CS200522B2 - Method of previous foaming the balls from expandable plastic materils and device for making the same - Google Patents

Description

(54) Způsob předběžného zpěňování kuliček z rozpínavých plastických hmot a zařízení к jeho provádění

Vynález se týká způsobu předběžného zpěňování kuliček z rozpínavých plastických hmot, zejména kopolymerů, a zařízení к provádění tohoto způsobu.

Lisování plastických hmot zahrnuje pravidelně tři operace, a to předběžné zpěňování nebo- rozpínání surovin, přechodné skladování těchto surovin a vlastní lisování.

К předběžnému zpěňování se surovina ve formě kuliček, obsahujících porotvornou látku, zahřívá na teplotu mezi 90 a 10-5 °C párou, která působí rozpínání kuliček. Pára má na rozdíl od ostatních plynů jednak tu výhodu, že v okamžiku kondenzace uvolňuje velké množství tepla, aniž způsobuje snížení teploty, jednak difunduje rychle do vnitřku kuliček a tím podporuje .účinek рэrotvorné látky.

Zpěňování kuliček se provádí ve válcovém zařízení, kde se surovina mechanicky míchá a zahřívá párou. Při jediném průchodu kuliček klesne jejich hustota 600 kg/m³ na 20' kg/m³ a při případném dalším zpracování lze vyrobit ještě lehčí kuličky.

Takto zpracované kuličky nejsou přímo použitelné pro vla^!stní lisování. Při zahřívání absorbují totiž kuličky, páru a během chladnutí způsobuje kondenzace páry uvnitř kuliček vznik vakua, které se vyplňuje plynem, zejména vzduchem. Tato opětovaná absorpce .plynu, která se nazývá zrání, probíhá během přechodného skladování.

Podle jiného známého způsobu se míchá a zahřívá rozpínavý materiál, např. ve formě kuliček, v nádobě s vytápěnými stěnami. Když kuličky dosáhnout určité, př-edem stanovené teploty, vytvoří se v nádobě podtlak, který podporuje rozpínání kuliček. Potom se rozpínání zastaví rozprašováním vody a kuličky se ochladí pod teplotu měknutí hmoty. Tento postup má tu výhodu, že zkracuje dobu zrání, avšak vyžaduje použití zínačně složitých a drahých expandérů, přičemž jednotlivé fáze postupu jsou relativně dlouhé. Kromě toho obsahují kuličky vodu a pórotvorná látka, např.. pentan, je v nich přítomna v menším množství než při zpracování kuliček prvním Způsobem.

Předmětem vynálezu je způsob předběžného zpěňování kuliček z rozpínavých plastických hmot, zejména kopolymerů styrenu, mícháním a zahříváním, který umožňuje vyrobit v jedné pracovní operaci zpěněné kuličky vhodné okamžitě, tedy bez zrání, к lisování plastických hmot. Podstata vynálezu spočívá v tom, že se kuličky předehřívají v prostoru vyhřívaném na teplotu 50 °C, uvádějí se do vzestupného krouživého proudu horkého kysličníku uhličitého, vzduchu, dusíku nebo freonů, zejména freonu 114, a nechají se jím unášet a promíchávat při současném zahřívání. na teplotu měknutí, načež se tyto předběžně expandované kuličky použijí přímo к lisování.

Předehřívání kuliček je nezbytné к tomu, aiby se zmenšila ve vlastním expandéru spotřeba tepla nezbytného к rozpínání (kuliček a aby se udržela uvnitř expandéru snadněji homogenní a neměnná teplota plynu. Pára používaná dosud к rozpínání, má totiž n,a 1 kg mnohem vyšší kalorickou hodnotu než plyn, jako je dusík, kysličník uhličitý nebo vzduch. Nejvhodnějším plynným médiem, je kysličník uhličitý, který je netečný, bezpečný a po páře nejsnadněji proniká do vnitřku kuliček a způsobuje jejich rozpínání. Množství plynného média přiváděného do exipandéru je přibližně 10 kg/h na 1 kg rozpínaného polystyrenu.

V případě zpracování polystyrenu se rozpínání provádí v plynném médiu, které se udržuje na teplotě 95 až 100 ^CC, přičemž teplota a množství plynného média a doba prodlevy kuliček v expanzní nádobě určují hustotu vystupujícího produktu.

