CS223780B1

CS223780B1 - Mixing section of the multioperation worms for treating thermoplastic materials and rubber parts

Info

Publication number: CS223780B1
Application number: CS206582A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Celak
Original assignee: Frantisek Celak
Priority date: 1982-03-25
Filing date: 1982-03-25
Publication date: 1983-11-25

Description

Předmětem vynálezu je míchací sekce vícechodých šneků pro vytlačovací stroje na zpracování termoplastických hmot a kaučukových směsí.The subject of the invention is a mixing section of multi-screw screws for extruders for processing thermoplastics and rubber mixtures.

Geometrie šneku, daná především jeho dálkou, hloubkou a tvarem šnekových kanálů, velikostí stoupání a jeho degresí, délkou jednotlivých pásem, tvarem jádra šneku, excentricitou, počtem chodů a podobně, rozhodujícím způsobem ovlivňuje parametry vytlačovacího stroje. U renomovaných výrobců strojů na zpracování termoplastických hmot a kaučukových směsí je optimalizace geometrie šneku výsledkem dlouholetých výzkumů a provozních zkušeností. V současnosti používané konstrukce šrouhovioe výkonných šneků jsou proto velmi komplikované a další možnosti posouvání hranice maximálních výkonů jsou neustále obtížnější.The geometry of the screw, given mainly by its distance, depth and shape of the screw channels, the size of the pitch and its degressions, the length of individual bands, the shape of the screw core, eccentricity, number of runs and the like, decisively influences the extruder parameters. At renowned manufacturers of machines for processing thermoplastics and rubber compounds, the optimization of the screw geometry is the result of years of research and operational experience. Consequently, currently used screw auger designs are very complicated and other possibilities of pushing the limit of maximum power are increasingly difficult.

Následkem vysokého výkonu ovšem setrvává zpracovávaný materiál velmi krátkou dobu ve šnekových kanálech, takže by bez použití míchacích sekcí vycházela z pracovního válce tavenina termoplastické hmoty nebo kaučukové směsi mechanicky a tepelně nežhomogenizovaná, oož má negativní dopad na jakost výrobků zhotovených z vytlačeného materiálu.However, due to the high throughput, the material to be treated remains in the screw channels for a very short time so that without the use of mixing sections the melt of the thermoplastic or rubber mixture would leave the working cylinder mechanically and thermally nonhomogenised.

Požadavky na současnou vysokou kvalitu a výkon špeku vytlačovacího stroje vyvolaly používání míchacích sekcí, umístěných obvykle za kompresní zónou šneku. Zde je materiál promíchán následkem krátkodobého zvýšeného smykového namáhání a rozrušování laminámího proudu materiálu. Je známo poměrně velmi mnoho konstrukcí míchacích sekcí, které mají různé podíly smykových a míchacích účinků, čemuž je ekvivalentní i množství disipované energie, způsobující zvýšení teploty zpracovávaného materiálu.Requirements for the current high quality and performance of the extruder spike have prompted the use of mixing sections usually located downstream of the screw compression zone. Here, the material is mixed as a result of short-term increased shear stress and the breaking of the laminar material flow. A relatively large number of mixing section designs are known which have different proportions of shear and mixing effects, which is equivalent to the amount of dissipated energy causing the temperature of the material to be treated to rise.

Nejčastěji jsou míchací sekce tvořeny protiběžnými závity, kombinovanými s rozličnými přehradními žebry, uspořádanými na šneku buá souběžně s osou šneku, nebo i šikmo, či napříč. Přehradní žebra, nebo protiběžné závity mohou být navíc opatřeny dalšími drážkami, rozdělujícími proudtaveniny termoplastické hmoty nebo kaučukové směsi, nebo mohou vytvářet vůči stěně pracovního válce frikční štěrbiny. Jako míchací sekce mohou sloužit i jednoduchá hladká torpéda naMost often, the mixing sections are formed by counter-rotating threads, combined with various dam ribs arranged on the screw either parallel to the screw axis, or even diagonally or transversely. In addition, the dam ribs or counter-threads may be provided with additional grooves dividing the melt streams of the thermoplastic material or the rubber compound, or may form friction slots relative to the working cylinder wall. Simple smooth torpedoes can also be used as mixing sections

