешивание, гранулирование, прессование) и операцию получения новых качественных изделий методом экструзии.