Zařízení к provádění tohoto způsobu podle vynálezu se skládá z nádoby, do 'které se přivádějí kuličky z rozpínavého předehřátého materiálu, z generátoru plynného média a z 'rozprašovacího· ústrojí к jeho uvádění :v turbulentní vzestupný proud, z regulačního ústrojí к regulaci přiváděného a odváděného množství kuliček, přiváděného množství plynného média a teploty plynného média a nádoby a z vyprazdňovacího ústrojí к odvádění předběžně expandovaných kuliček z horní části nádoby.

V zařízení podle vynálezu jsou kuličky udržovány ve vznosu a promíchávány plynným médiem, což zajišťuje konstantní teplotu ve všech místech nádoby. Kuličky, které se ještě nerozepnuly, jsou těžší a mají snahu zůstat u dna nádoby a zdvíhají se postupně tak, jak se zahřívají a jak se zmenšuje jejích hustota.

Poněvadž kuliček lze použít přímo к lisování, lze zařízení к předběžnému rozpínání vytvoř't jako součást lisovacího stroje a mimo jiné odstranit tak ztráty materiálu novým překládáním, které mohou dosáhnout až 2 hmot. %.

Vynález bude popsán v souvislosti s výkresy, jejichž obr. 1, 2 a 3 znázorňují tři varianty zařízení podle vynálezu.

Podle obr. 1 sestává zařízení z nádoby 1, která se rozšiřuje směrem nahoru a nad níž je uprostřed upevněn generátor 2 plynného média a ventilátor 3 pro přivádění teplého vzduchu, který je umístěn po straně na horní části nádoby 1.

Do horní části nádoby 1 se spojitě přivádějí kuličky z rozpínavého. materiálu, které byly předehřátý v předehřívací komoře 4 asi na 50 °C. Stěna 5 nádoby 1 je z vnějšku vytápěna pláštěm 6, kterým probíhá ohřívací kapalina. Její teplota se reguluje tak, aby byla konstantní, aby kuličky dosáhly teploty měknutí.

Generátor 2 plynného média je opatřen tryskou 7, jejíž plášť má otvory 8 upravené do šroubovíce a jejíž výstup 9 leží těsně nad dnem 10 proti kuželové části 11, která zajišťuje stejnoměrné rozložení a rozdělení plynného média v nádobě 1. Ventilátor 3 na teplý vzduch s proměnlivým nastavitelným výkonem vytlačuje pulsujícím způsobem vzduch trubkou 12 na horní část stěny nádoby 1; tím se zabrání tomu, aby působením podtlaku panujícího v této oblasti se kuličky nepřllepily na stěnu nádoby 1. Zpracované kuličky se odebírají z horní části nádoby 1 odváděcím potrubím 13.

Předehřáté kuličky, které se přivádějí spojitě pomocí automatického dávkovače, vnikají do nádoby 1, kde na ně působí vzestupné proudění plynného média, např. teplého vzduchu. Toto proudění je silně turbulentní, protože vzduch přichází ze dna nádoby 1 ze všech stran kuželové části 11 a z otvorů 8, které tvoří šroubovici na .plášti trysky 7. Pouze ty kuličky, jejichž hmotnost se zmenšila na předem stanovenou hodnotu, vystupují z horní části nádoby 1 odváděcím potrubím 13, zatímco ostatní kuličky padají Zpátky ke dnu nádoby 1 a jsou znova ohřívány teplým vzduchem tak dlouho, až se jejich hmotnost dostatečně zmenší a mohou být odvedeny odváděcím potrubím 13.

Podle další varianty vynálezu, znázorněné na obr. 2, sestává zařízení z nádoby 20 tvaru válce kombinovaného s kuželem, do jejíhož dna ústí přívodní potrubí 21 pro kuličky a tryska 22 pro přivádění teplého vzduchu. Na dně nádoby 20 je upevněna kuželová část 23, která podporuje krouživý pohyb proudu teplého vzduchu vstupujícího do nádoby 20. Nad nádobou 20 je uloženo odváděči ústrojí 24, kterým se odvádějí předběžně zpěněné kuličky a teplý vzduch.

