CS224080B1

CS224080B1 - Worm for thermoplastics' and rubber compounds' treatment

Info

Publication number: CS224080B1
Application number: CS713681A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Celak; Magdalena Celakova
Original assignee: Frantisek Celak; Magdalena Celakova
Priority date: 1981-09-30
Filing date: 1981-09-30
Publication date: 1983-12-30

Description

Předmětem vynálezu je šiiek, používaný ve vytlačovacích strojích na zpracování termoplastických hmot a kaučukových směsí.The subject of the invention is a sieve used in extruders for the processing of thermoplastics and rubber mixtures.

Technickou úroveň vytlačovacího stroje určuje nejen jeho výkon, to jest vytlačené množství termoplastické hmoty, nebo kaučukové směsi za časovou jednotku, ale i kvalita vytlačeného materiálu, nebol žádoucí ekonomický efekt vznikne jen tehdy, dosahuje-li se v obou případech světových parametrů.The technical level of the extruder is determined not only by its output, i.e. the extruded amount of thermoplastic mass or rubber mixture per unit of time, but also by the quality of the extruded material, the desired economic effect arises only when both world parameters are achieved.

V tomto smyslu se rozhodujícím způsobem úplat ňuje vliv konstrukce šneku, především řešení jeho geometrie, která hlavně ovlivňuje dokonalost promíchání materiálu, jeho plastifikaci a tepelnou homogenitu. Z průběhu procesů míchání a vytlačování materiálu v závitových drážkách šneku plyne rozpornost požadavků současného vysokého výkonu vytlačovacího stroje a kvality vytlačeného materiálu. U šneků s konvenční geometrií lze tento rozpor řešit především prodlužováním délky šneků, což je zřejmé ze světových trendů minulých let u výrobců vytlačovacích strojů.In this sense, the influence of the worm construction is decisively paid, especially the solution of its geometry, which mainly influences the perfect mixing of the material, its plasticization and thermal homogeneity. The process of mixing and extrusion of the material in the screw grooves of the screw implies a contradiction in the requirements of the current high output of the extruder and the quality of the extruded material. In the case of worms with conventional geometry, this contradiction can be solved primarily by increasing the length of the worms, which is evident from the world trends of the past years in the extruder manufacturers.

Vwtší poměr délky šneku k jeho průměru má ovšem za následek nejenom zvětšení půdorysných rozměrů stroje a tím menší využití výrobní plochy, ale i zvýšení nákladů na výrobu vytlačovacího stroje, zvýšení energetické spotřeby v důsledku vyššího vývoje frikčního tepla. Posledně jmenovaný účinek způsobuje pak problémy se zpracováním tepelně citlivých termoplas tů, nebo k předčasnému navulkanizování kaučukové směsi.The larger ratio of the screw length to its diameter, however, results not only in an increase in the machine's footprint and thus less utilization of the production area, but also in an increase in extruder production costs and an increase in energy consumption due to higher friction heat development. The latter effect causes problems with the processing of thermosensitive thermoplastics or premature vulcanization of the rubber mixture.

Je známo, že požadavky na mechanickou i tepelnou homogenitu vedly k používání míchacích sekcí, které jsou obvykle umístěny za kompresní zónou šneku. V míchacích sekcích je zpracovávaný materiál krátkodobě vystaven zvýšenému smykovému namáhání, přičemž dochází k disperzi částic polymeru, k rozdělení a rozrušení laminárního proudu materiálu r tím k mechanicko-tepelné homogenizaci. Používá se již celá řada konstrukc míchacích sekcí, s různým podílem smykových a míchacích účinků počínaje nej jednoduššími hladkými torpédy na koncích šneků, přes kolíkové míchací sekce a konče například bariérovými . — - - . - hIt is known that the requirements for both mechanical and thermal homogeneity have led to the use of mixing sections, which are usually located downstream of the screw compression zone. In the mixing sections, the material to be treated is briefly subjected to increased shear stress, dispersing the polymer particles, separating and disrupting the laminar flow of material, thereby causing mechanical-thermal homogenization. A number of mixing section designs are already in use, with varying proportions of shear and mixing effects, ranging from the simplest smooth torpedoes at the ends of the screws, through the pin mixing sections, and ending with, for example, barrier. - - -. - h

224 080224 080

Všechny uvedené typy míchacích sekcí působí současně jako určitý škrtící prvek v proudu materiálu a následkem zvýšeného vývinu tepla nejsou vhodné pro všechny druhy plastomerů a elastomerů.All these types of mixing sections act at the same time as a certain throttling element in the material stream and due to increased heat generation are not suitable for all kinds of plastomers and elastomers.

