RU2820502C2 - Extruder for increasing viscosity of fusible polymers - Google Patents
Extruder for increasing viscosity of fusible polymers Download PDFInfo
- Publication number
- RU2820502C2 RU2820502C2 RU2022104056A RU2022104056A RU2820502C2 RU 2820502 C2 RU2820502 C2 RU 2820502C2 RU 2022104056 A RU2022104056 A RU 2022104056A RU 2022104056 A RU2022104056 A RU 2022104056A RU 2820502 C2 RU2820502 C2 RU 2820502C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- extruder
- zone
- screw
- diameter
- diameters
- Prior art date
Links
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 16
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims abstract description 51
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 22
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 18
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 229920002959 polymer blend Polymers 0.000 abstract description 2
- 238000011221 initial treatment Methods 0.000 abstract 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 abstract 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 22
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 8
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- 230000002730 additional effect Effects 0.000 description 1
- 235000013361 beverage Nutrition 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 238000010057 rubber processing Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 239000004758 synthetic textile Substances 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к экструдеру для повышающей вязкость обработки плавких полимеров с признаками ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.The invention relates to an extruder for increasing the viscosity of processing fusible polymers with the features of the restrictive part of paragraph 1 of the claims.
В технологии пластмасс экструдеры применяются для пластификации и первичной обработки полимеров. Если целью является просто пластификация, доступно множество конструкций, как однороторных с одним шнеком экструдера, так и двухроторных с двумя шнеками, причем особая геометрия шнеков ведет к тому, что на одном конце пластмасса загружается в виде твердых частиц, расплавляется и выгружается жидкой. Во многих случаях использования выполняется также гомогенизация и дегазация, чтобы, например, удалить влагу, содержавшуюся в твердых веществах. Недостатком здесь часто является то, что высокие сдвиговые усилия в экструдере приводят к уменьшению длин молекулярных цепочек полимера и, тем самым, к снижению вязкости. Эти эффекты наблюдаются, в частности, в случае высоковязких полимеров. Однако для некоторых областей применения вязкость при пластификации в экструдере не должна снижаться слишком сильно, если для дальнейших процессов переработки требуется определенная вязкость расплавленного полимера. Это относится, например, к вторичной переработке гидролизующихся поликонденсатов, таких как полиэфир (PET), и особенно в связи со сложными процессами дополнительной обработки, как при получении синтетических текстильных волокон.In plastics technology, extruders are used for plasticization and primary processing of polymers. If the goal is simply plasticization, a variety of designs are available, both single-rotor with a single extruder screw and double-rotor with two extruder screws, with the special geometry of the screws resulting in the plastic being loaded at one end as solids, melted and discharged as liquid. In many applications, homogenization and degassing are also carried out to, for example, remove moisture contained in solids. The disadvantage here is often that high shear forces in the extruder lead to a decrease in the length of the polymer molecular chains and thus a decrease in viscosity. These effects are observed, in particular, in the case of highly viscous polymers. However, for some applications, the viscosity during plasticization in the extruder should not be reduced too much if further processing processes require a certain viscosity of the molten polymer. This applies, for example, to the recycling of hydrolyzable polycondensates such as polyester (PET), and especially in connection with complex post-processing processes, such as in the production of synthetic textile fibers.
В документе DE 2237190 A описан экструдер для обработки резиновых смесей, который снабжен шнеком. Дегазация улучшается за счет того, что в области отсасывания диаметр шнека увеличен, при этом глубина нарезки резьбового выступа шнека сохраняется такой же, как в зонах подачи и выгрузки, чтобы обеспечить постоянную пропускную способность. Применение для полимеров, отличных от резиновых смесей, и для целенаправленного влияния на вязкость не обсуждается.DE 2237190 A describes an extruder for processing rubber compounds, which is equipped with a screw. Degassing is improved by increasing the screw diameter in the suction area, while maintaining the same threaded thread depth as in the feed and discharge areas to ensure constant throughput. Application for polymers other than rubber compounds and for targeted influence on viscosity is not discussed.
Для пластификации и, прежде всего, для первичной обработки полимеров с одновременным повышением вязкости из патента EP 1434680 B1 известен экструдер с мультиротационной системой (MRS). Этот так называемый MRS-экструдер содержит шнек с многошнековой экструдерной частью, в которой вокруг главного шнека находится несколько приводных планетарных шнеков. Они вращаются со шнеком экструдера как одно целое и при этом одновременно вращаются вокруг их собственных осей. В многошнековой экструдерной части происходит интенсивное перемешивание и увеличивается поверхность, так что в этой области система отсоса газа, находящаяся на корпусе экструдера, является особенно эффективной. Благодаря эффективному отсасыванию значительной части содержащейся в полимере влаги в случае поликонденсатов можно достичь заметного увеличения длины цепи и, таким образом, повышения характеристической вязкости. Так как одновременно удаляются посторонние вещества, MRS-экструдер подходит, в частности, для вторичной переработки PET и позволяет в непрерывном режиме получать напрямую из вторично используемого материала высокочистый PET, который без дальнейшей дополнительной обработки можно использовать для упаковки напитков и продуктов питания.For plasticization and, above all, for the primary processing of polymers with a simultaneous increase in viscosity, an extruder with a multi-rotation system (MRS) is known from patent EP 1434680 B1. This so-called MRS extruder contains a screw with a multi-screw extruder section, in which several driven planetary screws are located around the main screw. They rotate with the extruder screw as one unit and at the same time rotate around their own axes. In the multi-screw extruder section, intensive mixing occurs and the surface area increases, so that in this area the gas suction system located on the extruder body is particularly effective. Due to the effective suction of a significant part of the moisture contained in the polymer, in the case of polycondensates, a noticeable increase in the chain length and, thus, an increase in the intrinsic viscosity can be achieved. Since foreign substances are removed at the same time, the MRS extruder is particularly suitable for PET recycling and allows the continuous production of high-purity PET directly from recycled material, which can be used for packaging drinks and food without further processing.
