RU2365503C1

RU2365503C1 - Double-channel extrusion head for manufacturing of polymer lining wall panels with application of ultrasonic oscillations

Info

Publication number: RU2365503C1
Application number: RU2008107246/12A
Authority: RU
Inventors: Александр Александрович Панов (RU); Александр Александрович Панов; Александр Константинович Панов (RU); Александр Константинович Панов; Татьяна Александровна Анасова (RU); Татьяна Александровна Анасова; Владимир Сергеевич Жернаков (RU); Владимир Сергеевич Жернаков
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2009-08-27

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: head comprises body with mandrel installed in it, channels of profile section with supplying channel and magnetostrictive radiator. Mandrel is arranged as knocked-down, of rectangular shape, with cooling system. Between mandrel and rectangular sections of body there are shaping channels of profile section arranged with trapezoidal front surface. On upper and lower plane of head body there are magnetostrictive radiators of ultrasonic oscillations installed.

EFFECT: provision of possibility to increase efficiency and quality of lining wall panels due to even penetration of ultrasonic oscillations directly to the whole mass of polymer.

3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для переработки полимерных материалов, в частности для изготовления облицовочных стеновых панелей, например для отделки помещений.The invention relates to devices for the processing of polymeric materials, in particular for the manufacture of wall cladding panels, for example for decoration.

Известна конструкция 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. - М., 1979).The known design of the extrusion head for the manufacture of pipes, containing a housing, a mouthpiece, a holder and a mandrel vibrator (Fridman M.L. Regulation of the rheological properties of thermoplastics and compositions based on them with the aim of intensifying the molding process. Thesis. Doctor of Engineering Sciences. - M. , 1979).

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является многоручьевая экструзионная головка для изготовления профильных изделий с применением ультразвуковых колебаний, которая содержит корпус, обойму с расположенным в ней дорном, каналы профильного сечения для полимера, сообщенные с питающим каналом головки, и магнитострикционный излучатель. (Патент РФ №2147989, МКИ В29С 47/12, 47/30, 2000, Бюл.№12, прототип).The closest in technical essence and the achieved effect is a multi-extruded extrusion head for the manufacture of profile products using ultrasonic vibrations, which contains a housing, a clip with a mandrel located in it, profile section channels for polymer in communication with the feed channel of the head, and a magnetostrictive emitter. (RF patent No. 2147989, MKI B29C 47/12, 47/30, 2000, Bull. No. 12, prototype).

Недостатком известной экструзионной головки является сложность конструкции и монтажа, так как головка состоит из двух полуцилиндрических секций и разьемного дорна, состоящего из двух секций крестообразной формы, которые монтируются в цилиндрическую обойму. Соединение полуцилиндрических секций и дорна требует, необходимой точности при монтаже, т.е. соблюдения соосности относительно продольно расположенных полуцилиндрических секций и дорна, что может привести к искажению поперечного сечения профильной формы и ухудшению качества экструдируемых изделий. В указанной конструкции не достигается равномерного проникновения ультразвуковых колебаний непосредственно на всю массу полимера, поскольку магнитострикционный излучатель расположен в ограниченной области только в центре разъемного дорна, поэтому снижение вязкости расплава в пристенном слое экструдата незначительно и мало влияет на повышение производительности и качества поверхности изделий.A disadvantage of the known extrusion head is the complexity of construction and installation, since the head consists of two half-cylindrical sections and a demountable mandrel, consisting of two cross-shaped sections that are mounted in a cylindrical ferrule. The connection of the half-cylindrical sections and the mandrel requires the necessary accuracy during installation, i.e. compliance with the alignment of relatively longitudinally located semi-cylindrical sections and the mandrel, which can lead to distortion of the cross section of the profile shape and the deterioration of the quality of extruded products. In this design, the uniform penetration of ultrasonic vibrations directly onto the entire polymer mass is not achieved, since the magnetostrictive emitter is located in a limited area only in the center of the split mandrel, therefore, a decrease in the melt viscosity in the wall layer of the extrudate has little and little effect on improving the productivity and surface quality of the products.

