SK284796B6 - Spôsob výroby plastových výrobkov pretláčaním a zariadenie na vykonávanie tohto spôsobu - Google Patents

Abstract

Pri spôsobe výroby plastových výrobkov pretláčaním, pri ktorom sa materiál určený na pretláčanie vo forme prášku, peliet alebo granúl, pri použití jedného alebo niekoľkých privádzacích prostriedkov (6), zavádza do pracovnej dutiny pozostávajúcej z objemov drážok (7) vytvorených v rotore (1), drážok (8) vytvorených v statore (2, 3) a z medzery nachádzajúcej sa medzi rotorom (1) a statormi (2, 3) sa plocha priečneho prierezu pracovnej dutiny v smere osi extrudéra aspoň čiastočne plynulo zmenšuje a prostredníctvom vzájomného relatívneho otáčavého pohybu statora (2 ,3) a rotora (1) sa materiál nútene pohybuje v smere osi x. Teplo generované trením roztaví časť materiálu tvoriaceho nosnú vrstvu zloženú predovšetkým z neroztavených častíc a z taveniny okolo nich. Táto časť materiálu celkom vyplní pracovnú dutinu v určitom priereze v odstupe od konca zariadenia, čím sa zvýši tlak na úroveň vyššie, ako je potrebné na pretlačenie materiálu lisovacím nástrojom usporiadaným ďalej v smere osi x.

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu výroby plastových výrobkov pretláčaním, pri ktorom materiál určený na pretláčanie vo forme prášku, peliet alebo granúl, pri použití jedného alebo niekoľkých privádzacích prostriedkov, zavádza do pracovnej dutiny pozostávajúcej z objemov drážok vytvorených v rotore, drážok vytvorených v statore a z medzery nachádzajúcej sa medzi rotorom a statormi.

Vynález sa ďalej týka zariadenia na vykonávanie tohto spôsobu obsahujúceho aspoň jeden rotor a aspoň jeden stator a medzi nimi podávaciu škáru, pričom na jednej strane podávacej škáry sú upravené drážky na tlačenie pretláčaného materiálu von zo zariadenia pri otáčaní rotora, pričom priečny prierez drážok je v podstate nemenný, a pričom na druhej strane podávacej škáry je aspoň po celej dĺžke podávacej škáry upravená protismemá drážka, ktorá má opačné stúpanie ako drážka upravená na prvej strane podávacej škáry.

Doterajší stav techniky

Spracovanie plastov s vysokou molekulovou hmotnosťou pri použití štandardne používaného extrudéra, zloženého z dlhej závitovky a valca, je veľmi ťažké. Výťažnosť takého extrudéra však vzhľadom na to, že pracovné teploty v dôsledku pôsobenia tepla generovaného trením pomerne ľahko narastajú na príliš vysoké nežiaduce hodnoty, zostáva veľmi malá. Ťažko spracovateľné polyméry zahrnujú napríklad fluoroplasty a polyetylény, vykazujúce vysokú molámu a molekulovú hmotnosť, pohybujúcu sa na hodnotách cez 200 000 g/mol a v prípade veľmi tvrdých plastov dokonca na hodnotách cez 300 000 g/mol. Okrem toho existuje mnoho podobných materiálov, ktoré sú ťažko spracovateľné a ktoré zhodne vykazujú vysokú molekulovú hmotnosť a teda, z uvedeného dôvodu, nízku rýchlosť tečenia v roztavenom stave, vysokú teplotu bodu tavenia a v niektorých prípadoch aj zúžený pracovný rozsah na ich spracovanie, čo inak povedané znamená napríklad skutočnosť, že teplota rozkladu plastu sa pohybuje v tesnej blízkosti jeho teploty bodu tavenia.