Uvedené problémy a nedostatky míchacích, sekcí vedly v dalším vývoji k takovým konstrukcím šneků, u kterých se míchání provádí po celé délce šneku, nebo po jeho větší části. Mechanismus míchání je principielně postaven na mnohonásobně se opakující kompresi a dekompresi, čímž dochází k rozrušování proudu taveniny plastomeru nebo kaučukové směsi a k účinnému míchání. Geometrie těchto šneků je vytvořena tak, že se střídavá komprese a dekomprese zpracovávaného materiálu provádí buď v radiálním nebo axiálním směru. V prvém případě se šneky vyznačují určitou excentricitou šnekových drážek vůči hlavní ose šneku, takže při otáčení šneku se v relativním pohybu mezi materiálem a šnekem periodicky opakuje zvyšování a snižování hloubky závitu. V druhém případě se geometrie šneků vyznačuje dalším přídavným závitem, umístěným mezi hlavním závitem, přičemž přídavný závit je obvykle nižší, může mít vůči hlavnímu závitu rozdílné stoupání a při otáčení šneku dochází, k protlačování materiálu přes přídavný závit do sousedních drážek závitu, které mohou mít navíc i různé hloubky.The above mentioned problems and drawbacks of the mixing sections have led in the further development to such screw designs in which the mixing is carried out over the entire length of the screw or over a larger part thereof. The mixing mechanism is in principle based on multiple repetitive compression and decompression, which disrupts the melt flow of the plastomer or rubber mixture and effectively mixes. The geometry of these screws is designed such that the alternating compression and decompression of the material to be processed is carried out either in the radial or axial direction. In the first case, the screws are characterized by a certain eccentricity of the screw grooves relative to the main axis of the screw, so that when the screw is rotated, the thread depth increases and decreases periodically in relative movement between the material and the screw. In the latter case, the geometry of the screws is characterized by an additional coil located between the main coil, whereby the coil is usually lower, may have different pitches relative to the main coil and when the screw is rotated, the material is forced through the coil into adjacent thread grooves. and different depths.

Tyto typy šneků, nazývané obvykle wave šneky, nekladou toku materiálu, na rozdíl od šneků s bariérovými sekcemi, žádnou překážku a vyznačují se proto podstatně menším vývinem tepla při účinném míchacím efektu. Při vhodně vyřešené geometrii těchto šneků'byl zjištěn i zvýšený výkon proti šnekům . se srovnatelnou konvenční geometrií.These types of worms, usually called wave worms, do not impose any obstruction to the flow of material, unlike worms with barrier sections, and are therefore characterized by significantly less heat generation with an effective mixing effect. An appropriately solved geometry of these worms also found increased performance against the worms. with comparable conventional geometry.

Komplikovaný tvar všech míchacích šneků vyžaduje ovšem při jejich výrobě používání speciálních obráběcích strojů, vybavených doplňkovými zařízeními, která umožňují vytvořit obráběcími nástroji složitou geometrii šroubových drážek, to jest například excentrická jádra, spirálové přechody, závity rozmanitých profilů s progresivním i degresivním stou3However, the complicated shape of all mixing augers requires the use of special machine tools, equipped with additional equipment, which enable the machining tools to create complex geometry of helical grooves, such as eccentric cores, helical transitions, threads of various profiles with progressive and degressive threads3

224 080 páním, vytvořeným podle geometrických řad, protiběžné závity, přehradní žebra a podobně. Zvýšené nároky jsou rovněž na přesnost výroby, povrchové úpravy a z toho-vyplývající požadavky na technologii výroby-a kvalifikaci obsluhy. To vše je příčinou podstatně větších nákladů na výrobu těchto šneků vůči šnekům s konvenční geometrií.224,080 wishbones designed according to geometric series, counter-rotating threads, dam ribs and the like. Increased demands are also placed on manufacturing accuracy, surface finish and resulting manufacturing technology requirements and operator qualification. All this leads to considerably higher production costs of these screws compared to conventional geometry screws.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny u šneku pro zpracování termoplastických hmot a kaučukových směsí s proměnlivou excentrioitou Jádra profilu šroubovice podle vynálezu, který má profil šroubovice vytvořen paráelně k ose», různoběžnÓ s hlavní osou šneku, vůči které je střídavě přikloněn a odkloněn. Je-li šnek opatřen dvou nebo vícechodou šroubovici, pak jsou různoběžné osy jejich jednotlivých chodů rovnoměrně rozděleny po obvodu vůči hlavní ose šneku.The above drawbacks are eliminated with a screw for processing thermoplastics and rubber mixtures with variable eccentricity. The helix profile cores according to the invention having a helix profile parallel to the axis parallel to the main axis of the screw, are alternately tilted and deflected. If the screw is provided with a two or more screw helix, the different axes of their individual turns are equally distributed circumferentially with respect to the main axis of the screw.