Před zavedením do nádoby 20 se kuličky předehřívají v předehřívací komoře 25, která je spojena s dávkovačem 28, regulujícím přiváděné množství kuliček do nádoby 20.

Na dně 27 nádoby 20 je uprostřed upevněna kuželová část 23, obklopená pohyblivým plochým· prstencem 28, který se může otáčet na neznázorněných kuličkových ložiskách pouze působením .proudu teplého vzduchu vstupujícího tryskou 22. Alternativně lze použít kuželové části a prstence, které jsou spolu spojeny, a jsou tedy pohyblivé. Nad pohyblivým prstencem 28 je natažen drát 29, např. kovový drát o průměru přibližně 0,5 mm. Tento drát 29 probíhá mezi kuželovou částí 23 a vstupem trysky 22 a stírá kuličky, které by mohly ulpět na pohyblivém prstenci 28.

Teplý vzduch se přivádí jednak tryskou 22, jednak rozšířeným kanálem 30, který ústí do komory 31 sousedící s nádobou 20 a opatřené štěrbinami 32. Množství vzduchu, který se ohřívá v topné komoře 33, se reguluje detektorem 34, který ovládá otvírání a zavírání klapek 35, 36 a Chod motoru 37 s proměnlivou rychlostí, jenž pohání odsávací ' ventilátor 38, odsávající vzduch z nádoby 20. Ke kompenzaci ztrát vzduchu se přídavný vzduch zavádí periodicky . přes ventil '39 do vzduchového potrubí 40, které spojuje odsávací ventilátor ' 38 a síto 41, umístěné v horní části a s výhodou ve středu nádoby 20. V důsledku toho se odsává vzduch bez předběžně expandovaných kuliček. Kuličky jsou nasávány neznázorněným odváděcím potrubím, jehož otvor 42 obdélníkového tvaru se dá regulovat přibližováním obou dílů 43, 44 kluzného uzávěru, který není blíže znázorněn.

Zařízení pracuje tak, že když kuličky předehřáté na 'stanovenou teplotu vstoupí do nádoby 20, jsou unášeny rotačním pohybem prstence 28, který je uváděn do rotačního pohybu proudem vzduchu z trysky 22. Drát 29 napomáhá k uvolnění kuliček unášených proudem teplého vzduchu nejprve kolem kuželové části 23 a potom vzestupným krouživým pohybem do horní části nádoby 20. Přívod teplého .vzduchu štěrbinami 32 zesiluje účinek proudu teplého vzduchu. Nejvíce expandované kuličky jsou unášeny směrem k horní části nádoby ' 20, zatímco. ostatní těžší kuličky mají sklon sestupovat dolů, kde na ně znova působí vzestupný proud teplého vzduchu až do jejich úplného předběžného expandování. Kuličky jsou pak nasávány do vstupního otvoru 42 odváděcíhb potrubí.

Polystyrénové kuličky se .predehř-ívají na teplotu 95 až 100 °C, která odpovídá jejich bodu měknutí. Při této teplotě se pórotvorná látka, např. pentan, roztahuje a vyvolává rozpínání kuliček. Při jediném průchodu lze získat expandované kuličky, které mají hustotu 16 kg/m³.

K řízení a ovládání této hustoty se ' mění tři proměnné, a. to přiváděné množství kuliček, přiváděné množství plynného média sloužícího k jejich rozpínání a doba 'průchodu kuliček tímto médiem. Kuličky se rozpínají naprosto pravidelně a při stejné hustotě jsou hladš-í a mechanicky odolnější než kuličky rozpínané párou.

Třetí varianta vynálezu, znázorněná na obr. 3., sestává z nádoby 50 kuželového tvaru, která má dvě stěny 51, 52. Nad nádobou '50 je umístěn ventilátor 53, kruhové topné odpory 54, uložené mezi oběma stěnami 51, 52 nádoby 50, a po obou stranách má nádoba 50 odváděči otvory 55 pro expandované kuličky; tyto. otvory jsou výškově nastavitelné. Na horní části nádoby je síto 56 bránící průchodu kuliček.