Vlastné pretláčanie je veľmi ťažké pri nízkych teplotách, čo znamená práve vtedy, keď sa teplota pretláčania udržiava na hodnote niečo pred desať stupňov nad kryštalickou teplotou bodu tavenia, čo inými slovami povedané teplotu, ktorá je charakteristicky asi o 30 až 40 °C nižšia ako obvyklá teplota pretláčania a ktorá sa takto volí z dôvodu spomalenia pôsobenia voliteľných reaktívnych komponentov, ktoré by inak začali reagovať príliš skoro. Tento stav je obvyklý predovšetkým v prípadoch, keď je cieľom výroby vytvorenie plastovej rúrky akostnej triedy chemicky zosieťovaných rúrok. Uvedené problémy sa vyskytujú na základe existencie piatich rôznych, vzájomne prepojených pôsobiacich funkcií, ktoré sú založené na pracovnej činnosti závitovky a ktoré pôsobia v rovnakej osi a teda aj pri rovnakej rýchlosti otáčania: privádzania a podávania spracúvaného materiálu, tavenia spracúvaného materiálu, miešania spracúvaného materiálu, homogenizácie spracúvaného materiálu a generovania tlaku. Závitovka štandardne používaného extrudéra vykazuje veľkú dĺžku, pričom pomer dĺžky závitovky k jeho priemeru sa veľmi často pohybuje v rozmedzí 20 až 30 a zahrnuje jeden, niekedy dva alebo tri, závity. Drážka tejto závitovky je rozdelená do rôznych pásiem prostredníctvom zmeny jej priečneho prierezu takým spôsobom, že závity závitovky majú často veľkú hĺbku a v pásme, v ktorom sa uskutočňuje privádzanie spracúvaného materiálu, sú usporiadané vo veľkých odstupoch vzájomne proti sebe, zatiaľ čo v taviacom pásme sa priečny prierez tejto drážky udržiava v jej celej dĺžke konštantným, pričom je zvyčajne oveľa väčší ako na výstupnom konci. Vzhľadom na uvedené je tečenie spracúvaného materiálu cez drážku ťažké, pričom uvedené zúženie výstupného konca je príčinou generovania veľkého množstva tepla, spôsobeného trením. V miešacom pásme má často táto drážka vlastnú špecifickú geometriu, pričom na konci tohto pásma sa drážka v priečnom priereze zmenšuje, stáva sa plytkejšou a začína tu generovanie tlaku. Prostredníctvom takto generovaného tlaku sa hmota materiálu môže pretláčať aj cez zložitý nástroj. Na druhú stranu je celková dĺžka drážky okolo závitovky, usporiadanej v štandardne používanom extrudéri, príliš dlhá, takže v tomto prípade je pomer dĺžky drážky k jej priečnemu prierezu príliš veľký a vzhľadom na to, je takto pri použití na spracovanie plastových materiálov so zlými schopnosťami tečenia úplne nevyhovujúci.

Patentový dokument US 3 314 108 opisuje extrudér zložený z kužeľovitého rotora a z dvojice kužeľovitých statorov, usporiadaných zvonku a vnútri uvedeného rotora. Rotor zahrnuje rovné drážky s obdĺžnikovým prierezom na lisovanie pretláčaním spracúvaného materiálu, posúvajúceho sa na výstup prostredníctvom otáčania rotora. Pretváranie neľahko spracovateľných materiálov je však, bohužiaľ, pri použití opísaného zariadenia veľmi ťažké. Okrem toho je výkonnosť tohto zariadenia obmedzená.

Patentový dokument EP 0 422 042 opisuje extrudér zložený z niekoľkých kužeľovitých statorov a z niekoľkých medzi nimi usporiadaných kužeľovitých rotorov. Uvedené rotory a/alebo statory sú vybavené drážkami, s kalotovou konfiguráciou (odsek rotačného telesa) na lisovanie pretláčaním spracúvaného materiálu, posúvajúceho sa smerom k výstupu a von prostredníctvom otáčania jednotlivých rotorov. Pomocou tohto zariadenia je možné veľmi výhodne vyrábať viac vrstvové plastové rúrky, ale spracovanie veľmi ťažko spracovateľných materiálov predstavuje problémy aj v tomto prípade. Okrem toho sa pretvárací tlak v tomto zariadení generuje na výstupnom konci a z uvedeného dôvodu nie je jeho výťažnosť úplne vyhovujúca, pričom nie je možne dosiahnuť ani zodpovedajúcu kvalitu konečných výrobkov. Okrem toho sa pretláčaný materiál taví prostredníctvom tepla privádzaného z vonkajšieho zdroja, pričom je z uvedeného dôvodu jednak veľmi ťažká kontrola pracovnej teploty a jednak relatívne veľká spotreba energie.