223 780 koncích šneků, kolíkové míchací sekce, kde jsou kolíky uspořádány buá na jádru šneku, nebo v pracovním válci vytlačovacího stroje, přičemž jsou prameny závitů šneku v příslušných místech míchacích kolíků přerušeny. Posledně jmenovaný typ míchacích sekcí se v posledních letech velmi rozšířil u vytlačovacích strojů na zpracování kaučukových směsí.223 780 screw ends, a pin mixing section where the pins are arranged either on the screw core or in the extruder working cylinder, whereby the screw thread strands are interrupted at the respective locations of the mixing pins. The latter type of mixing sections has been widely used in extruders for processing rubber compounds in recent years.

Všechny uvedené typy míchacích sekcí působí současně jako škrtící prvek v proudu materiálu a následkem zvýšeného vývinu tepla jsou některé vhodné pouze pro zpracování těsnost abilních materiálů, snášejících zvýšená smyková namáhání. Bariérové typy nejsou například vhodné pro zpracování tepelně nestabilních termoplastických hmot nebo kaučukových směsí.All these types of mixing sections act simultaneously as a throttling element in the flow of material and due to the increased heat generation, some are only suitable for processing the tightness of abile materials that tolerate increased shear stresses. For example, barrier types are not suitable for processing thermally unstable thermoplastics or rubber compositions.

Pro tyto materiály se používají míchací sekce, které jsou uspořádány buá po celé délce šneku, nebo po jeho větší části a které se vyznačují podstatně menším vývinem tepla. Míchací proces se realizuje neustále se opakující kompresí a dekompresí v průběhu pohybu materiálu šnekovým kanálem. Uvedeného účinku lze dosáhnout buá v radiálním nebo axiálním směru, V prvém případě je šnek opatřen například excentrickými válcovými jádry šneku nebo jejich obecnými tvary, takže se při otáčení šneku neustále mění hloubka šnekového kanálu vůči stěně pracovního válce, Následkem relativního pohybu mezi materiálem a šnekem se k již tak aložitému proudění hmoty ve šnekovém kanálu přičítá další doplňkový pohyb.Mixing sections are used for these materials, which are arranged either over the entire length of the screw or over a large part thereof and which are characterized by significantly less heat generation. The mixing process is carried out by repeated compression and decompression during material movement through the screw channel. This effect can be achieved either in the radial or axial direction. In the first case, the screw is provided with, for example, eccentric cylindrical screw cores or their general shapes, so that when the screw rotates the depth of the screw channel constantly changes adds an additional movement to the already complicated mass flow in the screw channel.

V druhém případě se šneky vyznačují dalším přídavným závitem nebo i více závity umístěnými mezi hlavním závitem, přičemž přídavný závit bývá obvykle nižší, může být opatřen drážkami a mít vůči hlavnímu závitu rozdílné stoupání, Bří otáčení šneku potom dochází k protlačování materiálu přes přídavný závit nebo jeho drážky d© sousedních šnekových kanálů. Uvedené typy šneků mají rovněž současně i vyšší výkon, neboť nekladou toku materiálu protibarierovým sekcím žádnou překážku.In the latter case, the screws are characterized by an additional coil or multiple coils located between the main coil, whereby the coil is usually lower, may have grooves and have different pitches relative to the main coil. grooves d © of adjacent screw channels. At the same time, the mentioned types of screws also have a higher performance, since they do not impose any obstacles on the flow of material to the anti-barrier sections.

