RU2179111C1

RU2179111C1 - Extruder

Info

Publication number: RU2179111C1
Application number: RU2001103218/12A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Остриков; А.С. Рудометкин; О.В. Абрамов; В.Н. Василенко
Original assignee: Воронежская государственная технологическая академия
Priority date: 2001-02-05
Filing date: 2001-02-05
Publication date: 2002-02-10

Abstract

FIELD: processing of thermoplastic materials, applicable in branches of industry using extrusion. SUBSTANCE: the extruder has a screw positioned in a body, charging opening, die, successively arranged zones of charging, mixing, pressure stabilization and a predie zone. A screw duct of a variable depth is made on the inner surface of the body. The extruder body is made for rotation and installed on supports. The charging opening is positioned in the plane perpendicular to the axis of rotation of the body and is made jointly with the fixed screw. A double-start thread of a variable depth in the form of tapered ducts expanding towards the die is made on the screw in the zones of mixing and homogenization. The depth of the thread of the duct decreases in proportion with the thread width in the direction from the charging opening to the die. EFFECT: intensified action of compressive forces, eliminated stagnation zones at movement of the processed product in the body duct. 4 dwg

Description

Изобретение относится к переработке термопластичных материалов и может быть использовано в отраслях промышленности, применяющих экструзию. The invention relates to the processing of thermoplastic materials and can be used in industries using extrusion.

Известна червячная машина (экструдер) для переработки полимерных материалов, содержащая червяк (шнек), расположенный в корпусе с загрузочным отверстием и винтовым каналом, выполненным эксцентрично к оси червяка (переменной глубины) по его внутренней поверхности, и профилирующую головку (матрицу) [Авторское свидетельство СССР N 509446, кл². В 29 F 3/00, 05.04.76., Бюл. N 13].Known worm machine (extruder) for processing polymeric materials, containing a worm (screw) located in a housing with a loading hole and a screw channel, made eccentrically to the axis of the worm (variable depth) along its inner surface, and a profile head (matrix) [Copyright certificate USSR N 509446, class ² . B 29 F 3/00, 04/05/76, Bull. N 13].

Недостатком известного устройства является невысокое качество переработки продукта за счет образования застойных зон при течении расплава экструдата в канале корпуса, низкая производительность из-за высокого сопротивления движению материала по эксцентрическим каналам переменного сечения. A disadvantage of the known device is the low quality of product processing due to the formation of stagnant zones during the flow of the melt extrudate in the channel of the housing, low productivity due to the high resistance to movement of the material through eccentric channels of variable cross section.

Технической задачей изобретения является улучшение качества перерабатываемого продукта за счет интенсификации воздействия сжимающих усилий, вызывающих многократные сдвиговые деформации расплава экструдата, устранение застойных зон при движении перерабатываемого продукта в канале корпуса и увеличение производительности установки. An object of the invention is to improve the quality of the processed product due to the intensification of the impact of compressive forces that cause repeated shear deformations of the melt of the extrudate, the elimination of stagnant zones during the movement of the processed product in the channel of the housing and increase the productivity of the installation.

Поставленная задача достигается тем, что в экструдере, содержащем шнек, расположенный в корпусе с винтовым каналом переменной глубины, выполненным на его внутренней поверхности, загрузочное отверстие, матрицу, последовательно расположенные зоны загрузки, смешения, гомогенизации, стабилизации давления и предматричную зону, новым является то, что корпус экструдера выполнен с возможностью вращения и установлен на опорах, а загрузочное отверстие расположено в плоскости, перпендикулярной оси вращения корпусами и выполнено совместно с неподвижным шнеком, на котором в зонах смешения и гомогенизации выполнена двухзаходная нарезка переменной глубины в виде конических каналов, расширяющихся в сторону матрицы, при этом глубина нарезки канала уменьшается пропорционально ширине нарезки в направлении от загрузочного отверстия к матрице. The problem is achieved in that in an extruder containing a screw located in a housing with a screw channel of variable depth, made on its inner surface, a loading hole, a matrix, successively located zones of loading, mixing, homogenization, pressure stabilization and a pre-zone, is new that the casing of the extruder is rotatable and mounted on supports, and the feed opening is located in a plane perpendicular to the axis of rotation of the casing and is made in conjunction with a movable screw, on which two-way cutting of variable depth in the form of conical channels expanding towards the matrix is made in the mixing and homogenization zones, while the depth of the channel cutting decreases in proportion to the cutting width in the direction from the loading hole to the matrix.

На фиг. 1 изображен предлагаемый экструдер (общий вид), на фиг. 2 - разрез части корпуса (показан характер изменения внутренней поверхности корпуса по его длине), на фиг. 3 - развертка цилиндрической поверхности шнека, на фиг. 4 - разрез А-А на фиг 3. In FIG. 1 shows the proposed extruder (General view), FIG. 2 is a sectional view of a part of the housing (the nature of the variation of the inner surface of the housing along its length is shown), FIG. 3 is a scan of the cylindrical surface of the screw, in FIG. 4 is a section AA in FIG. 3.