Uvedenou konstrukcí se dosáhne progresivní změny excentricity jader profilu šroubovice po délce šneku. Podle sklonu osy šroubovice vůči hlavní ose šneku se excentricita bud ve směru toku materiálu postupně zvětšuje, nebo naopak postupně zmenšuje. Tím je možné dosáhnout proměnlivé intenzity míchání při postupu materiálu směrem ke konci šneku s ohledem na zpracovatelské vlastnosti materiálu a další požadavky mechanicko-tepelné homogenity. Prvého způsobu je možné použít například pro šneky na zpracování termoplastických hmot, které vstupují do vytlačovacího stroje ve formě granulí. V tomto případě je potom žádoucí, aby charakter přírůstku excentricity korespondoval s průběhem postupného tavení granulí materiálu, to znamená, aby na začátku dopravní zóny byla nulová, neboí granule materiálu nejsou v tomto úseku ještě nataveny. Postupem granulí směrem ke konci šneku dochází k tavení materiálu, takže je žádoucí, aby se excentricita jader profilu šroubovice ve směru toku materiálu postupně zvětšovala, přičemž největší hodnoty se dosáhne na konci šneku, kde je materiál nejintenzivněji míchán těsně před vstupem do vytlačovací hlavy.This construction achieves a progressive change in the eccentricity of the helix profile cores along the screw length. Depending on the inclination of the helix axis relative to the main axis of the screw, the eccentricity either gradually increases or decreases gradually in the direction of the material flow. In this way, it is possible to achieve a variable mixing intensity as the material progresses towards the end of the screw, taking into account the processing properties of the material and other mechanical-thermal homogeneity requirements. The first method can be used, for example, for screws for processing thermoplastics which enter the extruder in the form of granules. In this case, it is desirable that the eccentricity incremental character corresponds to the progressive melting process of the granules of the material, that is to say zero at the beginning of the conveying zone, since the granules of material are not yet melted in this section. As the granules move towards the end of the screw, the material melts, so it is desirable that the eccentricity of the helix profile cores gradually increase in the direction of the material flow, with the greatest value being reached at the screw end where the material is intensively mixed just before entering the extruder.

224 Nf224 Nf

Druhého způsobu, to jest kdy excentricita jader profilu šroubovice je na začátku šneku největší a na konci šneku nejmenší, je možné využít například u šnekových míchačů pro případy, kdy jednotlivé komponenty vstupují do šneku v tekuté, polotekuté nebo pastovité formě·The second way, when the eccentricity of the helix profile cores is greatest at the beginning of the screw and the smallest at the end of the screw, can be used, for example, in screw mixers for cases where individual components enter the screw in liquid, semi-liquid or paste form.

Kombinace obou způsobů se například využije u dvoustupňových šneků, kde se v prvém stupni může excentricita jader profilu šroubovice postupně zvětšovat, kdežto v druhém stupni naopak postupně zmenšovat a nebo naopak·For example, a combination of both methods is used in two-stage screws, where in the first stage the eccentricity of the helix profile cores can gradually increase, whereas in the second stage it gradually decreases or vice versa.

Nejvýhodnější použití vynálezu je u šneků dvou a vícechodých, nebot v důsledku rovnoměrného rozdělení os jednotlivých chodů šneku po obvodu vůči hlavní ose šneku je potom šnek v radiálním směru tlakově vyvážen a nemůže tak dojít k eventuelnímu přitlačení šneku na stěny válce·The most advantageous application of the invention is in the case of worms of two or more threads, since due to the uniform distribution of the axes of the individual worms along the circumference to the main axis of the worm, the worm is then pressure balanced in radial direction.

Významná je rovněž snadná vyrobítelnost, nebot šnek podle vynálezu je možné zhotovit na běžném univerzálním soustruhu, používaném pro výrobu konvenčních šneků, tak, že se jednotlivé chody obrábí vždy při jednom vyoseném konci šneku· Tím je možné využít stávajícího výrobního zařízení, nezvyšují se nároky na kvalifikaci obsluhy, což výrobu těchto šneků podstatně zefektivňuje.Easy manufacturing is also important, since the worm according to the invention can be made on a conventional universal lathe used for the production of conventional worms, so that the individual runs are machined at one end of the worm every time. operator qualification, which makes the production of these screws significantly more efficient.