Изобретение направлено на решение задачи упрощения конструкции экструзионной головки и повышения производительности и качества экструдируемых стеновых панелей.The invention is aimed at solving the problem of simplifying the design of the extrusion head and increasing the productivity and quality of extrudable wall panels.

Указанная задача решается за счет того, что двухканальная экструзионная головка для изготовления полимерных облицовочных стеновых панелей с применением ультразвуковых колебаний, содержит корпус с расположенным в нем дорном, каналы профильного сечения с питающим каналом головки и магнитострикционный излучатель, при этом дорн выполнен разборным прямоугольной формы с системой охлаждения, причем между дорном и прямоугольными секциями корпуса образованы формующие каналы профильного сечения с трапециевидной лицевой поверхностью, а на верхней и нижней плоскостях корпуса головки установлены магнитострикционные излучатели.This problem is solved due to the fact that the two-channel extrusion head for the manufacture of polymer cladding wall panels using ultrasonic vibrations, contains a housing with a mandrel located in it, profile channels with a feed head channel and a magnetostrictive emitter, while the mandrel is made of a collapsible rectangular shape with a system cooling, and between the mandrel and rectangular sections of the body formed by forming channels of profile section with a trapezoidal front surface, and in rhney and lower planes of the head body mounted magnetostrictive radiators.

Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что дорн выполнен разборным, прямоугольной формы, с системой охлаждения, причем между дорном и прямоугольными секциями корпуса образованы формующие каналы профильного сечения с трапециевидной лицевой поверхностью, а на верхней и нижней плоскостях корпуса головки установлены магнитострикционные излучатели.The novelty of the invention lies in the fact that the mandrel is made of a collapsible, rectangular shape, with a cooling system, and between the mandrel and rectangular sections of the body formed by forming channels of profile section with a trapezoidal front surface, and magnetostrictive radiators are installed on the upper and lower planes of the head housing.

Технический результат, обеспечиваемый двухканальной экструзионной головкой для изготовления полимерных облицовочных стеновых панелей с применением ультразвуковых колебаний, выражается в упрощении конструкции и повышении производительности и качества облицовочных стеновых панелей благодаря выбору оптимальной геометрии поперечного сечения формующих каналов.The technical result provided by the two-channel extrusion head for the manufacture of polymer cladding wall panels using ultrasonic vibrations is expressed in simplifying the design and improving the performance and quality of the cladding wall panels due to the choice of the optimal cross-sectional geometry of the forming channels.

Выбор оптимальной геометрии поперечного сечения формующих каналов обеспечивается при согласовании расположения верхней и нижней секций корпуса и разборного дорна, которые образуют формующие каналы профильного сечения.The choice of the optimal geometry of the cross section of the forming channels is ensured by coordinating the location of the upper and lower sections of the housing and the collapsible mandrel, which form the forming channels of the profile section.

Форма выступов и впадин в виде равнобокой трапеции в секциях корпуса головки в каждом отдельном случае подбирается конструктивно в зависимости от ширины и толщины изготавливаемой стеновой панели.The shape of the protrusions and depressions in the form of an isosceles trapezoid in sections of the head housing in each individual case is selected constructively depending on the width and thickness of the manufactured wall panel.

При подборе трапециевидной формы лицевой поверхности стеновой панели в зависимости от ширины и толщины изготавливаемой стеновой панели добиваются равномерного распределения скоростей во всех точках площади поперечного сечения экструдируемого изделия. Этим обеспечиваются необходимая размерная точность и качество экструдируемой стеновой панели.When selecting the trapezoidal shape of the front surface of the wall panel, depending on the width and thickness of the manufactured wall panel, uniform distribution of speeds at all points of the cross-sectional area of the extruded product is achieved. This ensures the necessary dimensional accuracy and quality of the extrudable wall panel.

Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг.1 - поперечный разрез двухканальной экструзионной головки для изготовления полимерных облицовочных стеновых панелей с применением ультразвуковых колебаний; на фиг.2 - продольный разрез по А-А; на фиг.3 - поперечное сечение облицовочной стеновой панели.The invention is illustrated by drawings: in Fig.1 is a cross section of a two-channel extrusion head for the manufacture of polymer cladding wall panels using ultrasonic vibrations; figure 2 is a longitudinal section along aa; figure 3 is a cross section of a facing wall panel.