Хотя с известными MRS-экструдерами можно легко достичь вязкости, необходимой для упаковки напитков и продуктов питания, для использований, при которых требуется PET с еще более высокой вязкостью, существует проблема в том, что и при изменении различных технологических параметров MRS-экструдера устанавливается максимально достижимая предельная вязкость. Таким образом, повышение и снижение вязкости происходят всегда одновременно, причем сначала преобладают эффекты, ведущие к повышению вязкости, но потом в какой-то момент они уравновешиваются противоположными эффектами.Although the viscosity required for beverage and food packaging can be easily achieved with known MRS extruders, for applications that require PET with even higher viscosity, there is a problem that when changing various process parameters of the MRS extruder, the maximum achievable ultimate viscosity. Thus, the increase and decrease in viscosity always occur simultaneously, with the effects leading to an increase in viscosity initially predominant, but then at some point they are balanced by the opposite effects.
Таким образом, задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить возможность первичной обработки полимерных смесей, в частности, PET, которая позволяет достичь высокой характеристической вязкости, по меньшей мере 0,7 мл/г.Thus, the object of the invention is to provide the possibility of primary processing of polymer mixtures, in particular PET, which makes it possible to achieve a high intrinsic viscosity of at least 0.7 ml/g.
Указанная задача решена посредством экструдера с признаками пункта 1 формулы изобретения.This problem is solved by means of an extruder with the features of paragraph 1 of the claims.
Неожиданно оказалось, что стратегия, сочетающая отдельные конструктивные особенности MRS-экструдера, хорошо показавшего себя для первичной обработки PET, с известной однороторной схемой для переработки резины, приводит к успеху, а также добавляет еще одно существенное новшество.Surprisingly, a strategy combining selected design features of the MRS extruder, which has proven itself for primary processing of PET, with the established single-rotor design for rubber processing, leads to success and also adds another significant innovation.
Во-первых, предлагаемое изобретением решение базируется на однороторной схеме, то есть на экструдере с единственным шнеком. От имеющихся в известных MRS-экструдерах планетарных шнеков, которые ответственны за основную часть сдвиговых усилий, действующих на полимеры, в изобретении отказываются. Для повышения окружной скорости в области вакуумной вытяжки предусмотрено частичное увеличение диаметра шнека в зоне дегазации. Однако повышение вязкости, которое может быть достигнуто с помощью экструдера согласно изобретению, в основном связано с тем, что зона дегазации разделена на две части и имеет следующие существенные особенности.Firstly, the solution proposed by the invention is based on a single-rotor design, that is, on an extruder with a single screw. The planetary screws present in known MRS extruders, which are responsible for the bulk of the shear forces acting on the polymers, are abandoned in the invention. To increase the peripheral speed in the vacuum extraction area, a partial increase in the diameter of the screw in the degassing zone is provided. However, the increase in viscosity that can be achieved with the extruder according to the invention is mainly due to the fact that the degassing zone is divided into two parts and has the following significant features.
Чтобы можно было ссылаться на геометрию шнека, используются следующие обозначения диаметров:To allow reference to the screw geometry, the following diameter designations are used:
- D1 в зоне подачи/дозирования,- D1 in the feeding/dosing area,
- D2 в зоне выгрузки и- D2 in the unloading area and
- D2 в промежуточной области, в которой находится также зона дегазации.- D2 in the intermediate area, which also contains a degassing zone.
Наружный диаметр шнека, который задается внешней кромкой резьбового выступа шнека на валу шнека экструдера, заметно увеличен по сравнению с предшествующей зоной подачи и зоной дозирования, а также по сравнению с последующей зоной выгрузки и составляет по меньшей мере от 1,2 до 2,0 диаметров в этих зонах. Диаметр предпочтительно является по существу постоянным по длине, так что получается цилиндрическая огибающая. Таким образом, соответствующая полость в корпусе может быть легко выполнена, и возможны небольшие осевые смещения между шнеком экструдера и корпусом. Коническая форма предпочтительно имеется лишь в переходных областях перед и после указанных участков шнека.The outer diameter of the screw, which is determined by the outer edge of the threaded projection of the screw on the extruder screw shaft, is noticeably increased compared to the preceding feed zone and dosing zone, as well as compared to the subsequent discharge zone, and is at least 1.2 to 2.0 times the diameter in these zones. The diameter is preferably substantially constant along the length so that a cylindrical envelope is obtained. In this way, a corresponding cavity in the housing can be easily formed and small axial movements between the extruder screw and the housing are possible. The conical shape is preferably present only in the transition regions before and after said sections of the screw.
Наружный диаметр сердечника вала, напротив, сильно меняется на двух участках зоны дегазации: в то время как в верхней по течению начальной области он также является большим, из-за чего получается малая глубина нарезки между параллельными участками резьбового выступа шнека экструдера, в последующей концевой области он значительно меньше, так что получаются глубокие проходы.The outer diameter of the shaft core, on the contrary, varies greatly in two sections of the degassing zone: while in the upstream initial region it is also large, resulting in a small cutting depth between parallel sections of the threaded shoulder of the extruder screw, in the subsequent end region it is much smaller, so that deep passages are obtained.