Patentový dokument US 4 125 333 opisuje extrudér zložený z dlhej závitovky a zvonku, okolo tejto závitovky usporiadaného statora, vybaveného závitmi s rovnaký stúpaním. Tieto závity statora, vykazujúce rovnaké stúpanie, spôsobujú vytváranie spätného tečenia materiálu, prostredníctvom čoho sa spracúvaný materiál mieša a množstvo tepla, generovaného trením, ľahko narastá na nekontrolovateľnú úroveň.

Patentový dokument DE 2 558 238 opisuje extrudér zahrnujúci na konci usporiadané miešacie pásmo a stator, vybavený drážkami, a to buď s rovnakým alebo opačným stúpaním alebo priamymi drážkami. Toto konštrukčné usporiadanie zaisťuje veľmi účinné miešanie spracúvaného materiálu, ale nie je možné ho aplikovať v zariadení, v ktorom sa musí presne nastavovať teplota materiálu, keďže teplo generované trením ľahko narastá na príliš vysokú úroveň.

Patentový dokument US 3 712 783 opisuje extrudér zahrnujúci rozširujúce sa privádzacie pásmo. Po prechode materiálu cez toto rozširujúce sa pásmo sa materiál prevádza do zužujúceho sa pásma. Potom dochádza k stláčaniu materiálu a jeho pretláčaniu cez výstup zariadenia vstreko vaním. Konštrukčné usporiadanie tohto zariadenia je veľmi komplikované. Okrem toho je zapríčinením takéhoto konštrukčného usporiadania vytváranie veľmi vysokého trenia a vzhľadom na to, že k narastaniu pretláčacieho tlaku dochádza v blízkosti výstupu zariadenia, je jeho výťažnosť veľmi malá.

Patentový dokument EP 0 678 069 opisuje výrobu viacvrstvových plastových rúrok, vytvorených zo zosieťovaného polyetylénu, pretláčaním. Prvý krok výroby jc zložený z pretláčania stredovej vrstvy rúrky, ktorá je v nasledujúcom kroku vybavená poťahovým oplášťovaním. Toto oplášťovanie sa používa len z dôvodu dosiahnutia lepších charakteristických vlastností tečenia spracúvanej rúrky počas jej prechádzania cez lisovací nástroj. Špecifickou nevýhodou tohto zariadenia je nevyhnutné usporiadanie upínacích ramien v lisovacom nástroji, keďže prítomnosť týchto ramien spôsobuje vytváranie nežiaducich zvarových ostrapov a oslabených miest.

Podstata vynálezu

Úlohou predloženého vynálezu je zaistiť a navrhnúť spôsob a zariadenie, prostredníctvom ktorých je možné dosiahnuť jednak relatívne ľahké pretláčanie ťažko spracovateľných materiálov do plastových výrobkov a jednak vytváranie plastikového výrobku s vynikajúcimi vlastnosťami.

