RU2147989C1

RU2147989C1 - Multi-pass extrusion head for manufacture of profiled polymeric articles with use of ultrasonic oscillations

Info

Publication number: RU2147989C1
Application number: RU98109039A
Authority: RU
Inventors: А.К. Панов; О.Ф. Киселева; Н.С. Шулаев
Original assignee: Панов Александр Константинович; Киселева Ольга Федоровна; Шулаев Николай Сергеевич
Priority date: 1998-05-05
Filing date: 1998-05-05
Publication date: 2000-04-27

Abstract

FIELD: chemical industry. SUBSTANCE: multi-pass extrusion head has body, holder with mandrel arranged in it, polymeric profile-section channels communicating with head supply channel and magnetostrictive radiator. Cross-shaped mandrel is made sectional and provided with cooling system. Mandrel houses magnetostrictive radiator designed to impose ultrasonic oscillations on polymer mass in molding zone. Two half-cylinder sections with cooling system are positioned between mandrel and holder. Profile-section channels are formed between half-cylinder sections and mandrel. EFFECT: enhanced efficiency of extrusion process. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области оборудования для переработки полимерных материалов, в частности для изготовления профильно-погонажных изделий, например, отделки мебели. The invention relates to the field of equipment for the processing of polymeric materials, in particular for the manufacture of molded products, for example, furniture.

Известна конструкция лабораторной экструзионной головки для изготовления труб, содержащая корпус, мундштук, дорнодержатель и дорн-вибратор [Фридман М. Л. Регулирование реологических свойств термопластов и композиций на их основе с целью интенсификации процессов формования. Дис. докт. техн. наук: 05.17.06. - М., 1979]. A known design of a laboratory extrusion head for the manufacture of pipes, containing a housing, a mouthpiece, a holder and a mandrel vibrator [Friedman M. L. Regulation of the rheological properties of thermoplastics and compositions based on them in order to intensify the molding process. Dis. Doct. tech. Sciences: 05.17.06. - M., 1979].

Недостаток данного устройства - отсутствие системы охлаждения активного элемента возбудителя ультразвуковых колебаний, поскольку он вынужден работать в условиях повышенных температур. Кроме того, при данной конструкции по наружной поверхности изделия на границе с поверхностью формующего элемента возникает высокое трение, что снижает производительность экструзионной головки и ухудшает качество изделия. The disadvantage of this device is the lack of a cooling system for the active element of the causative agent of ultrasonic vibrations, since it is forced to work at elevated temperatures. In addition, with this design, high friction occurs on the outer surface of the product at the boundary with the surface of the forming element, which reduces the performance of the extrusion head and degrades the quality of the product.

Наиболее близкой по предлагаемой технической сущности является экструзионная головка для формования изделий из полимеров, содержащая корпус с вмонтированным профильным каналом и магнитострикционные излучатели, установленные на наружной поверхности формующей втулки, с воздушным охлаждением [Реология, процессы и аппараты химической технологии. Сборник научных трудов, Волгоград, изд. "Волгоградская правда", 1983, с. 100-103]. Closest to the proposed technical essence is an extrusion head for molding articles made of polymers, comprising a housing with a mounted profile channel and magnetostrictive emitters mounted on the outer surface of the forming sleeve, with air cooling [Rheology, processes and apparatuses of chemical technology. Collection of scientific works, Volgograd, ed. Volgograd Truth, 1983, p. 100-103].

Однако в данной конструкции снижается эффективность проникновения ультразвуковых колебаний непосредственно на массу полимера, поскольку магнитострикционный излучатель расположен на внешней поверхности формующей втулки. Так как втулка имеет большую толщину стенки, снижение вязкости расплава в пристенном слое происходит незначительно и мало влияет на повышение качества поверхности изделия. However, in this design, the penetration of ultrasonic vibrations directly onto the polymer mass is reduced, since the magnetostrictive emitter is located on the outer surface of the forming sleeve. Since the sleeve has a large wall thickness, a decrease in the viscosity of the melt in the wall layer occurs insignificantly and has little effect on improving the surface quality of the product.

Техническим результатом изобретения является повышение производительности экструзионной головки и качества экструдируемых профильно-погонажных изделий. The technical result of the invention is to increase the performance of the extrusion head and the quality of the extrudable molded products.