Указанное, по меньшей мере одно, отсасывающее отверстие в корпусе находится там, где глубина нарезки большая. Оно может простираться до места скачкообразного изменения диаметра сердечника вала между начальной и концевой областями.Said at least one suction hole in the housing is located where the cutting depth is large. It may extend to the point where the diameter of the shaft core changes abruptly between the start and end regions.
Расплав, уже пластифицированный в первой части шнека, в начальной области зоны дегазации сильно сжимается, так как там свободный объем в проходах, образованных между резьбовыми выступами шнека, сердечником вала и полостью корпуса, является малым.The melt, already plasticized in the first part of the screw, is strongly compressed in the initial region of the degassing zone, since there the free volume in the passages formed between the threaded projections of the screw, the shaft core and the housing cavity is small.
Однако в конце зоны дегазации объем намного больше и не может быть почти полностью заполнен поступающим расплавом. Поэтому в месте скачка диаметра сердечника вала происходит резкое расширение расплава в свободный объем. Течение расплава разрывается и приводит к значительному увеличению поверхности расплава, что позволяет отсасывать летучие вещества из расплава.However, at the end of the degassing zone the volume is much larger and cannot be almost completely filled with the incoming melt. Therefore, at the point where the shaft core diameter jumps, a sharp expansion of the melt into the free volume occurs. The melt flow breaks and leads to a significant increase in the surface of the melt, which allows volatile substances to be sucked out of the melt.
Мощность привода для экструдера согласно изобретению снижена по сравнению с предшествующим уровнем техники благодаря отсутствию приводных вспомогательных шнеков.The drive power for the extruder according to the invention is reduced compared to the prior art due to the absence of driven auxiliary screws.
Если выбрать диаметр D2 таким, что D2 > 1,5D1, то в вакуумной камере экструдера, образованной дегазационным патрубком, обеспечивается достижение еще большей площади взаимодействия между расплавом и вакуумом.If you choose the diameter D2 such that D2 > 1.5D1, then in the vacuum chamber of the extruder formed by the degassing pipe, an even larger area of interaction between the melt and vacuum is achieved.
Целесообразно, чтобы длина шнека в зоне дегазации составляла 2xD2. Это приводит к максимально возможной поверхности, которая может быть дегазирована через дегазационный патрубок, так что площадь поверхности, на которую может воздействовать вакуум, лишь немного меньше, чем с обычной многошнековой частью экструдера.It is advisable that the length of the screw in the degassing zone is 2xD2. This results in the largest possible surface area that can be degassed through the degassing nozzle, so that the surface area that can be affected by the vacuum is only slightly less than with a conventional multi-screw extruder section.
Если, например, шаг резьбового выступа шнека во входной области и в зоне дегазации является по существу одинаковым, в зоне дегазации выгодно предусмотреть в шнеке между резьбовыми выступами еще по меньше мере один резьбовой выступ с по существу таким же шагом.If, for example, the pitch of the threaded projection of the screw in the inlet region and in the degassing zone is essentially the same, in the degassing zone it is advantageous to provide at least one more threaded projection with essentially the same pitch in the screw between the threaded projections.
Из-за увеличения диаметра в конце зоны дегазации экструдера резьбовые выступы шнека при том же шаге, что и в зоне подачи/дозирования, находились бы дальше друг от друга, чем в зоне подачи/дозирования или в зоне выгрузки шнека. Благодаря наличию по меньшей мере одного второго резьбового выступа или нескольких резьбовых выступов, которые находятся внутри первого резьбового выступа, на длине шнека в зоне дегазации имеется больше мест для сдвига между корпусом и спиральным резьбовым выступом шнека экструдера, которые могут выполнять работу деформации и работу продвижения, так что поверхность расплава в зоне дегазации еще больше увеличивается.Due to the increase in diameter at the end of the extruder degassing zone, the screw threads at the same pitch as in the feed/metering zone would be further apart than in the feed/metering zone or the screw discharge zone. Due to the presence of at least one second threaded shoulder or multiple threaded lips that are inside the first threaded shoulder, along the length of the screw in the degassing zone, there are more places for shear between the body and the helical threaded shoulder of the extruder screw, which can perform deformation work and advancement work, so that the surface of the melt in the degassing zone increases even more.
Однако существует также возможность, что, например, шаг шнека в зоне подачи/дозирования и в зоне выгрузки по существу одинаков, но шаг резьбы шнека в зоне дегазации больше, чем в этих зонах.However, it is also possible that, for example, the screw pitch in the feed/dosing zone and the discharge zone is essentially the same, but the screw thread pitch in the degassing zone is larger than in these zones.
В результате резьбовые выступы шнека в зоне дегазации экструдера сближаются. Благодаря этому в расплав можно внести больше энергии от совершенной работы деформации и продвижения, вследствие чего поверхность расплава, контактирующая с вакуумом, увеличивается.As a result, the threaded projections of the screw in the degassing zone of the extruder come closer together. Thanks to this, more energy can be introduced into the melt from the perfect work of deformation and advancement, as a result of which the surface of the melt in contact with the vacuum increases.
Предпочтительно, чтобы глубина нарезки по меньшей мере одного резьбового выступа шнека экструдера в начальной области зоны дегазации составляла от 1% до 5% от диаметра D2.It is preferable that the cutting depth of at least one threaded shoulder of the extruder screw in the initial region of the degassing zone is from 1% to 5% of the diameter D2.