Uvedenú úlohu spĺňa spôsob výroby plastových výrobkov pretláčaním, pri ktorom sa materiál určený na pretláčanie vo forme prášku, peliet alebo granúl, pri použití jedného alebo niekoľkých privádzacích prostriedkov, zavádza do pracovnej dutiny pozostávajúcej z objemov drážok vytvorených v rotore, drážok vytvorených v statore a z medzery nachádzajúcej sa medzi rotorom a statormi, podľa vynálezu, ktorého podstatou je, že plocha priečneho prierezu pracovnej dutiny sa v smere osi extrudéra aspoň čiastočne plynulo zmenšuje a prostredníctvom vzájomného relatívneho otáčavého pohybu statora a rotora sa materiál nútene pohybuje v smere osi x, pričom teplo generované trením roztaví časť materiálu tvoriaceho nosnú vrstvu zloženú predovšetkým z neroztavených častíc a z taveniny okolo nich, pričom táto časť materiálu celkom vyplní pracovnú dutinu v určitom priereze v odstupe od konca zariadenia, čím sa zvýši tlak na úroveň vyššiu, ako je potrebné na pretlačenie materiálu lisovacím nástrojom usporiadaným ďalej v smere osi x.

Uvedenú úlohu ďalej spĺňa zariadenie na výrobu pretláčaného plastového výrobku, ktoré obsahuje aspoň jeden rotor a aspoň jeden stator a medzi nimi podávaciu škáru, pričom na jednej strane podávacej škáry sú upravené drážky na tlačenie pretláčaného materiálu von zo zariadenia pri otáčaní rotora, pričom priečny prierez drážok je v podstate nemenný, a pričom na druhej strane podávacej škáry je aspoň po celej dĺžke podávacej škáry upravená protismemá drážka, ktorá má opačné stúpanie ako drážka upravená na prvej strane podávacej škáry, podľa vynálezu, ktorého podstatou je, že za privádzacím pásmom je usporiadané šmykové pásmo, pričom protismemá drážka je usporiadaná v podstate po celej dĺžke tohto šmykového pásma, a pričom plocha priečneho prierezu pracovnej dutiny, pozostávajúca z objemu drážok v rotore, drážok vytvorených v statore a objemu škáry, nachádzajúcej sa medzi rotorom a statorom, sa v smere osi extrudéra aspoň čiastočne plynulé zmenšuje.

Plastový výrobok podľa predloženého vynálezu, zložený z matricového a bariérového plastu, spočíva v tom, že bariérový plast je v konečnom výrobku usporiadaný tak, že tvorí laminámu štruktúru.