Двухканальная экструзионная головка для изготовления полимерных облицовочных стеновых панелей в соответствии с фиг.1 содержит разъемный корпус, состоящий из двух секций: верхней 1 и нижней 2, между секциями расположен разборный дорн из двух частей прямоугольной формы 3, в центре которого предусмотрено прямоугольное углубление для охлаждения 4 с возможностью входа хладагента через штуцер 5 и его выхода через штуцер 6.The two-channel extrusion head for the manufacture of polymer cladding wall panels in accordance with figure 1 contains a detachable casing consisting of two sections: the upper 1 and lower 2, between the sections there is a collapsible mandrel from two parts of a rectangular shape 3, in the center of which there is a rectangular recess for cooling 4 with the possibility of entering the refrigerant through the nozzle 5 and its output through the nozzle 6.

В результате соединения прямоугольных секций 1 и 2 корпуса и разборного дорна прямоугольной формы 3 образуются два формующих профильных канала 7 для получения экструдата изделий 8, в которых размещены стержни 9 прямоугольного сечения, жестко приваренные к планке 10 квадратного сечения, вмонтированной в пазы, расположенные между двумя секциями корпуса (не показаны). Формующие каналы 7 сообщаются с питающим каналом головки 11, на входе которого монтируется гомогенизирующая решетка 12, на верхней и нижней плоскостях корпуса головки установлены магнитострикционные излучатели 13 с возможностью подключения их к источнику 14 ультразвуковых колебаний УЗГ 1-4.As a result of the connection of the rectangular sections 1 and 2 of the casing and the collapsible mandrel of rectangular shape 3, two forming profile channels 7 are formed to produce an extrudate of products 8, in which rods 9 of rectangular section are placed, rigidly welded to a square bar 10, mounted in grooves located between two body sections (not shown). The forming channels 7 communicate with the feed channel of the head 11, at the input of which a homogenizing grating 12 is mounted, magnetostrictive emitters 13 are installed on the upper and lower planes of the head housing with the possibility of connecting them to the ultrasonic vibration source 14 of the ultrasonic vibrator 1-4.

Присоединение головки к экструдеру осуществляется с помощью фланца 15.The connection of the head to the extruder is carried out using the flange 15.

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

Двухканальная экструзионная головка для изготовления полимерных облицовочных стеновых панелей с применением ультразвуковых колебаний работает следующим образом.Two-channel extrusion head for the manufacture of polymer cladding wall panels using ultrasonic vibrations works as follows.

Расплав полимера, нагнетаемый шнеком экструдера (не показан), проходит гомогенизирующую решетку 12 и попадает в питающий канал 11. Далее расплав нагнетается в формующие профильные каналы 7, образованные поверхностями дорна 3 и прямоугольными секциями 1 и 2 корпуса головки. Приходя по формующим каналам, расплав полимера охлаждается и оформляется в непрерывное профильное изделие в виде стеновых панелей 8. При прохождении расплава полимера по формующим каналам на массу полимера воздействует наложение ультразвуковых колебаний при помощи магнитострикционных излучателей с воздушным охлаждением, установленных на верхней и нижней плоскостях корпуса головки. Источником ультразвуковых волн служил ультразвуковой генератор УЗГ 1-4, с помощью которого создается наложение колебаний на расплав полимера в зоне формования с фиксированной частотой 18; 19; 20; 22; 24; 28 кГц.The polymer melt injected by the screw of the extruder (not shown) passes through the homogenizing grate 12 and enters the feed channel 11. Next, the melt is pumped into the forming profile channels 7 formed by the surfaces of the mandrel 3 and rectangular sections 1 and 2 of the head housing. Arriving through the forming channels, the polymer melt is cooled and formed into a continuous profile product in the form of wall panels 8. During the passage of the polymer melt through the forming channels, the application of ultrasonic vibrations by means of air-cooled magnetostrictive radiators mounted on the upper and lower planes of the head housing affects the polymer mass . The source of ultrasonic waves was an ultrasonic generator UZG 1-4, with the help of which an overlay is created on the polymer melt in the molding zone with a fixed frequency of 18; 19; twenty; 22; 24; 28 kHz.