223 780223 780

Složité a komplikované tvary míchacích sekcí vyžadují používání speciálních technologií a obráběcích strojů vybavených dalšími přídavnými mechanismy a obráběcími nástroji, umožňujícími vytvořit složitou geometrii závitů šneku· Spolu se zvýšenými nároky na kvalifikaci obsluhy je vše příčinou podstatně větších nákladů ve srovnání s výrobou konvenčních šneků·The complex and complicated shapes of the mixing sections require the use of special technologies and machine tools equipped with additional auxiliary mechanisms and cutting tools to create complex screw thread geometry · Along with increased operator qualification requirements, everything causes considerably higher costs compared to conventional screw production ·

Při zpracování některých materiálů, například kaučukových směsí, se osvědčily, a používají se dvouchodé šneky nebo šneky s kombinovanou geometrií, kde jedna část je jednochcdá a druhá dvouchodá. Známým nedostatkem vícechodých šneků je možnost vytvoření částečně odchylných proudových, tlakových a tepelných poměrů v jednotlivých Chodech šneku, což je z hlediska požadované konečné kvality materiálu nežádoucí·Some materials, such as rubber blends, have worked well, and two-stroke or mixed-geometry worms are used, with one portion being one-stroke and the other being two-stroke. A known drawback of multi-screw worms is the possibility of creating partially deviating current, pressure and heat conditions in individual screw operations, which is undesirable in terms of the required final material quality.

Je proto nutné všechny proudy materiálu z jednotlivých šnekových kanálů před výstupem ze šneku sjednotit, ty, zařadit vhodnou konstrukci míchací sekce· K tomuto účelu se nehodí dříve uvedené bariérové typy míchacích sekcí, neboě vícechodé šneky mají nejčastější použití při zpracování kaučukových směsí· ¥ těchto případech je z dříve uvedených důvodů k dosažení požadované kvality materiálu vhodné, aby každý chod vícechodého šneku byl opatřen excentrickým jádrem, takže již průchodem materiálu šnekovými kanály dochází k jeho míchání následkem již uváděné střídavé komprese a dekomprese· Za účelem sjednocení jednotlivých proudů materiálu jsou dříve uvedené míchací sekce zbytečně složité·It is therefore necessary to unify all material streams from the individual screw channels before exiting the screw, to include a suitable mixer section design · The above mentioned barrier types of mixer sections are not suitable for this purpose, as multi-screw augers have the most common use in rubber compound processing. For the reasons stated above, to achieve the required material quality, it is advisable to have an eccentric core for each running of the multi-screw auger so that the material passes through the screw channels as a result of the alternating compression and decompression mentioned above. sections unnecessarily complex ·

Uvedené nedostatky jsou odstraněny u míchací sekoe vícechodých šneků pro zpracování termoplastických hmot a kaučukových směsí podle vynálezu, která má prameny jednotlivých Chodů po obvodě šneku sníženy proti sobě tak, že jejich obalové plochy jsou vytvořeny podle excentrických a po obvodě rovnoměrně rozdělených os vůči ose rotace šneku·These drawbacks are eliminated in the mixing chopper of multi-threaded screws for processing thermoplastics and rubber compositions according to the invention, which have the strands of the individual runs along the circumference of the screw reduced so that their enveloping surfaces are formed according to eccentric and circumferentially distributed axes relative to the axis of rotation ·

Má-li vícechodý šnek v jednotlivých chodech excentrická jádra, pak hloubky závitů mezi excentrickými jádry jednotlivých chodů šneku a stěnou pracovního válce jsou před sníženými prameny ve směru toku materiálu právě minimální, kdežto za nimi právě maximální·If the multi-screw auger has eccentric cores in the individual runs, then the thread depths between the eccentric cores of the individual auger runs and the working cylinder wall are minimal before the lowered strands in the direction of the material flow,

223 780223 780

Míchací sekce podle vynálezu je zejména vhodná pro vícechodé šneky opatřené excentrickými jádry jednotlivých chodů.The mixing section according to the invention is particularly suitable for multi-pass worms provided with eccentric cores of individual runs.