Základnou myšlienkou predloženého vynálezu je to, že spracúvaný materiál sa pretláča cez pracovnú dutinu, ktorú tvoria drážky vytvorené v rotore, drážky vytvorené v statore a škára, usporiadaná medzi rotorom a statorom a že sa objem tejto pracovnej dutiny v axiálnom smere aspoň čiastočne zmenšuje, čím dochádza k uskutočňovaniu núteného premiesťovania materiálu v axiálnom smere do v priečnom priereze menšieho priestoru a potom prostredníctvom tepla, generovaného trením, ktoré je spôsobené pôsobením šmyku materiálu, dochádza k aspoň čiastočnému taveniu tohto materiálu a zvyšovaniu tlaku už o vzdialenosti pred výstupným koncom zariadenia. Okrem tohto je ďalšou základnou myšlienkou predloženého vynálezu to, že spracovanie materiálu je možné uskutočňovať v tak obmedzenom priestore, že hmota materiálu, nachádzajúca sa na výstupe extrudéra, v prípade, keď nie sú na tomto výstupe usporiadané ohrievacie prostriedky, obsahuje častice, ktoré nie sú úplne roztavené. Takéto neroztavené častice sú napríklad v prípade použitia polyetylénu v jeho priehľadnej hmote viditeľné ako svetlejšie častice. Na základe uskutočnených skúšobných testov bolo zistené, že takéto neroztavené častice žiadnym spôsobom nezhoršujú požadované charakteristické vlastnosti výrobku. V prednostnej realizácii usporiadania je aspoň časť rebra protismemej drážky prispôsobená a vyrovnaná vzhľadom na rebro drážky, usporiadané na druhej protiľahlej strane podávacej škáry, pričom v tomto prípade je protismemá drážka užšia ako rebrá týchto protiľahlo usporiadaných drážok. Základnou myšlienkou prvej prednostnej realizácie predloženého vynálezu je to, že šírka protismemej drážky je o asi 30 až 50 % menšia ako šírka drážky usporiadanej na protiľahlo usporiadanej strane podávacej škáry. Základnou myšlienkou druhej prednostnej realizácie predloženého vynálezu je to, že stúpanie protismemej drážky predstavuje asi polovicu stúpania drážky usporiadanej na opačnej strane podávacej škáry. Základnou myšlienkou tretej prednostnej realizácie predloženého vynálezu je to, že sa rozmerová veľkosť protismernej drážky alebo objem pracovnej dutiny mení takým spôsobom, že pomer plochy priečneho prierezu začiatočného úseku drážky k ploche priečneho prierezu jej konečného úseku je približne rovnaký ako pomer hustoty materiálu v nespracovanom stave k objemovej hustote pretláčaním spracovaného materiálu. Základnou myšlienkou štvrtej prednostnej realizácie predloženého vynálezu je to, že podávacia škára vykazuje prstencovú konfiguráciu, ktorej priemer sa takisto zmenšuje, čo inými slovami povedané znamená, že má aspoň na časti svojej dĺžky kužeľovitý tvar usporiadaný tak, že priemer podávacej škáry je na konci, na ktorom sa uskutočňuje privádzanie spracúvaného materiálu, väčší ako jej priemer, nachádzajúci sa v blízkosti výstupného konca a že pomer priemeru širšieho úseku kužeľa k priemeru jeho užšieho úseku je približne rovnaký ako pomer hustoty materiálu v nespracovanom stave k objemovej hustote pretláčaním spracovaného materiálu. Základnou myšlienkou piatej prednostnej realizácie predloženého vynálezu je to, že drážka, v ktorej dochádza k premiestňovaniu spracúvaného materiálu tečením, vykazuje priečny prierez s polkruhovou alebo trojuholníkovou konfiguráciou. Ďalej je pomer dĺžky pretláčania závitovky k jej najväčšiemu priemeru výhodne rovnaký alebo menší ako 10. Prednostne sa tento pomer, v prípade extrudéra s valcovitou konfiguráciou, pohybuje v rozmedzí od 3 do 6. Okrem toho, pomer dĺžky drážky závitovky k ploche priečneho prierezu drážky, ktorý je v prípade zo stavu techniky známych extrudérov väčší ako 20 1/mm, vykazuje zariadenie podľa predloženého vynálezu menší ako 20 1/mm.

Výhodou predloženého vynálezu je to, žc tavenie a homogenizácia hmoty spracúvaného materiálu takto vyžaduje len minimálnu možnú deformačnú prácu. Výťažnosť zariadenia je možné podstatným spôsobom zvýšiť, keď sa zvyšovanie tlaku na požadovanú, dostatočne vysokú, hodnotu uskutočňuje už v relatívne skorom alebo začiatočnom štádiu spracovania, je takisto možné determinovať teoretickú výťažnosť extrudéra, vyjadrujúcu množstvo ideálneho materiálu, ktoré takéto zariadenie spracuje počas jednej otáčky rotora. Pokiaľ ide o zariadenia známe zo stavu techniky. je skutočná výťažnosť vzhľadom na teoretické maximum pomerne nižšia charakteristicky asi o 10 až 15 %. Oproti tomu pri použití zariadenia podľa predloženého vynálezu je možné prostredníctvom usporiadania protismerných drážok a znižovania plochy priečneho prierezu pracovnej dutiny dosiahnuť oveľa vyššiu výťažnosť až o 50 %, v porovnaní s jej teoretickým maximom.