Предпочтительно, чтобы глубина нарезки резьбовых выступов шнека в зоне дегазации составляла по меньшей мере 10% от диаметра D2 шнека в зоне дегазации, а глубина нарезки по меньшей мере одного резьбового выступа шнека экструдера в концевой области составляла не менее 20 мм. Но также предпочтительно, чтобы поверхность проходов, образованных между резьбовыми выступами шнека в зоне дегазации, была по меньшей мере в 1,5 раза больше поверхности паза, образованного между витками во входной зоне.It is preferable that the cutting depth of the threaded projections of the screw in the degassing zone is at least 10% of the diameter D2 of the screw in the degassing zone, and the cutting depth of at least one threaded projection of the extruder screw in the end region is at least 20 mm. But it is also preferable that the surface of the passages formed between the threaded projections of the screw in the degassing zone is at least 1.5 times larger than the surface of the groove formed between the turns in the inlet zone.
Каждая из этих мер обеспечивает, что проходы между резьбовыми выступами не будут полностью заполнены расплавом. Расплав имеет наибольшую высоту в соответствующем пазе в боковой поверхности резьбовых выступов и падает оттуда вниз и/или может распределяться по большей длине. Кроме того, из-за движения шнека расплав в проходе может также перекатываться. Эти меры также служат для того, чтобы за одно и то же время большая поверхность расплава входила в контакт с отрицательным давлением, установившимся в дегазационном патрубке, чтобы, тем самым, расплав можно лучше дегазировать.Each of these measures ensures that the passages between the threaded projections are not completely filled with melt. The melt has its greatest height in a corresponding groove in the side surface of the threaded projections and falls down from there and/or can be distributed over a larger length. In addition, due to the movement of the screw, the melt in the passage can also roll. These measures also serve to ensure that, at the same time, a larger surface of the melt comes into contact with the negative pressure established in the degassing pipe, so that the melt can thereby be better degassed.
Может быть выгодным, чтобы экструдер при переходе от зоны дозирования к зоне дегазации имел регулируемый дроссель или регулируемую диафрагму, с помощью которых можно настраивать зазор для среза. В результате можно, с одной стороны, обеспечить, что в зону дегазации будет попадать только идеально пластифицированный расплав. С другой стороны, достигается некоторая герметизация, что гарантирует отсутствие проскока пониженного давления во входную область.It may be advantageous if the extruder, when moving from the dosing zone to the degassing zone, has an adjustable throttle or an adjustable diaphragm with which the cutting gap can be adjusted. As a result, it is possible, on the one hand, to ensure that only ideally plasticized melt will enter the degassing zone. On the other hand, some sealing is achieved, which ensures that there is no leakage of reduced pressure into the inlet area.
Если говорить кратко, изобретение основано на том, что разрыв, турбулентность и перемешивание расплава в зоне отсасывания вызываются не механическими перемешивающими элементами, как в предшествующем уровне техники, а по принципу расширительного сопла, который в изобретении проявляется через резко уменьшающийся диаметр сердечника при одинаковом наружном диаметре резьбы и постоянном внутреннем диаметре полости корпуса в этой области.In short, the invention is based on the fact that the rupture, turbulence and mixing of the melt in the suction zone are not caused by mechanical mixing elements, as in the prior art, but by the principle of an expansion nozzle, which in the invention manifests itself through a sharply decreasing core diameter with the same outer diameter threads and a constant internal diameter of the housing cavity in this area.
Предлагаемый изобретением принцип расширительного сопла в зоне дегазации предусматривает, наряду с описанными механическими воздействиями на расплав, также воздействие на температуру, а именно охлаждение. Создаваемое охлаждение можно использовать в экструдере согласно изобретению различными способами в качестве дополнительного эффекта.The principle of an expansion nozzle in the degassing zone proposed by the invention provides, along with the described mechanical effects on the melt, also an effect on temperature, namely cooling. The resulting cooling can be used in the extruder according to the invention in various ways as an additional effect.
В то время как в случае MRS-экструдеров согласно уровню техники почти всегда необходимо внутреннее охлаждение вала шнека экструдера в зоне дегазации, чтобы компенсировать поступление огромного количества тепла вследствие механического сдвига, согласно изобретению от этого можно отказаться, по крайней мере для концевой области зоны дегазации. Благодаря этому по меньшей мере снижается мощность, потребляемая на охлаждение всего шнека экструдера.While in the case of MRS extruders according to the prior art it is almost always necessary to internally cool the extruder screw shaft in the degassing zone in order to compensate for the enormous amount of heat introduced due to the mechanical shear, according to the invention this can be omitted, at least for the end region of the degassing zone. This at least reduces the power required to cool the entire extruder screw.
В некоторых ситуациях охлаждение является настолько сильным, что расплав может частично застыть. Чтобы воспрепятствовать этому, в концевой области зоны дегазации можно предусмотреть подогрев. Для этого можно, например, обогревать корпус ленточными нагревателями.In some situations, the cooling is so strong that the melt may partially solidify. To prevent this, heating can be provided in the end region of the degassing zone. To do this, you can, for example, heat the housing with tape heaters.