Экструдер содержит цилиндрический корпус 1, выполненный с возможностью вращения от привода 5 через венцовую шестерню 4, неподвижный шнек 2 и матрицу 3. Корпус изготовлен с бандажными кольцами 6, установленными на опорно-упорный и опорный ролики 7, 8 соответственно. На шнеке, в начале зоны загрузки, расположено уплотнительное кольцо 10 с выполненным в нем загрузочным отверстием 9, расположение которого определяется геометрическими размерами винтового канала 12 корпуса 1. Кольцо 10 и уплотнение 11 препятствуют утечке загружаемого продукта из рабочей камеры экструдера. The extruder comprises a cylindrical housing 1, capable of rotation from the drive 5 through the ring gear 4, the fixed screw 2 and the die 3. The housing is made with retaining rings 6 mounted on the support and support rollers 7, 8, respectively. On the auger, at the beginning of the loading zone, there is a sealing ring 10 with a loading hole 9 made in it, the location of which is determined by the geometric dimensions of the screw channel 12 of the housing 1. The ring 10 and the seal 11 prevent the leak of the feed product from the working chamber of the extruder.

Винтовой канала 12 корпуса (фиг. 2) изготавливается переменной глубины
a_k<a_k-1<...<a_n-1<a_n...<a₁,
где a₁ a_k - начальная и конечная глубина канала корпуса, и ширины
t_k<t_k-l <...<t_n-1 <t_n...<t₁,
где t₁, t_k - начальная и конечная глубины канала корпуса, уменьшающиеся по направлению к выходному отверстию. Уменьшение в направлении движения продукта проходное сечение канала обеспечивает плавное возрастание и необходимое конечное значение давления расплава экструдата, при котором происходит окончательное расплавление мелких включений и образуется гомогенная масса. Выполнение корпуса с возможностью вращения позволяет увеличить суммарную поверхность контакта перерабатываемого продукта с движущими поверхностями машины, что приводит к повышению тепловыделения в экструдате и интенсификации механического воздействия, вызывающего значительные сдвиговые деформации в расплаве продукта. Впадины канала выполнены со скруглениями, которые снижают сопротивление перемещению расплава экструдата, не образовывая застойных зон. Острые кромки выступов нарезки корпуса позволят создать усилие среза на перерабатываемый продукт в зазоре между корпусом и неподвижным шнеком. Более высокий крутящий момент вращающегося корпуса экструдера обеспечивает возможность переработки высоковязких многокомпонентных смесей и по сравнению с установкой, сопоставимой габаритными размерами, в которой вращается шнек, а корпус неподвижен, позволяет добиться увеличения производительности предлагаемой экструзионной машины.The helical channel 12 of the housing (Fig. 2) is made of variable depth
a _k <a _k-1 <... <a _n-1 <a _n ... <a ₁ ,
where a ₁ a _k is the initial and final depth of the channel of the body, and the width
t _k <t _kl <... <t _n-1 <t _n ... <t ₁ ,
where t ₁ , t _k - the initial and final depths of the channel of the housing, decreasing towards the outlet. A decrease in the product’s flow direction in the flow direction of the channel ensures a smooth increase and the required final value of the extrudate melt pressure, at which the final melt of small inclusions occurs and a homogeneous mass is formed. The execution of the housing with the possibility of rotation allows you to increase the total contact surface of the processed product with the moving surfaces of the machine, which leads to increased heat in the extrudate and the intensification of mechanical stress, causing significant shear deformation in the melt of the product. The hollows of the channel are made with fillets that reduce the resistance to movement of the extrudate melt without forming stagnant zones. The sharp edges of the protrusions of the slicing of the body will allow you to create a shear force on the processed product in the gap between the body and the fixed screw. The higher torque of the rotating body of the extruder provides the possibility of processing highly viscous multicomponent mixtures and compared with the installation of comparable overall dimensions, in which the screw rotates and the body is stationary, it allows to increase the productivity of the proposed extrusion machine.

