PL195245B1

PL195245B1 - Wytłaczarka ślimakowa i sposób przetwórstwa mieszanek gumowych

Info

Publication number: PL195245B1
Application number: PL00355721A
Authority: PL
Inventors: Fritz Rothemeyer
Original assignee: Berstorff Gmbh
Priority date: 1999-11-13
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2007-08-31
Also published as: US20020180085A1; JP2003525769A; CZ300611B6; US6854873B2; WO2001036175A1; ATE245089T1; EP1235676B1; DE50002939D1; DE19954653B4; AU1520801A; SK285497B6; CZ20021643A3; EP1235676A1; CA2390112A1; SK6552002A3; DE19954653A1; PL355721A1

Abstract

1. Wytlaczarka slimakowa do przetwórstwa mieszanek gumowych na wyroby elastomerowe, w szczególnosci ksztaltowników elastomerowych wytwarzanych w sposób ciagly, z cylindrem, slimakiem ulozyskowanym obrotowo w cylindrze sluzacym do wprowadzania, tloczenia i homo- genizowania mieszanki gumowej i glowica wytlaczarki z wlozonym narzedziem do wytlaczania, znamienna tym, ze dzieki doborowi kata wzniosu linii srubowej (f) i glebo- kosci zebów (H) slimaka (2) w wytlaczarce slimakowej powstaje strefa wejsciowa (7) wzrastajacego cisnienia w mieszance gumowej i strefa wyjsciowa (8) o stalym lub malejacym cisnieniu, w wyniku czego mieszanka gumowa na swojej drodze do narzedzia do wytlaczania (5) doznaje podniesienia temperatury w wyniku dyssypacji energii ciepl- nej, co powoduje, ze nastepuje zblizenie temperatury tloczy- wa opuszczajacego wytlaczarke do temperatury wulkanizacji. 9. Sposób przetwórstwa mieszanek gumowych w wy- tlaczarce slimakowej do przygotowania wytwarzania wyro- bów elastomerowych, w szczególnosci ksztaltowników elastomerowych, w którym mieszanke gumowa doprowa- dza sie do wytlaczarki slimakowej, w niej uplastycznia sie ja i doprowadza do narzedzia do wytlaczania, w którym jest umieszczona forma okreslona przez cel stosowania, zeby nastepnie, w wyniku wprowadzenia ciepla do tloczywa, przeprowadzic proces wulkanizacji, znamienny tym, ze….. PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wytłaczarka ślimakowa i sposób przetwórstwa mieszanek gumowych.

Przy wytwarzaniu wyrobów elastomerowych dla zapewnienia dobrej jakości pożądany jest równomierny w dużym stopniu stopień usieciowania podczas procesu wulkanizacji. Różnica między temperaturą tłoczywa opuszczającego wytłaczarkę i temperaturą medium poddawanego wulkanizacji nie powinna być zbyt duża. W praktyce tłoczywo opuszczające wytłaczarkę ślimakową doprowadza się od około 70°C do 100°C do wysokiego poziomu temperatury początkowej na początku wulkanizacji wynoszącego około 130°C do 180°C.

Do tego może znaleźć zastosowanie metoda głowicy ścinającej, w której do podwyższenia temperatury tłoczywa jest wykorzystywana energia mechaniczna wirującego trzpienia ścinającego.

Ponadto istnieje możliwość zastosowania technologii UHF (Ultrahochfrequenz - Technologie technologia bardzo wielkiej częstotliwości), która jednakże wymaga kosztownego tworzenia receptury, zwłaszcza w przypadku mieszanek na bazie niepolarnych polimerów EPDM (ethylene-prophylene diene monomer - terpolimer etylenu z propylenem i dienem, kauczuk etylenowo - propylenowy).