Чтобы при продавливании струй расплава полимера через формующие каналы на поверхности изготавливаемого изделия не было следов от мест соединения основных элементов, необходимо каждую составляющую часть профильного формующего канала изготавливать с высоким классом чистоты поверхности (∇10-12). Профиль выходит высокого качества с глянцевой поверхностью как за счет чистоты поверхности дорна и прямоугольных секций корпуса головки, так и за счет использования магнитострикционных излучателей, поскольку при воздействии ультразвуковых колебаний происходит понижение вязкости расплава, что уменьшает 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 jets of polymer melt through the forming channels on the surface of the manufactured product, it is necessary to produce each component part of the profile forming channel with a high surface cleanliness 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 rectangular sections of the head housing, and due to the use of magnetostrictive emitters, because when exposed to ultrasonic vibrations, the melt viscosity decreases, which reduces the resistance of the wall effect of melt outflow at the boundary with the surface of the forming channel .

Экспериментальные исследования производились на опытной установке с экструдером АТЛ-45, имеющим червяк диаметром 45 мм и длиной 1125 мм.Experimental studies were performed on a pilot plant with an ATL-45 extruder having a worm with a diameter of 45 mm and a length of 1125 mm.

Экструзионная головка имела следующие геометрические размеры: ширина корпуса 260 мм, длина 320 мм, длина профильных формующих каналов составляла 200 мм. Получали облицовочные стеновые панели из полипропилена марки 01003 ТУ 211-020-0020-3521096 шириной 110 мм, толщиной 15 мм. Оптимальный режим экструзии указанного материала при температуре 468-478 К и создаваемом давлении экструдера в пределах 3.5-4.5 МПа, при фиксированной частоте наложения ультразвуковых колебаний 18; 19; и 22 кГц на расплав полимера в зоне формования.The extrusion head had the following geometric dimensions: body width 260 mm, length 320 mm, length of the profile forming channels was 200 mm. Received wall panels made of polypropylene brand 01003 TU 211-020-0020-3521096 with a width of 110 mm, a thickness of 15 mm. The optimal extrusion mode of the specified material at a temperature of 468-478 K and the created extruder pressure in the range of 3.5-4.5 MPa, with a fixed frequency of application of ultrasonic vibrations 18; 19; and 22 kHz per polymer melt in the molding zone.

Техническая и экономическая эффективность использования предлагаемой двухканальной экструзионной головки для изготовления полимерных облицовочных стеновых панелей состоит в том, что она позволяет:The technical and economic efficiency of the use of the proposed two-channel extrusion head for the manufacture of polymer cladding wall panels is that it allows you to:

- повысить качество изделий за счет воздействия ультразвуковых колебаний на массу экструдируемого полимера в зоне формования;- to improve the quality of products due to the impact of ultrasonic vibrations on the mass of extrudable polymer in the molding zone;

- повысить производительность выпускаемых изделий;- increase the productivity of manufactured products;

- исключить неравномерность выхода экструдата за счет симметричного расположения формующих каналов;- eliminate the unevenness of the extrudate output due to the symmetrical arrangement of the forming channels;

- упростить конструкцию экструзионной головки, а также ее сборку и разборку.- to simplify the design of the extrusion head, as well as its assembly and disassembly.

Claims

A two-channel extrusion head for the manufacture of polymer cladding wall panels using ultrasonic vibrations, comprising a body with a mandrel located in it, profile section channels with a head feed channel and a magnetostrictive emitter, characterized in that the mandrel is made of a collapsible, rectangular shape, with a cooling system, between the forming section channels with a trapezoidal front surface, and on the upper and lower planes, are formed by the mandrel and rectangular sections of the body orpusa head mounted magnetostrictive radiators.