Винтовая нарезка шнека 13 (фиг. 3) изготавливается конической двухзаходной и имеет начальную ширину и b_н, определяемую размерами частиц перерабатываемого продукта. Длина нарезки L (фиг. 4) определяется длиной зон сжатия и гомогенизации. Боковые стенки каналов выполнены скругленными с радиусом кривизны r, препятствующим образованию застойных зон в каналах шнека 2. Угол α расширения каналов нарезки 13 выбирается таким, что конечная ширина b_к в конце зоны гомогенизации равна половине длинны окружности шнека πd/2. Угол β нарезки принимается из условия соединения каналов в месте, когда ширина канала b достигает конечного значения, причем канал при изменении его ширины от начального до конечного значения совершает один полный оборот по цилиндрической поверхности шнека 2. Глубина каналов (фиг. 4) увеличивается с углом φ от начального значения h_н=0 в зоне смешивания до максимального значения h_max на границе зон смешивания и гомогенизации, а затем уменьшается с углом γ пропорционально расширению канала и достигает конечного значения h_к=0 в месте соединения каналов. Выбранная форма каналов 13 позволяет производить равномерную загрузку продукта в рабочую камеру, постепенное увеличение давления и температуры расплава экструдата при его последовательном перемещении по технологическим зонам установки и обеспечить хороший смешивающий эффект при переработке многокомпонентных смесей за счет образования разнонаправленных потоков материала в межвитковом пространстве вращающегося корпуса 1 и неподвижного шнека 2. Соединение каналов 13 позволит достичь равномерности подачи расплава в зону стабилизации давления. В зоне стабилизации давления шнек имеет гладкую поверхность.Screw threading of the screw 13 (Fig. 3) is made conical two-way and has an initial width and b _n , determined by the particle size of the processed product. The length of the cut L (Fig. 4) is determined by the length of the compression and homogenization zones. The side walls of the channels are rounded with a radius of curvature r, which prevents the formation of stagnant zones in the channels of the screw 2. The angle α of expansion of the channels of the cut 13 is chosen so that the final width b _to at the end of the homogenization zone is equal to half the screw circumference πd / 2. The cutting angle β is taken from the condition of connecting the channels in the place when the channel width b reaches the final value, and the channel, when changing its width from the initial to the final value, makes one full revolution along the cylindrical surface of the screw 2. The depth of the channels (Fig. 4) increases with the angle φ h from the initial value _n = 0 in the mixing zone to the maximum value h _max at the border zones of mixing and homogenization, and then decreases with the angle γ is proportional expansion of the channel and reaches a final value _for h = 0 in place of compound channels. The selected shape of the channels 13 allows for uniform loading of the product into the working chamber, a gradual increase in the pressure and temperature of the melt of the extrudate during its successive movement through the technological zones of the installation and to provide a good mixing effect when processing multicomponent mixtures due to the formation of multidirectional material flows in the inter-turn space of the rotating housing 1 and fixed screw 2. The connection of the channels 13 will achieve uniformity of the supply of the melt in the stabilization zone ION. In the pressure stabilization zone, the auger has a smooth surface.

Экструдер работает следующим образом. The extruder operates as follows.

Подлежащий переработке продукт направляют в загрузочное отверстие 9, где он захватывается винтовым каналом 12 корпуса 1 и перемещается последовательно с помощью вращающегося корпуса 1, приводимого в движение от привода 5 через венцовую шестерню 4, через зоны загрузки, смешивания, гомогенизации и стабилизации давления. Двухзаходная коническая винтовая нарезка 13 неподвижного шнека предотвращает проскальзывание продукта и обеспечивает равномерное заполнение винтового канала 12 корпуса 1. The product to be processed is sent to the loading hole 9, where it is captured by the screw channel 12 of the housing 1 and is moved sequentially by means of a rotating housing 1, driven from the drive 5 through the ring gear 4, through the loading, mixing, homogenization and pressure stabilization zones. Two-way conical screw cutting 13 of the fixed screw prevents slipping of the product and ensures uniform filling of the screw channel 12 of the housing 1.

В процессе движения перерабатываемый продукт нагревается, размягчается и перемешивается за счет взаимного воздействия на него вращающегося корпуса 1 и неподвижного шнека 2. При прохождении образовавшегося расплава через зону стабилизации давления происходит выравнивание градиентов давления и температуры, что обеспечивает равномерное движение экструдата к матрице 3, через которую он выдавливается в виде заготовки требуемого сечения. In the process of movement, the processed product is heated, softened and mixed due to the mutual influence of the rotating body 1 and the fixed screw 2 on it. When the formed melt passes through the pressure stabilization zone, the pressure and temperature gradients equalize, which ensures uniform extrudate movement to the matrix 3, through which it is extruded in the form of a workpiece of the required section.

Таким образом, использование изобретения позволит:
- повысить качество готового продукта за счет интенсификации воздействия сжимающих усилий, вызывающих многократные сдвиговые деформации расплава экструдата;
- снизить сопротивление движению продукта за счет устранения застойных зон в каналах корпуса и шнека;
- увеличить производительность экструдера при неизменном кинематическом воздействии на перерабатываемый продукт за счет изменения геометрических характеристик винтового канала корпуса установки.Thus, the use of the invention will allow:
- improve the quality of the finished product due to the intensification of the impact of compressive forces that cause multiple shear deformations of the extrudate melt;
- reduce the resistance to movement of the product by eliminating stagnant zones in the channels of the housing and the screw;
- increase the productivity of the extruder with a constant kinematic effect on the processed product by changing the geometric characteristics of the screw channel of the installation casing.

Claims

An extruder comprising a screw located in a housing with a screw channel of variable depth made on its inner surface, a feed hole, a die, successively located feed, mixing, homogenization, pressure stabilization, and pre-pressure zones, characterized in that the extruder body is rotatable and mounted on supports, and the loading hole is located in a plane perpendicular to the axis of rotation of the housing, and is made in conjunction with a fixed screw on which in the mixing zones and For homogenization, a two-way cutting of variable depth was performed in the form of conical channels expanding towards the matrix, while the depth of the channel cutting decreases in proportion to the width of the cutting in the direction from the loading hole to the matrix.