V těchto šnecích probíhá již míchání materiálu při pohybu šnekovými kanály při malém vývinu tepla a v uvedené jednoduché míchací sekci dojde ke sjednocení jednotlivých proudů materiálu. Míchací účinek je zintenzívněn tím, že před sníženým pramenem v příslušném chodu má šnekový kanál svou minimální hloubku, kdežto šnekový kanál za ním má svou maximální hloubku. Následkem tohoto uspořádání souhlasí směr pohybu materiálu při přetlačování z kanálu s minimální hloubkou do kanálu s maximální hloubkou se směrem příčního proudění materiálu ve šnekovém kanálu v důsledku otáčení šneku v pracovním válci. Tento účinek působí pozitivně v procesu sjednocování proudů materiálu z jednotlivých chodů šneku.In these screws, the mixing of the material takes place during the movement of the screw channels with little heat generation and in the simple mixing section the individual material streams are unified. The mixing effect is intensified by the fact that, before the lower strand in the respective run, the screw channel has its minimum depth, whereas the screw channel has its maximum depth behind it. As a result of this arrangement, the direction of movement of the material during extrusion from the minimum depth channel to the maximum depth channel coincides with the direction of the transverse flow of material in the screw channel due to the rotation of the screw in the working cylinder. This effect has a positive effect in the process of unifying the material streams from the individual worm runs.

Na připojeném výkresu je na obr> 4 příkladně konec dvouchodého šneku vytlačovacího stroje, jehož jednotlivé chody mají excentrická jádra podle PV 7136/81, opatřeného míchací sekcí vytvořenou podle vynálezu.In the accompanying drawing, FIG. 4 shows, for example, the end of a twin-screw extruder whose individual runs have eccentric cores according to PV 7136/81 provided with a mixing section constructed according to the invention.

Na obr. 1 je řez rovinou A-A.Fig. 1 is a section along line A-A.

Šnek J. s dvouchodou šroubovicí má excentrická jádra jednotlivých chodů vytvořená tak, že první chod 2_ je vytvořen podle první osy 2» zatímco druhý chod poůle druhé osy £, přičemž obě jsou různoběžné s osou rotace šneku 6. Prameny prvního chodu 2 ^a druhého chodu 8 jsou sníženy tak, že obalová plocha pramenu prvního chodu 2 je rotačně symetrická podle druhé osy 2, zatímco obalová plocha 10 pramene druhého chodu je rotačně symetrická podle první osyThe twin-screw helix J. has eccentric individual run cores formed such that the first run 2 is formed along the first axis 2 while the second run along the second axis 6, both being parallel to the axis of rotation of the screw 6. The strands of the first run 2 ^{and the} second run 8 are reduced such that the wrapping surface of the strand of the first run 2 is rotationally symmetrical about the second axis 2, while the wrapping surface 10 of the strand of the second run is rotationally symmetrical about the first axis

Tímto způsobem vzniknou mezi sníženými prameny prvního chodu 2 a druhého chodu 8 a mezi stěnou pracovního válce 11 štěrbiny 12 srpovitého tvaru, přes které se protlačuje materiál ze šnekového kanálu prvého chodu 2, který má v důsledku excentricity jádra před sníženým pramenem prvního chodu 2 svou minimální hloubku, do šnekového kanálu druhého chodu 4» který má za sníženým pramenem prvního chodu 2 ^z téhož důvodu svou maximální hloubku.In this way, between the lower strands of the first run 2 and the second run 8 and between the wall of the working cylinder 11, a crescent-shaped slot 12 is formed, through which the material from the screw channel of the first run 2 is pressed. depth, into the screw channel of the second run 4, which has its maximum depth behind the lowered strand of the first run 2 ^{for the} same reason.

223 780223 780

U sníženého pramene druhého chodu 8 probíhá pochod obráceně, neboí před ním má druhý chod £ svou minimální hloubku a za ním první chod 2 svou maximální hloubku, takže se materiál protlačuje ze šnekového kanálu druhého ohodu £ do šnekového kanálu prvního chodu 2.In the lowered strand of the second run 8, the process is reversed, because the second run 8 has its minimum depth before it and the first run 2 has its maximum depth thereafter, so that the material is forced from the second run screw 8 to the first run 2 screw.

Claims

1, A mixing section of multi-screw screws for processing thermoplastic materials and rubber mixtures, characterized in that the strands of individual courses. (7, 8) are lowered against each other by the circumference of the screw (1) so that their enveloping surfaces (9, 10) are formed according to the axes (5> 3), eccentric and circumferentially distributed to the axis of rotation of the screw (6)

Stirring section according to claim 1, characterized in that the thread depths between the eccentric cores of the individual courses (2, 4) of the screw (1) and the wall of the working cylinder (11) are just before the lower strands (7, 8). minimal, while- just maximum.