W stanie techniki, z europejskiego dokumentu patentowego nr EP 798 097 jest ponadto znana wytaczarka ślimakowa, która posiada dławik, który jest napędzany za pomocą sterowania ze sprzężeniem zwrotnym wynikającym ze zmierzonej na wyjściu temperatury tłoczywa opuszczającego wytłaczarkę, gęstości na wyjściu tłoczywa opuszczającego wytłaczarkę i ciężaru na wyjściu tłoczywa opuszczającego wytłaczarkę. Ten dławik mieści w sobie pojedyncze trzpienie, rozciągające się od zewnątrz w kierunku promieniowym przez ściankę cylindra wytłaczarki ślimakowej, które są napędzane za pomocą znajdującego się na zewnątrz pierścienia krzywkowego. Dzięki regulacji długości wsunięcia tych trzpieni do przestrzeni wewnętrznej wytaczarki ślimakowej może być bezstopniowo dopasowany opór ścinania działający na tłoczywo przeznaczone do tłoczenia. Pożądana temperatura tłoczywa opuszczającego wytłaczarkę może być zatem regulowana w zależności od parametrów procesowych. W tym przypadku chodzi o bardzo kosztowną konstrukcję, którą musi mieć nie tylko specjalny cylinder wytłaczarki ślimakowej, przez który mogą się wsuwać w sposób regulowany od zewnątrz trzpienie dławiące, lecz także specjalnej konstrukcji ślimak.

Ta aparatura służy do utrzymania pożądanej, optymalnej temperatury tłoczywa opuszczającego wytłaczarkę, ale nic nie powiedziano o tym, czy w tym przypadku ma być uzyskana temperatura wulkanizacji.

Ponadto znane są aparatury, w których bezpośrednio po wytłaczarce ślimakowej ze ślimakiem wytłaczarki jest połączona w sposób zabezpieczający przed wzajemnym obrotem głowica ścinająca, podczas gdy otaczająca go i szczelnie przylegająca do cylindra wytłaczarki ślimakowej obudowa daje się obracać w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu ślimaka. Dzięki bezstopniowo regulowanej prędkości obrotowej obudowy można wpływać w sposób zamierzony na siły ścinające działające na tłoczywo opuszczające wytłaczarkę, a zatem na jego temperaturę. Jest to zastosowane w amerykańskim opisie patentowym nr US 4,365,946 w celu podniesienia temperatury mieszanki gumowej do temperatury wulkanizacji.

Wada obydwu wcześniej przedstawionych aparatur polega na złożonej konstrukcji oraz na tym, że elementy służące do podwyższenia temperatury tłoczywa opuszczającego wytłaczarkę są sprzężone z konstrukcją wytłaczarki ślimakowej, z czego wynika, że istniejące już wytłaczarki ślimakowe nie mogą być zmodyfikowane.

Celem wynalazku jest zapewnienie równomiernego usieciowania kauczuku, którego temperatura jest doprowadzona w przybliżeniu do poziomu temperatury wulkanizacji.

Według wynalazku uzyskuje się to w wytłaczarce ślimakowej, w której ślimak wytłaczarki jest wykonany w ten sposób, że mieszanka gumowa na swojej drodze do narzędzia do wytłaczania dzięki dyssypacji energii cieplnej doznaje podwyższenia temperatury co powoduje, że następuje zbliżenie temperatury tłoczywa opuszczającego wytłaczarkę do temperatury wulkanizacji.

Wynalazek wiąże się z korzyścią polegającą na tym, że można zrezygnować ze skomplikowanych urządzeń służących do podwyższenia temperatury za wylotem z wytłaczarki ślimakowej, jak głowica ścinająca lub urządzenia UHF (urządzenia bardzo wysokiej częstotliwości).

W korzystnym wykonaniu wynalazku ślimak wytłaczarki w zależności od jego średnicy jest wykonany jako wielokrotny, przy czym krotność ślimaka wzrasta przy zwiększeniu średnicy ślimaka. Kąt wzniosu linii śrubowej i głębokość zębów ślimaka są dobrane w ten sposób, że w wytłaczarce ślimakowej

PL 195 245 B1 po strefie wejściowej podniesionego ciśnienia następuje strefa wyjściowa o stałym ciśnieniu lub o spadku ciśnienia.