Vzduch se zahřívá topnými odpory 54 asi na 100 °C a uvádí se do pohybu otáčením lopatek 57 ventilátoru 53, . které mu vnucují krouživý pohyb mezi oběma stěnami . 51, 52 nádoby 50. Vzduch vniká doprostřed nádoby 50 neznázorněnými otvory ve vnitřní stěně 51. Tyto otvory jsou umístěny navnitř

ΠΪ Stěně 51 tečně, takže podporují krouživý vzestupný pohyb přiváděného teplého* vzduchu. Tyto otvory, jichž je více než 20· .000, jsou umístěny jednak 'na dolní rovné části 5β nádoby 50, kde jsou největší, asi 3 mm, a po celé kuželové ploše vnitrní stěny 51 a 10 cm nad ní v horní rovné části 59 nádoby 50, kde mají velikost asi 1,5 m.m. Otvory jsou upraveny i v celé horní části nádoby 50 nad odváděcími otvory 55, kde umožňují odlepení kuliček, jež by se případně přilepily na síto 56.

Teplota vzduchu se přesně reguluje elektronickou soustavou, která ovládá neznázorněný regulátor napětí

Dno nádoby 50 je tvořeno deskou 60, jež je připevněna k tělesu nádoby 50, např. třmeny 61, což usnadňuje rychlou demontáž dna při vyprazdňování nádoby 50. Nad deskou 60 je kuželová část 62, provrtaná malými kanálky 63. Část vzduchu z prostoru mezi oběma stěnami 51, 52 vniká do vnitřku kuželové části 62 otvory ' 64, - 65.

Druhý ventilátor 66 s malým výkonem nasává okolní vzduch do potrubí 67 a odtud do< ohřívače 68. Uvnitř předehřívací komory 69 je upravena nádrž 70 s děrovanými stěnami 71, 72, mezi nimiž sestupují kuličky, které jsou přiváděny vstupním potrubím 73 spojitě během provozu zařízení.

Nádrží 70 tedy prochází radiálně teplý vzduch, který vysušuje kuličky a uniká středém vnitřní stěny 71. Předehřívací komora 69 je na dolním konci opatřena elektrodou 74, -spojenou s 'detektorem 75, který reguluje teplotu vzduchu na výstupu ohřívače 68 a regulační klapku 76, ovládající přívod vzduchu do' nádrže 70. _ж

Předehřáté kuličky z nádrže '70 sestupují přiváděním potrubím 77, které ústí do dolní části nádoby 50 vodorovným potrubím 78, jež je radiální vůči nádobě 50.

Vzduchové vstupní potrubí 79 s regulačním ventilem '80, připojené k ohřívači 68, je prodlouženo v rovnou trysku 81, - kterou lze zasouvat 'do větší nebo menší hloubky do· vodorovného přívodního potrubí 78 pomocí ručního kolečka 82 Archirnedova šroubu 83. Regulační ve^lril 80 a Archimedův šroub 83 umožňují regulaci množství suroviny přiváděné do nádoby '50. Uzavřením klapky 84 se úplně uzavře přívod suroviny.

Zařízení pracuje tímto- způsobem: kuličky se přivádějí spojitě vstupním potrubím 73 a po předehřátí v předehřívací komoře 69 přicházejí do dna nádoby 50 větší nebo menší rychlostí, kterou lze regulovat natáčením ručního kolečka 82. Na kuličky působí proudy vzduchu vycházející z kanálků 63, z trysky 81 a z otvorů ve vnitřní stěně 51 nádoby 50. Vzduch stoupá v turbulentním vzestupném proudu a. je nasáván lopatkami 57 ventilátoru 53, které jej vracejí do vnitřku dvojité stěny nádoby 50. V důsledku toho jsou kuličky ve vznosu a vykonávají vzestupný pohyb, aniž se dotýkají stěn 51, 52. Dvojitá stěna je opatřena otvory i v horní části ná200522 doby 50 nad odváděcími otvory 55, takže vzduch unikající těmito otvory odtrhává kuličky, které by se popřípadě přilepily па síto 56. Poněvadž kuličky nemohou odcházet přes síto 56, odvádějí se odváděcími otvory 55 a používají se přímo к lisování.

Regulace hustoty kuliček se provádí nastavováním tří parametrů, a to výšky odváděčích otvorů 55, množství vzduchu přivá děného regulačním ventilem 8D a polohy trysky 81 natáčením ručního kolečka 82.