Kladný vliv geometrie šneku, vytvořené podle vynálezu, se projevuje nejenom v kvalitě vytlačeného materiálu, ale i na vyšším výkonu šneku. Bylo zjištěno, že výkon šneku stoupne v některých případech až o 20 % proti konvenčnímu šneku se srovnatelnou geometrií, to jest se stejným stoupáním šroubovice, stejnými hloubkami šnekových drážek, ale bez excentricity jader profilu šroubovice.The positive effect of the screw geometry produced according to the invention is manifested not only in the quality of the extruded material but also in the higher screw performance. It has been found that the auger performance will in some cases increase by up to 20% over a conventional auger with comparable geometry, i.e. with the same helix pitch, the same screw groove depth, but without the eccentricity of the helix profile cores.

Na připojených výkresech je na obrázku 1 detailněji znázorněna část dvouchodé Šroubovice, vytvořené podle vynálezu. Na obrá' zku 2 je zobrazeno příkladné provedení dvoustupňového evakuačního šneku na zpracování kaučukových směsí, jehož konstrukce odpovídá AO 199 763.In the accompanying drawings, a portion of a double-ended helix formed in accordance with the invention is shown in detail in Figure 1. FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a two-stage rubber compound evacuation screw, the design of which corresponds to AO 199 763.

IAND

224 080224 080

Profil šroubovice 1 prvního chodu 2 (obr. 1) je vytvořen kolem první osy 2» která je různoběžná s hlavní osou £ šneku a svírá s ní úhel 5. Druhý chod 6 je vytvořen kolem druhé osy J, která je vůči první ose J pootočena o 180* kolem hlavní osy J. a svírá s ní rovněž úhel 2* Z obrázku je zřejmé, jak se po délce šneku střídají hlubší a mělčí drážky profilu šroubovice a mění se sklon jádra šneku vůči hlavní ose, přičemž se diference v hloubkách drážek po délce šneku zvětšují. Zároveň jsou drážky stejných hloubek v prvním i druhém chodu umístěny v radiálním směru vždy proti sobě, takže následkem tohoto symetrického uspořádání je šnek v provozním stavu radiálně ^lakově vyvážen.The profile of the helix 1 of the first run 2 (FIG. 1) is formed around a first axis 2 which is parallel to the main axis 6 of the screw and forms an angle with it 5. The second run 6 is formed around a second axis J which is rotated relative to the first axis J 180 * around the main axis J and also forms an angle of 2 * The figure shows how the deeper and shallower grooves of the helix profile alternate along the length of the screw and the inclination of the screw core to the main axis varies with the difference in groove depths. length of the auger. At the same time, the grooves of the same depths in the first and second runs are always in the radial direction opposite each other, so that due to this symmetrical arrangement the worm is in a radially lacquered state in the operating state.

Dvoustupňový evakuační šnek na zpracování kaučukových směáí na obrázku 2, má první stupeň šneku 8 opatřen konvenční geometrií šroubovice, to jest jednochodou,šroubovicí, přecházející na -konci šneku v dvouchodou. Za evakuačním nákružkem 2 začíná druhý stupeň šneku ÍO, opatřený dvouchodou šroubovicí, která má oba chody •vytvořeny podle dvou různoběžných os tak, že se exoentrieita jader profilů od evakuační zóny směrem ke konci šneku progresivně zvětšuje.The two-stage evacuation screw for processing rubber mixtures in Figure 2 has a first screw stage 8 provided with conventional helix geometry, i.e. a single-pass helix, passing at the end of the screw in a double conduit. Downstream of the evacuation collar 2, the second stage of the auger 10 is provided, provided with a two-point helix having both courses formed along two different axes so that the exoentricity of the profile cores from the evacuation zone towards the end of the auger progressively increases.

Claims

1) A screw for processing thermoplastic materials and rubber mixtures with variable eccentricity of the helix profile core, characterized in that the helix profile (1) formed in parallel to the axis (3, 7), parallel to the main axis of the screw (4), is alternately inclined and diverted.

2. Worm according to claim 1, characterized in that, in two or more helixes, the different axes (3, 7) of their individual channels are equally distributed circumferentially with respect to the main axis (4) of the screw. . .