Ślimak wytłaczarki ślimakowej może być wykonany jako ślimak o zmniejszonej mocy o małym kącie wzniosu linii śrubowej φ w strefie wyjściowej, korzystnie w zakresie od około 7° do 14°.

Alternatywnie lub w kombinacji z małym kątem wzniosu linii śrubowej φ istnieje możliwość zaopatrzenia strefy wyjściowej ślimaka wytłaczarki ślimakowej w małą głębokość zębów ślimaka H. Korzystne okazało się dobranie głębokości zębów ślimaka H < 0,15 średnicy D ślimaka.

W celu nastawienia temperatur cylindra, w szczególności w strefie wyjściowej wytłaczarki ślimakowej na poziomie niezbędnym w procesie technologicznym bez oddziaływania na strefę wejściową, cylinder wytłaczarki ślimakowej może składać się z kilku jednostek konstrukcyjnych, które cieplnie są oddzielone od siebie za pomocą pierścieni izolacyjnych.

W następnym wykonaniu wynalazku w głowicy wytłaczarki jest osadzony dławik w celu dalszego zwiększenia temperatury mieszanki gumowej przez dostosowanie lub zwiększenie ciśnienia nie tylko w kanale ślimakowym, lecz również w głowicy wytłaczarki w wyniku zamiany energii ciśnienia i skrócenia średniego czasu przebywania przy podwyższonych temperaturach mieszanki.

A ponadto cel został zrealizowany za pomocą sposobu przetwórstwa mieszanek gumowych w wytłaczarce ślimakowej do przygotowania wytwarzania wyrobów elastomerowych, w szczególności kształtowników elastomerowych, w którym mieszankę gumową doprowadza się do wytłaczarki ślimakowej, w niej uplastycznia się ją i doprowadza do narzędzia do wytłaczania, w którym jest umieszczona forma określona przez cel stosowania, żeby następnie w wyniku wprowadzenia ciepła do tłoczywa opuszczającego wytłaczarkę przeprowadzić proces wulkanizacji, w którym według wynalazku mieszankę gumową na drodze w wytłaczarce zasadniczo w sposób ciągły ogrzewa się co powoduje, że temperatura tłoczywa opuszczającego wytłaczarkę jest zbliżona do temperatury wulkanizacji.

Według korzystnej realizacji sposobu w celu zwiększenia temperatury tłoczywa opuszczającego wytłaczarkę do poziomu zbliżonego do temperatury wulkanizacji stosuje się ślimak, którego kształt i wymiary geometryczne są obliczone w ten sposób, że podwyższenie temperatury w mieszance gumowej następuje w wyniku dyssypacji energii cieplnej.

Dyssypację energii cieplnej w mieszance gumowej korzystnie uzyskuje się dzięki zwiększonej prędkości obrotowej ślimaka przy stosunkowo niewielkim natężeniu przepływu.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wytłaczarkę ze ślimakiem według wynalazku, fig. 2 - charakterystykę takiego ślimaka i fig. 3 - przedstawienie graficzne temperatur mieszanki osiągalnych w ustalonych warunkach pracy wytłaczarki.

Wytłaczarka przedstawiona na fig. 1 składa się zasadniczo z cylindra 1, ślimaka 2 ułożyskowanego obrotowo w cylindrze 1 i głowicy wytłaczarki 3 z włożonym dławikiem 4 oraz narzędzia do wytłaczania 5.

Cylinder 1 jest podzielony za pomocą pierścienia izolacyjnego 6 na strefę wejściową cylindra 7 i strefę wyjściową cylindra 8, które posiadają zamknięte puste przestrzenie 9 i 10 służące do doprowadzenia cylindra 1 do właściwej temperatury przed formowaniem (temperowanie cylindra).