Поскольку, с другой стороны, в экструдере согласно изобретению также все еще имеется интенсивное внесение тепла из-за сдвига в зоне подачи и дозирования, имеет смысл отказаться от использования внешнего регулирования температуры шнека экструдера и вместо этого использовать для регулирования температуры циркуляцию теплоносителя во внутренних каналах шнека, для чего предусмотрен только внешний насос, но нет внешнего теплообменника. Теплоноситель вводится на конце вала в полость внутри шнека, нагревается в зоне подачи и дозирования, а также, возможно, еще в начальной области зоны дегазации, а затем отдает тепло в концевой области на охлажденный расплав, проходящий через глубокие каналы резьбы шнека. Выгрузка происходит на другом конце вала шнека. Возврат к насосу реализуется внешними средствами.Since, on the other hand, in the extruder according to the invention there is also still an intensive heat input due to the shear in the feeding and dosing zone, it makes sense to abandon the use of external temperature control of the extruder screw and instead use the circulation of the coolant in the internal channels of the screw for temperature control , for which only an external pump is provided, but there is no external heat exchanger. The coolant is introduced at the end of the shaft into the cavity inside the screw, is heated in the feeding and dosing zone, and also possibly in the initial region of the degassing zone, and then transfers heat in the end region to the cooled melt passing through the deep thread channels of the screw. Unloading occurs at the other end of the auger shaft. Return to the pump is realized by external means.
Кроме того, выгодно, чтобы шнек имел каналы для регулирования температуры, в частности, в зоне дегазации, например, в виде периферических каналов или в виде концентрического канала, которые обеспечивают быструю и точную настройку температуры поверхности шнека. Даже резьбовые выступы шнека могут быть выполнены как каналы.In addition, it is advantageous if the screw has channels for temperature control, in particular in the degassing zone, for example in the form of peripheral channels or in the form of a concentric channel, which allow fast and precise adjustment of the temperature of the surface of the screw. Even the screw threads can be designed as channels.
Далее изобретение подробнее поясняется на примере осуществления экструдера, представленном на чертежах. На фигурах подробно показано:The invention is further explained in more detail using an extruder example shown in the drawings. The figures show in detail:
На фигуре 1 показано перспективное изображение экструдера 100 согласно изобретению, при этом концевые опорные и приводные элементы не показаны. Можно видеть, в частности, корпус 10 с внутренней полостью 18 в корпусе, где с возможностью вращения установлен шнек 20 экструдера. Корпус 10 имеет входную область 11 с отверстием 12 для подачи твердых полимерных частиц. За соединительным фланцем 13 следует промежуточная область 14 с увеличенным диаметром, которая имеет по меньшей мере одно отверстие 15 в корпусе, простирающееся до находящейся внутри полости 18 в корпусе. К отверстию 15 в корпусе подсоединено отсасывающее устройство, в частности, вакуумный насос.Figure 1 shows a perspective view of an extruder 100 according to the invention, with the end support and drive members not shown. One can see in particular a housing 10 with an internal cavity 18 in the housing where the extruder screw 20 is rotatably mounted. The housing 10 has an inlet area 11 with an opening 12 for supplying solid polymer particles. Following the connecting flange 13 is an intermediate region 14 of increased diameter, which has at least one housing opening 15 extending into an internal housing cavity 18. A suction device, in particular a vacuum pump, is connected to the hole 15 in the housing.
За еще одним соединительным фланцем 16 следует концевая область 17 корпуса 10, диаметр которой снова уменьшен и примерно соответствует диаметру начальной области 11. В конце концевой области 17 полость 18 корпуса, выполненная, в частности, как цилиндрическая полость, открыта, так что из этого места может отбираться подготовленный полимерный расплав для дальнейшей обработки.Following another connecting flange 16 is an end region 17 of the housing 10, the diameter of which is again reduced and approximately corresponds to the diameter of the initial region 11. At the end of the end region 17, the housing cavity 18, designed in particular as a cylindrical cavity, is open, so that from this point the prepared polymer melt can be selected for further processing.
Фигура 2 показывает шнек 20 экструдера в виде в перспективе. Зона подачи 21.1 служит для подачи полимера в форме твердых частиц. К ней примыкает зона дозирования 21.2. Зона подачи 21.1 и зона дозирования 21.2 образуют вместе начальную область (21) диаметров и имеют общий спиральный резьбовой выступ 31 шнека экструдера. Шнек 20 имеет зону выгрузки 25 с таким же или близким диаметром, что и зона подачи 21.1 и зона дозирования 21.2, и также имеет всего один резьбовой выступ 35 шнека экструдера.Figure 2 shows the extruder screw 20 in perspective view. The supply zone 21.1 serves to supply the polymer in the form of solid particles. It is adjacent to dosing zone 21.2. The feeding zone 21.1 and the dosing zone 21.2 together form the initial region (21) of diameters and have a common helical threaded shoulder 31 of the extruder screw. The screw 20 has a discharge zone 25 with the same or similar diameter as the feed zone 21.1 and the dosing zone 21.2, and also has only one threaded boss 35 of the extruder screw.
Между ними в средней области диаметров находится зона дегазации 23, которая, в свою очередь, разделяется на начальную область 23.1 и концевую область 23.2. В зоне дегазации 23 сердечник вала шнека, диаметр которого меняется по длине, окружен в общей сложности тремя переплетающимися витками шнека 32, 33, 34.Between them, in the middle region of the diameters, there is a degassing zone 23, which, in turn, is divided into an initial region 23.1 and an end region 23.2. In the degassing zone 23, the screw shaft core, the diameter of which varies along the length, is surrounded by a total of three interlocking screw turns 32, 33, 34.