Указанный результат достигается тем, что многоручьевая экструзионная головка для изготовления профильно-погонажных полимерных изделий с применением ультразвуковых колебаний содержит корпус, обойму с расположенным в ней дорном, каналы профильного сечения для полимера, сообщенные с питающим каналом головки, и магнитострикционный излучатель, причем дорн выполнен разборным крестообразной формы с системой охлаждения, внутри которого смонтирован магнитострикционный излучатель для наложения ультразвуковых колебаний на массу полимера в зоне формования, причем между дорном и обоймой расположены две полуцилиндрические секции с системой охлаждения, а каналы профильного сечения образованы между полуцилиндрическими секциями и дорном. This result is achieved by the fact that the multi-extruded extrusion head for the manufacture of molded polymer products using ultrasonic vibrations comprises a housing, a holder with a mandrel located in it, profile cross-section channels for the polymer in communication with the feed channel of the head, and a magnetostrictive emitter, the mandrel being made collapsible cross-shaped with a cooling system, inside of which a magnetostrictive emitter is mounted for applying ultrasonic vibrations to the polymer mass in the molding zone, and between the mandrel and the holder there are two half-cylindrical sections with a cooling system, and the channels of the profile section are formed between the half-cylindrical sections and the mandrel.

Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что дорн выполнен разборным крестообразной формы с системой охлаждения, внутри которого смонтирован магнитострикционный излучатель для наложения ультразвуковых колебаний на массу полимера в зоне формования, причем между дорном и обоймой расположены две полуцилиндрические секции с системой охлаждения, а каналы профильного сечения образованы между полуцилиндрическими секциями и дорном. The novelty of the invention lies in the fact that the mandrel is made of a collapsible cross-shaped shape with a cooling system, inside of which a magnetostrictive emitter is mounted for applying ultrasonic vibrations to the polymer mass in the molding zone, and two semicylindrical sections with a cooling system and the profile section channels are located between the mandrel and the holder. formed between the half-cylinder sections and the mandrel.

Все эти конструктивные особенности дают возможность значительно улучшить качество получаемого изделия и повысить производительность экструзионной головки. All these design features make it possible to significantly improve the quality of the resulting product and increase the performance of the extrusion head.

Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг. 1 - продольный разрез многоручьевой экструзионной головки; на фиг. 2 - дорн крестообразной формы; на фиг. 3 - поперечный разрез головки. The invention is illustrated by drawings: in FIG. 1 is a longitudinal section of a multi-extruded extrusion head; in FIG. 2 - mandrel cruciform; in FIG. 3 - cross section of the head.

Многоручьевая экструзионная головка для изготовления профильно-погонажных полимерных изделий с применением ультразвуковых колебаний содержит корпус 1 и обойму 2, в которой устанавливается дорн крестообразной формы 5. Между дорном и обоймой расположены две полуцилиндрические секции 3, 4. Дорн и полуцилиндрические секции дополнительно закреплены с корпусом шайбой 6. В результате соединения дорна 5 и полуцилиндрических секций 3 и 4 образуются два профилирующих канала 7 для полимера, сообщенных с питающим каналом головки, на входе которого монтируется гомогенизирующая решетка 8. Присоединение головки к экструдеру осуществляется с помощью фланца 9. Полуцилиндрические секции имеют систему охлаждения в виде внутренних цилиндрических каналов 10 с возможностью входа хладоагента через штуцера с торца полусфер 11 и его выхода через штуцер 12 на обойме. Внутри дорна монтируется магнитострикционный излучатель 13 с возможностью подключения его к источнику ультразвуковых колебаний 14. Дорн имеет каналы 15 для охлаждения активного элемента магнитострикционного излучателя. Охлаждение водяное, на корпусе предусмотрен штуцер 16 для подачи воды, слив воды осуществляется самотеком. The multi-extruded extrusion head for the manufacture of molded polymeric products using ultrasonic vibrations comprises a housing 1 and a holder 2, in which a cross-shaped mandrel is mounted 5. Two half-cylindrical sections 3, 4 are located between the mandrel and the mandrel. The mandrel and half-cylindrical sections are additionally fixed with a housing with a washer 6. As a result of the connection of the mandrel 5 and the semicylindrical sections 3 and 4, two profiling channels 7 for the polymer are formed, in communication with the feed channel of the head, at the input of which tiruetsya homogenising grille 8. Connecting to the extruder head is carried by a flange 9. The semi-cylindrical sections have a cooling system in the form of internal cylindrical channel 10 so as to enter the coolant through the union with hemispherical end 11 and its exit through the sleeve 12 on the cage. A magnetostrictive emitter 13 is mounted inside the mandrel with the possibility of connecting it to a source of ultrasonic vibrations 14. The mandrel has channels 15 for cooling the active element of the magnetostrictive emitter. Water cooling, a fitting 16 for supplying water is provided on the housing, water is drained by gravity.

Полуцилиндрические секции и составные части дорна изготавливаются раздельно для обеспечения высокой точности и улучшения качества внутренних поверхностей. The semicylindrical sections and components of the mandrel are manufactured separately to ensure high accuracy and improve the quality of internal surfaces.

Многоручьевая экструзионная головка для изготовления профильно-погонажных полимерных изделий с применением ультразвуковых колебаний работает следующим образом. Multi-strand extrusion head for the manufacture of molded linear polymer products using ultrasonic vibrations works as follows.