Při použití popsaného zařízení lze vytvořit kuličky vynikající kvality, které mohou mít hmotnost 8 až 25 kg/m³, a které §e nelepí ani na sebe ani na. části zařízení. Vyrobené množství může být 12 až 50 kg/h při přesnosti řádově 1 %.

Claims (10)

1. PŘEDMĚT VYNALEZU

   1. Způsob předběžného zpěňování kuliček z rozpínavých plastických hmot, zejména kopolymerů styrénu, mícháním a zahříváním, vyznačený tím, že kuličky se předehřívají v prostoru vyhřívaném na teplotu 50 °C, uvádějí se do vzestupného krouživého proudu horkého kysličníku uhličitého, vzduchu, dusíku nebo freonů, zejména freonu 114, a nechají se jím unášet a promíchávat při současném zahřívání na teplotu měknutí, načež se tyto předběžně expandované kuličky použijí přímo к lisování.
2. 2. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že se kuličky zahřívají na teplotu měknutí, která je v případě polystyrénu v rozmezí 95 až 100 °C.
3. 3. Zařízení к provádění způsobu podle bodu 1 vyzinačené tím, že sestává z nádoby (1, 20, 50), do které se přivádějí kuličky z rozpínavého předehřátého materiálu, z generátoru (2) plynného média a z rozprašovacího ústrojí к jeho uvádění v turbulentní vzestupný proud, z regulačního ústrojí к regulaci přiváděného a odváděného množství kuliček, přiváděného množství plynného média a teploty plynného média a nádoby (1, 20, 50) a z vyprazdňovacího ústrojí к odvádění předběžně expandovaných kuliček z horní části nádoby (1, 20, 50).
4. 4. Zařízení podle bodu 3 vyznačené tím, že к rozprašování plynného média ve vzestupný turbulentní proud obsahuje trysku (7) pro přívod teplého vzduchu, opatřenou otvory (8) upravenými do šroubovice, přičemž osa trysky (7) je svislá a tryska (7) úistí nad vrcholem kuželové části (11) vystupující ze dna nádoby (1).
5. 5. Zařízení podle bodu 3 vyznačené tím, že к rozprašování plynného média v turbulentní proudění obsahuje kuželovou část (23), která je uložena na dně nádoby (20), pohyblivý plochý prstenec (28), umístěný kolem kuželové části (23) u její základny, vodorovný drát (29) umístěný těsně nad pohyblivým prstencem (28), přívod (22) teplého vzduchu ve dně nádoby a soustavu štěrbin (32) upravených ve stěně nádoby (20) pro přívod teplého vzdudhu.
6. 6. Zařízení podle bodu 3 vyznačené tím, že к rozprašování plynného média v turbulentní proudění obsahuje oddělený přívod teplého vzduchu, který vniká do nádoby (50) současně dnem nádoby a· otvory upravenými ve vnitřní stěně (51) nádoby (50) a vstupním potrubím (79) teplého vzduchu, které ústí do· přiváděcího potrubí (78) pro přívod předehřátých kuliček.
7. 7. Zařízení podle bodu 6 vyznačené tím, že vstupní potrubí (79) teplého vzduchu je zakončeno, tryskou (81), uloženou kluzně uvnitř přívodního potrubí (78) předehřátých kuliček к nastavování rychlosti přívodu kuliček.
8. 8. Zařízení podle bodu 6 vyznačené tím, že je opatřeno ventilátorem (53) к nasávání vzduchu do horní části nádoby (50) а к jeho vtlačování do dvojité stěny (51, 52) nádoby (50), a druhým ventilátorem (66) к nasávání okolního vzduchu a jeho vedení do ohřívače (68), odíkud je teplý vzduch veden ke dnu nádoby (50).
9. 9. Zařízení podle bodu 8 vyznačené tím, že vnitřní stěna (51) nádoby (50) je alespoň na části své kuželové plochy děrovaná.
10. 10. Zařízení podle bodu 9 vyznačené tím, že vnitřní stěna (51) nádoby (50) je děrovaná v horní části nad odváděcími otvory (55) pro kuličky к usnadnění uvolňování kuliček nalepených na síto (56).