На фигуре 3 этот существенный для изобретения участок шнека 20 экструдера показан в увеличенном виде сбоку, при этом соответствующие наружные диаметры обозначены как D1, D2, D3. Размеры и геометрические соотношения являются, например, следующими:In Figure 3, this section of the extruder screw 20, which is essential for the invention, is shown in an enlarged side view, with the corresponding outer diameters designated D1, D2, D3. The dimensions and geometric relationships are, for example, the following:
- в зоне дозирования 21.2 резьбовой выступ 31 имеет относительно малый наружный диаметр D1 110 мм,- in the dosing zone 21.2, the threaded protrusion 31 has a relatively small outer diameter D1 of 110 mm,
- в зоне выгрузки 25 резьбовой выступ 35 имеет наружный диаметр D2, который соответствует 0,8-1,2 наружным диаметрам D1, то есть примерно соответствует D1, но может быть на 20% больше или меньше,- in the unloading zone 25, the threaded protrusion 35 has an outer diameter D2, which corresponds to 0.8-1.2 outer diameters D1, that is, it approximately corresponds to D1, but can be 20% larger or smaller,
- в зоне дегазации 23 резьбовые выступы 32, 33, 34 шнека имеют одинаковый наружный диаметр D2, который по меньшей мере в полтора раза больше D1, в частности, даже вдвое больше. В показанном примере D2=190 мм.- in the degassing zone 23, the threaded projections 32, 33, 34 of the screw have the same outer diameter D2, which is at least one and a half times larger than D1, in particular, even twice as large. In the example shown, D2=190 mm.
Таким образом, наружные диаметры D1, D2 и D3 изменяются только между зонами, но в пределах каждой соответствующей зоны 21.2, 23, 25 они постоянны. Между ними образованы конусообразные переходные зоны 22, 24.Thus, the outer diameters D1, D2 and D3 vary only between zones, but within each respective zone 21.2, 23, 25 they are constant. Cone-shaped transition zones 22, 24 are formed between them.
Диаметр сердечника вала как в зоне дозирования 21.2, так и в зоне выгрузки 25 по существу не изменяется. Предусмотрены небольшие изменение диаметра сердечника вала и/или шага шнека, обычные в технологии экструзии, чтобы достичь гомогенизации и уплотнения и/или чтобы локально повлиять на скорость течения.The diameter of the shaft core in both the dosing zone 21.2 and the discharge zone 25 remains essentially unchanged. Slight variations in shaft core diameter and/or screw pitch, common in extrusion technology, are provided to achieve homogenization and compaction and/or to locally influence flow rate.
Непосредственно при переходе от зоны дегазации 23 в зону выгрузки 25 диаметр сердечника вала в зоне выгрузки 25 уменьшается по сравнению, например, с диаметром в дальнейшем ходе, так что можно снова набрать давление расплава в зоне выгрузки после того как оно в зоне дегазации опустилось почти до нуля из-за приложенного там вакуума.Directly during the transition from the degassing zone 23 to the unloading zone 25, the diameter of the shaft core in the unloading zone 25 decreases compared, for example, with the diameter in the further stroke, so that the melt pressure in the unloading zone can be built up again after it has dropped almost to zero due to the vacuum applied there.
Для изобретения важно, чтобы диаметр сердечника вала внутри зоны дегазации 23 резко уменьшался в месте перехода 23.4. Тогда как в начальной области 23.1 зоны дегазации 23 диаметр сердечника вала является большим, а высота резьбовых выступов 32, 33, 34 шнека и, тем самым, высота образованных между ними проходов 41 мала, диаметр сердечника вала в концевой области 23.2 значительно меньше. В приведенном примере у проходов 41 на начальном участке 23.1 глубина нарезки составляет 4 мм, в частности, составляет от 10% до 20% наружного диаметра D2. В концевой области 23.2 у проходов 42 глубина нарезки составляет 32 мм, так что высота проходов 42 там увеличена 3-10 раз по сравнению с проходами 41 в начальной области 23.1.It is important for the invention that the diameter of the shaft core inside the degassing zone 23 decreases sharply at the transition point 23.4. While in the initial region 23.1 of the degassing zone 23 the diameter of the shaft core is large and the height of the screw threads 32, 33, 34 and thus the height of the passages 41 formed between them is small, the diameter of the shaft core in the end region 23.2 is significantly smaller. In the example shown, at the passages 41 in the initial section 23.1 the cutting depth is 4 mm, in particular 10% to 20% of the outer diameter D2. In the end region 23.2, the passages 42 have a cutting depth of 32 mm, so that the height of the passages 42 there is increased by 3-10 times compared to the passages 41 in the initial region 23.1.
Двойные пунктирные линии на фигуре 3 используются для обозначения хода резьбовых выступов шнека. В зоне дозирования 21.2 и зоне выгрузки 25 имеется только по одному спиральному резьбовому выступу 31, 35. В зоне дегазации 23 двойные пунктирные линии указывают только ход первого резьбового выступа 32. Четко видно, что эти линии пересекают по два других резьбовых выступа 33, 34 шнека. Таким образом, в зоне дегазации 23 образуется в общей сложности три переплетающихся резьбовых выступа 32, 33, 34.The double dotted lines in Figure 3 are used to indicate the travel of the auger threaded lugs. In the dosing zone 21.2 and the discharge zone 25 there is only one spiral threaded projection 31, 35. In the degassing zone 23, double dotted lines indicate only the stroke of the first threaded projection 32. It is clearly visible that these lines intersect the other two threaded projections 33, 34 of the screw . Thus, a total of three interlocking threaded projections 32, 33, 34 are formed in the degassing zone 23.