Ślimak 2 składa się ze strefy wejściowej ślimaka 11 i strefy wyjściowej ślimaka 12, które różnią się od siebie kątem wzniosu linii śrubowej φ i głębokością zębów H. Strefa wyjściowa ślimaka 12 w porównaniu ze strefą wejściową 11 posiada mniejszy kąt wzniosu linii śrubowej φ wynoszący 7° do 14° i mniejszą głębokość zębów H.

Ukształtowana korzystnie z punktu widzenia przepływu głowica wytłaczarki 3 umożliwia w połączeniu z dławikiem 4 dostosowanie lub zwiększenie ciśnienia nie tylko w kanale ślimakowym, lecz również w głowicy wytłaczarki 3 w wyniku zamiany energii ciśnienia i zmniejszenia średniego czasu przebywania mieszanki w wytłaczarce przy podwyższonych temperaturach mieszanki.

Podczas pracy wytłaczarki mieszanka gumowa jest tłoczona przez ślimak od strefy wejściowej 11, ślimaka 2 w kierunku strefy wyjściowej 12, przy czym dzięki doborowi według wynalazku kąta wzniosu linii śrubowej φ i głębokości zębów H uzyskuje się przejście strefy wyjściowej cylindra 8 przez strefę wejściową cylindra 7 w ten sposób, że następuje zmniejszenie strumienia ciśnienia i strumienia przecieków i tym samym poprawione są cieplne warunki realizacji procesu.

Ponadto w następstwie występującego według wynalazku zwiększenia stosunku powierzchni do objętości w strefie wyjściowej 12, temperatura mieszanki w powoli płynących obszarach przyściennych może być dość dokładnie kontrolowana.

PL 195 245 B1

Ślimak 2, który powoduje opisane skutki, na przykład ma następujące wymiary:

Strefa ślimaka Parametr	Wymiar	Strefa wejściowa	Strefa wyjściowa
Średnica D	mm	60	60
Długość L	mm	420	300
Głębokość zęba H	mm	8	5
Szerokość kanału B	mm	15,4	18,6
Skok ślimaka S	mm	40,0	47,0
Kąt wzniosu linii śrubowej φ	ο	12	14
Szerokość zwoju So	mm	4	4
Krotność ślimaka mo	-	2	2
Powierzchnia A	cm²	2.230	1.379
Objętość V	cm³	498	231
A/V	cm^-1	4,5	6,0
t (Q = 50 l/h)	min	0,60	0,28

Na fig. 2 jest przedstawiona charakterystyka wykreślna takiego ślimaka 2 w postaci natężenia przepływu w funkcji ciśnienia. Jako mieszanka gumowa została użyta mieszanka na bazie EPDM. Różne krzywe charakterystyczne odnoszą się, jak to jest widoczne na fig. 2, do różnych prędkości obrotowych ślimaka 2. Sieciowanie mieszanki gumowej powinno być wyregulowane w ten sposób, że 10% usieciowania uzyskuje się przy 140°C po więcej niż 3 minutach.

Na fig. 3 dla różnych ciśnień i temperatur w zależności od prędkości obrotowej ślimaka 2 są przedstawione temperatury masy osiągalne podczas pracy wytłaczarki ze ślimakiem 2 wykonanym według wynalazku dla mieszanki na bazie EPDM.

Claims

1. Wytłaczarka ślimakowa do przetwórstwa mieszanek gumowych na wyroby elastomerowe, w szczególności kształtowników elastomerowych wytwarzanych w sposób ciągły, z cylindrem, ślimakiem ułożyskowanym obrotowo w cylindrze służącym do wprowadzania, tłoczenia i homogenizowania mieszanki gumowej i głowicą wytłaczarki z włożonym narzędziem do wytłaczania, znamienna tym, że dzięki doborowi kąta wzniosu linii śrubowej (φ) i głębokości zębów (H) ślimaka (2) w wytłaczarce ślimakowej powstaje strefa wejściowa (7) wzrastającego ciśnienia w mieszance gumowej i strefa wyjściowa (8) o stałym lub malejącym ciśnieniu, w wyniku czego mieszanka gumowa na swojej drodze do narzędzia do wytłaczania (5) doznaje podniesienia temperatury w wyniku dyssypacji energii cieplnej, co powoduje, że następuje zbliżenie temperatury tłoczywa opuszczającego wytłaczarkę do temperatury wulkanizacji.