Расплав полимера, нагнетаемый шнеком экструдера (не показан), проходит гомогенизирующую решетку 8 и попадает в канал выравнивания скоростей потока, выравниванию скоростей способствует также наличие плавного среза конца дорна крестообразной формы 5. Далее расплав нагнетается в профилирующие каналы 7, образованные поверхностями дорна 5 и полуцилиндрическими секциями 3 и 4. Проходя по формующим каналам, расплав полимера охлаждается и оформляется в непрерывное профильно-погонажное изделие. При прохождении расплава полимера по профилирующему каналу на массу полимера воздействуют ультразвуковые колебания при помощи магнитострикционного излучателя, находящегося внутри дорна. The polymer melt injected by the screw of the extruder (not shown) passes through a homogenizing grating 8 and enters the channel for equalizing the flow rates; smoothing the end of the cross-shaped mandrel 5 also contributes to speed equalization. Next, the melt is injected into the profiling channels 7 formed by the surfaces of the mandrel 5 and are semi-cylindrical sections 3 and 4. Passing through the forming channels, the polymer melt is cooled and formed into a continuous profile-molded product. When the polymer melt passes through the profiling channel, the mass of the polymer is affected by ultrasonic vibrations using a magnetostrictive emitter inside the mandrel.

Чтобы при продавливании струи расплава полимера через профилирующий канал на поверхности профильного изделия не было следов от мест соединения основных элементов, необходимо каждую составляющую часть профильного канала изготавливать с высоким классом чистоты поверхности (▽10-▽12). Профиль выходит высокого качества с глянцевой поверхностью как за счет чистоты поверхности дорна и полуцилиндрических секций, так и за счет использования магнитострикционного излучателя, поскольку при воздействии ультразвуковых колебаний происходит понижение вязкости расплава и уменьшается сопротивление пристенного эффекта истечения расплава на границе с поверхностью формующего канала. In order to avoid traces of the joints of the main elements when pushing the polymer melt jet through the profiling channel on the surface of the profile product, it is necessary to produce each component part of the profile channel with a high surface purity class (▽ 10- ▽ 12). The profile comes out of high quality with a glossy surface both due to the cleanliness of the surface of the mandrel and half-cylindrical sections, and due to the use of a magnetostrictive emitter, since when exposed to ultrasonic vibrations, the melt viscosity decreases and the resistance of the wall effect of melt outflow at the interface with the surface of the forming channel decreases.

Экспериментальные исследования проводились на опытной установке с экструдером АТЛ-45, имеющим червяк диаметром 45 мм и длиной 1125 мм. Экструзионная головка имела следующие геометрические размеры: диаметр корпуса 150 мм, длина 300 мм, длина профильных каналов составляла 120 мм. Получили мебельное обрамление из полистирола марки ПС-С ГОСТ 20282. Experimental studies were carried out on a pilot plant with an ATL-45 extruder having a worm with a diameter of 45 mm and a length of 1125 mm. The extrusion head had the following geometric dimensions: case diameter 150 mm, length 300 mm, length of profile channels was 120 mm. Received a furniture frame made of polystyrene grade PS-S GOST 20282.

Оптимальный режим экструзии указанного материала при температуре 438 - 453K, при создаваемом давлении 4,5 МПа. The optimum extrusion mode of the specified material at a temperature of 438 - 453K, with a pressure of 4.5 MPa.

Техническая и экономическая эффективность использования предлагаемой многоручьевой экструзионной головки для изготовления отделки мебели из полимерных материалов состоит в том, что она позволяет:
- повысить качество изделия за счет воздействия ультразвуковых колебаний на массу полимера в зоне формования;
- исключить неравномерность выхода экструдата за счет симметричного расположения каналов;
- отказаться от использования древесины при производстве аналогичных изделий за счет замены ее на полимерные материалы, имеющие более высокие технологические показатели;
- повысить производительность экструзии.The technical and economic efficiency of the use of the proposed multi-extruded extrusion head for the manufacture of furniture trim from polymer materials is that it allows you to:
- to improve the quality of the product due to the impact of ultrasonic vibrations on the polymer mass in the molding zone;
- to eliminate the uneven exit of the extrudate due to the symmetrical arrangement of the channels;
- abandon the use of wood in the production of similar products by replacing it with polymeric materials having higher technological parameters;
- increase extrusion performance.

Claims

A multi-strand extrusion head for the manufacture of molded products using ultrasonic vibrations, comprising a housing, a holder with a mandrel located in it, profile cross-section channels for polymer in communication with the feed channel of the head, and a magnetostrictive emitter, characterized in that the mandrel is made of a cross-shaped with a cooling system inside which a magnetostrictive emitter is mounted for applying ultrasonic vibrations to the polymer mass in the molding zone, and between m and a holder are two semi-cylindrical sections with a cooling system, and the channels of the profile section are formed between the semi-cylindrical sections and the mandrel.