Фигура 4 показывает вид в перспективе перехода от зоны дозирования 21.2 к зоне дегазации 23. С этой целью удалены части корпуса 11 и 13 (смотри фиг. 1), чтобы дать четкое представление о конической переходной зоне 22. Резьбовой выступ 31 в зоне дозирования 21.2 заканчивается перед конической переходной зоной 22. Уже в конической переходной зоне 22 начинаются три резьбовых выступа зоны дегазации 23, причем на фигуре 4 можно видеть только начала резьбовых выступов 32, 33. Благодаря тому, что резьбовой выступ 31 заканчивается перед конической переходной зоной 22, а три резьбовых выступа 32, 33 и 34 начинаются в конической переходной зоне 22, достигается ранее разделение потока расплава на три частичных потока.Figure 4 shows a perspective view of the transition from the dosing zone 21.2 to the degassing zone 23. For this purpose, parts of the housing 11 and 13 (see Fig. 1) are removed to give a clear view of the conical transition zone 22. The threaded boss 31 in the dosing zone 21.2 ends in front of the conical transition zone 22. Already in the conical transition zone 22, three threaded protrusions of the degassing zone 23 begin, and in figure 4 only the beginnings of the threaded protrusions 32, 33 can be seen. Due to the fact that the threaded protrusion 31 ends in front of the conical transition zone 22, and three threaded projections 32, 33 and 34 begin in the conical transition zone 22, a division of the melt flow into three partial flows is achieved.
На фигуре 5 показана важная для изобретения часть экструдера 100 согласно изобретению в частичном разрезе. Здесь в разрезе показана промежуточная область 14 корпуса 10. Таким образом, видно, во-первых, что внутренняя стенка 19 полости корпуса в сечении проходит полностью прямолинейно, так что полость корпуса имеет цилиндрическую форму, за исключением прерывания на отсасывающее отверстие 15. Далее, можно видеть, что внешние комки всех трех резьбовых выступов 32, 33, 34 всегда проходят очень близко к внутренней стенке 19. В начальной области 23.1 образуются очень узкие проходы 41, через которые должен продвигаться весь поток расплава. Наконец, из фигуры 5 хорошо видно изменение диаметра сердечника вала экструдера, который в месте перехода 23.4 резко уменьшается и затем сохраняется малым в концевой области 23.2. В результате между внутренней стенкой 19, параллельными участками резьбовых выступов 32, 33, 34 шнека и сердечником вала шнека образуются проходы 42 большого объема.Figure 5 shows an inventively important part of the extruder 100 according to the invention in partial section. Here, in cross-section, the intermediate region 14 of the housing 10 is shown. Thus, it can be seen, firstly, that the inner wall 19 of the housing cavity in cross-section runs completely straight, so that the housing cavity has a cylindrical shape, except for the interruption at the suction opening 15. Further, you can see that the outer lumps of all three threaded projections 32, 33, 34 always pass very close to the inner wall 19. In the initial region 23.1 very narrow passages 41 are formed through which the entire melt flow must advance. Finally, from Figure 5, the change in the diameter of the extruder shaft core is clearly visible, which sharply decreases at the transition point 23.4 and then remains small in the end region 23.2. As a result, passages 42 of large volume are formed between the inner wall 19, the parallel sections of the threaded projections 32, 33, 34 of the auger and the core of the auger shaft.
Фигуре 6 схематически иллюстрирует в сильном увеличении соотношение размеров на шнеке 20 экструдера. Показаны диаметр сердечника вала и наружный диаметр, измеряемый по внешним кромкам резьбовых выступов. Из этой иллюстрации четко видно, в частности, изменение глубины нарезки по длине шнека 20. К концу зоны дозирования 21 диаметр сердечника вала увеличивается. Наружный диаметр D1 остается постоянным. Это уменьшает глубину нарезки. Происходит сжатие продвигаемого расплава. В конической переходной зоне 22 объем, через который течет поток, увеличивается, поскольку наружный диаметр возрастает до D2. Это компенсируется дальнейшим уменьшением глубины нарезки в конической переходной зоне 22. Целью является продвигать расплав до начальной области 23.1 таким образом, чтобы заполнить образованные каналы течения. Кроме того, узкий зазор также увеличивает силу сдвига.Figure 6 schematically illustrates, at high magnification, the aspect ratio on extruder screw 20. Shaft core diameter and outside diameter measured at the outer edges of the threaded bosses are shown. From this illustration it is clearly visible, in particular, the change in cutting depth along the length of the screw 20. Towards the end of the dosing zone 21, the diameter of the shaft core increases. The outer diameter D1 remains constant. This reduces the cutting depth. Compression of the advanced melt occurs. In the conical transition zone 22, the volume through which the flow flows increases as the outer diameter increases to D2. This is compensated by further reducing the cutting depth in the conical transition zone 22. The aim is to advance the melt to the initial region 23.1 in such a way as to fill the formed flow channels. In addition, a narrow gap also increases the shear force.
В центре зоны дегазации 23 диаметр сердечника вала резко значительно уменьшается, при этом наружный диаметр D2 резьбовых выступов остается постоянным. Образующийся там объем канала течения не может больше наполняться расплавом, поступающим через начальную зону 23.1. Происходит резкое расширение расплава, ранее испытавшего высокие сдвиговые усилия и, тем самым, сильно нагретого. При расширении содержащиеся летучие вещества особенно хорошо растворяются и могут отсасываться, как показано фигурной стрелкой.In the center of the degassing zone 23, the diameter of the shaft core sharply decreases significantly, while the outer diameter D2 of the threaded projections remains constant. The volume of the flow channel formed there can no longer be filled with the melt entering through the initial zone 23.1. There is a sharp expansion of the melt, which previously experienced high shear forces and, thereby, was highly heated. During expansion, the contained volatile substances dissolve particularly well and can be sucked off, as shown by the curly arrow.