2. Wytaczarka śllmakowa według zastrz. 1, znamienna tym, że śllmak wytaczarki śllmakowej (2) w zależności od jego średnicy jest wykonany jako wielokrotny, przy czym krotność ślimaka wzrasta przy zwiększeniu średnicy (D) ślimaka (2).

3. Wytaczarka śllmakowa według 1 albo 2, znamienna tym, że śllmak w^t^t^^^^i^l^i śllmakowej jest zrealizowany jako ślimak o zmniejszonej mocy (2) o małym kącie wzniosu linii śrubowej (φ) w strefie wyjściowej (12).

4. Wytłaczarka śllmakowa według zas^z. 3, znamienna tym, że kąt wzniosu Unii śrubowej (φ) w strefie wyjściowej (12) wynosi około 7° do 14°.

5. Wytaczarka ślimakowa weeług zza^z. (, znnmienna tym, że wyjściowa ((22 ślimaka (22 wytłaczarki ślimakowej posiada małą głębokość zęba (H).

PL 195 245 B1

6. Wytłaczarka ślimakowa według zastrz. 6, znamienna tym, że głębokość zęba (H) jest mniejsza niż 0,15 średnicy (D) ślimaka (2).

7. Wytłaczarka śllmakowa według zastrz. 1, znamienna tym. że cyllnder (1) składa się co najmniej z dwóch jednostek konstrukcyjnych, które, w celu rozdzielenia cieplnego, są oddzielone od siebie za pomocą pierścieni izolacyjnych (6).

8. Wytaczarka śślmakowa wedługzasttz. 1, znnmienna tym, że w głowicę wyttaccarki (3) j est włożony dławik (4) służący do zmniejszenia swobodnej objętości i w danym wypadku zwiększenia ciśnienia.

9. Sposób przetwórstwa mieszanek gumowych w wytłaczarce śllmakowej do przygotowania wytwarzania wyrobów elastomerowych, w szczególności kształtowników elastomerowych, w którym mieszankę gumową doprowadza się do wytłaczarki ślimakowej, w niej uplastycznia się ją i doprowadza do narzędzia do wytłaczania, w którym jest umieszczona forma określona przez cel stosowania, żeby następnie, w wyniku wprowadzenia ciepła do tłoczywa, przeprowadzić proces wulkanizacji, znamienny tym, że mieszankę gumową tłoczy się w wytłaczarce ślimakowej od strefy wejściowej (11) ślimaka (2) przy wzrastającym ciśnieniu mieszanki gumowej w kierunku strefy wyjściowej (12) ślimaka (2), którą ona przebiega przy stałym lub malejącym ciśnieniu, przy czym strefę wyjściową cylindra (8) mieszanka gumowa przebywa od strefy wejściowej cylindra (7) dzięki odpowiedniemu doborowi kąta wzniosu linii śrubowej (φ) i głębokości zęba (H), dzięki dyssypacji energii cieplnej, mieszankę gumową nagrzewa się zasadniczo w sposób ciągły co powoduje, że temperatura tłoczywa po opuszczeniu wytłaczarki ślimakowej jest zbliżona do temperatury wulkanizacji.

10. Sposóbwedługzastrz. 9, znamienny tym, że pc^c^r^i^^h^r^h^ 1empesarury mieszanki gumowej uzyskuje się dzięki zwiększonej prędkości obrotowej ślimaka (2) przy stosunkowo niewielkim natężeniu przepływu.