За этим следует многократное сужение проточного канала, чтобы снова собрать расплав без газов и продвигать его однородным. Для этого канал течения сначала немного сужается к конической переходной зоне 24. В конической переходной зоне 24 резьбовые выступы и сердечник вала имеют разные углы раствора конуса, что также приводит к расширению канала течения. Между конической переходной зоной 24 и началом зоны выгрузки 25 предусмотрена короткая постоянная глубина нарезки, после чего диаметр сердечника вала снова увеличивается и, следовательно, глубина нарезки при постоянном наружном диаметре D2 резьбовых выступов шнека уменьшается.This is followed by repeated narrowing of the flow channel in order to recollect the melt without gases and promote it homogeneously. To do this, the flow channel first narrows slightly towards the conical transition zone 24. In the conical transition zone 24, the threaded projections and the shaft core have different cone angles, which also leads to an expansion of the flow channel. Between the conical transition zone 24 and the beginning of the discharge zone 25, a short constant cutting depth is provided, after which the diameter of the shaft core increases again and, consequently, the cutting depth at a constant outer diameter D2 of the screw threads decreases.
Claims (21)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102019119533.0 | 2019-07-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2022104056A RU2022104056A (en) | 2023-08-18 |
| RU2820502C2 true RU2820502C2 (en) | 2024-06-04 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0588008A1 (en) * | 1992-09-18 | 1994-03-23 | HERMANN BERSTORFF Maschinenbau GmbH | Method and apparatus for high performance degassing and gasifying |
| US5975440A (en) * | 1995-04-21 | 1999-11-02 | Watson; William Ferguson | Mixing |
| RU2205105C1 (en) * | 2002-07-25 | 2003-05-27 | Государственное образовательное учреждение Воронежская государственная технологическая академия | Extruder for processing of thermoplastic materials |
| RU2543195C1 (en) * | 2013-10-22 | 2015-02-27 | Дмитрий Михайлович Китаев | Extruder to process thermoelastic polymer materials (versions) |
| CN103770312B (en) * | 2014-01-06 | 2016-03-30 | 北京化工大学 | The series millstone extruder of a kind of reducing gap screw channel volume change such as not |
| RU191400U1 (en) * | 2019-03-20 | 2019-08-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского" | Extruder for processing dissimilar secondary polymeric materials |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0588008A1 (en) * | 1992-09-18 | 1994-03-23 | HERMANN BERSTORFF Maschinenbau GmbH | Method and apparatus for high performance degassing and gasifying |
| US5975440A (en) * | 1995-04-21 | 1999-11-02 | Watson; William Ferguson | Mixing |
| RU2205105C1 (en) * | 2002-07-25 | 2003-05-27 | Государственное образовательное учреждение Воронежская государственная технологическая академия | Extruder for processing of thermoplastic materials |
| RU2543195C1 (en) * | 2013-10-22 | 2015-02-27 | Дмитрий Михайлович Китаев | Extruder to process thermoelastic polymer materials (versions) |
| CN103770312B (en) * | 2014-01-06 | 2016-03-30 | 北京化工大学 | The series millstone extruder of a kind of reducing gap screw channel volume change such as not |
| RU191400U1 (en) * | 2019-03-20 | 2019-08-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского" | Extruder for processing dissimilar secondary polymeric materials |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3924842A (en) | Apparatus for preparing a plasticated material | |
| US3860220A (en) | Multi-section screw extruder | |
| US5215764A (en) | Extruder mixing screw | |
| EP1638755B1 (en) | Improved mixer for a plasticizing screw | |
| RU2053121C1 (en) | Extruder for processing and production of rubber and thermoplastic materials | |
| DE69916894T2 (en) | METHOD AND DEVICE FOR EXTRUDING POLYCARBONATE WITH A LOW BULK DENSITY | |
| US3431599A (en) | Extrusion method and apparatus | |
| US5393213A (en) | Serial two-stage extruder | |
| US7014353B2 (en) | Plasticating screw and apparatus | |
| US20200130231A1 (en) | Device and method for the extrusion of thermo-mechanically deformable materials in bulk form, and compact screw extruder | |
| US4639143A (en) | Extrusion screw | |
| US3685804A (en) | Mixing apparatus and method | |
| US20220134626A1 (en) | Extruder for the viscosity-increasing preparation of meltable polymers | |
| US8636497B2 (en) | Extruder screw for a screw extruder | |
| US20230046870A1 (en) | Single-screw extruder | |
| US20220134627A1 (en) | Extruder for the viscosity-increasing processing of meltable polymers | |
| US6146575A (en) | Apparatus and method for plasticization and extrusion employing an orbital scroll | |
| US6227692B1 (en) | Double wave screw | |
| US6497508B1 (en) | Plasticating process, apparatus and screw with mixing | |
| EP2204272B1 (en) | Plasticating screw with two helical threads of varying pitches and a plasticating apparatus comprising this | |
| RU2820502C2 (en) | Extruder for increasing viscosity of fusible polymers | |
| JPH047686B2 (en) | ||
| JPS59201836A (en) | Screw extruding machine for plastic | |
| RU2820291C2 (en) | Extruder for increasing viscosity of fusible polymers | |
| JPH04276421A (en) | Extruder for processing and producing rubber and thermoplastic synthetic substance |