Nemenný priečny prierez taviacej-dopravnej drážky nie je schopný vytvárať potrebnú silu na odvádzanie spracúvaného materiálu z oblasti tejto drážky, dokonca ani v jej konečnom úseku. Keďže je na opačnej protiľahlo usporiadanej strane podávacej medzery vytvorená proti smerná drážka, je vzhľadom na to, že protismemá drážka preberá a pevne uchopuje pretláčaný materiál, ktorý sa v dôsledku tejto skutočnosti premiestňuje cez zariadenie dopredu v smere spracovania možné vytvoriť rebrá medzi podávacími drážkami oveľa širšie v porovnaní so stavom techniky čo inými slovami povedané predstavuje podstatné zníženie množstva nevyužitej energie. Takto je potom v prípade, keď sú rebrá protismemých drážok umiestnené a polohované takým spôsobom, že sú vyrovnané a zodpovedajú rebrám drážok usporiadaných na opačnej strane podávacej škáry, možné účinné eliminovať nežiaduce spätné tečenie materiálu a súčasne dosiahnuť uskutočňovanie tečenie materiálu krúživým pohybom, prostredníctvom zariadenia vybaveného závitovkou s geometriou podľa predloženého vynálezu je možné príslušným spôsobom spracúvať inak ťažko spracovateľné materiály. Takto je možné spracúvať napríklad polyetylén vytvárajúci zosieťované väzby a vykazujúci molekulovú hmotnosť vyššiu ako 200 000 g/mol a v prípade veľmi tvrdých plastov dokonca aj cez 300 000 g/mol, a súčasne je takto možné pri spracúvaní uvedených materiálov dosahovať takú výťažnosť zariadenia, ktorú je celkom ľahko možné udržiavať napríklad na úrovni cez 100 kg/h, zatiaľ čo charakteristicky dosahovaná výťažnosť štandardne používaných piestových (plunžerových) extrudérov sa pohybuje napríklad na úrovni okolo 25 kg/h. Keď sú protismemá drážka alebo objem pracovnej dutiny alebo podávacia škára vytvorené a usporiadané tak, že je možné meniť pomer ich geometrie tak, aby sa rovnal pomeru hustoty materiálu v nespracovanom stave k objemovej hustote pretláčaním spracovaného materiálu, je možné zabrániť prechádzaniu vzduchu počas tečenia materiálu. Okrem toho príliš veľké množstvo privádzaného materiálu nespôsobuje vytváranie príliš veľkých pretlakov, ktoré by vznikali v štandardne používaných zariadeniach a ktoré by vo svojom dôsledku viedli k ich poškodeniu alebo aspoň k ich vyradeniu z prevádzkového chodu (prerušeniu točivého momentu). Tečenie materiálu v drážke s v podstate trojuholníkovou, alebo polkruhovou konfiguráciou je ľahké a pokojné, teplotné gradienty sú menšie a krúživý pohyb materiálu v priečnom priereze drážky je veľmi účinný. Prostredníctvom usporiadania kužeľovitej závitovky je možné skrátiť celkovú dĺžku drážky závitovky a z toho dôvodu účinne znížiť množstvo tepla generovaného trením, ktoré je spôsobené dôsledkom tečenia materiálu. Okrem toho je povrchová plocha kužeľovitej závitovky, v porovnaní so závitovkou štandardne používaného extrudéra s rovnakou výťažnosťou, charakteristicky asi o 50 % väčšia. Uvedená skutočnosť je veľmi výhodná na ovládanie požiadaviek ochladzovania alebo ohrievania. Keď sú otáčacie jedno závitovkové zariadenia vybavené protismemými drážkami, je nevyhnutne extrudér v jeho privádzacom pásme ochladzovať, keďže v tomto pásme dochádza k vytváraniu nadmerného tlaku a treniu. Vzhľadom na to predstavuje zariadenie podľa predloženého vynálezu významné zdokonalenie, keďže nevyžaduje žiadne zvláštne dodatočné ochladzovanie a vlastné spracovanie je veľmi stabilné a kontrolovateľné. Takisto tak toto zariadenie, napriek tomu, že sa prostredníctvom neho dosahuje na výstupe veľmi vysoká výťažnosť, nevyžaduje usporiadanie žiadneho zvláštneho dodatočného ochladzovania (napríklad prostredníctvom ventilátorov a pod.) lisovacieho nástroja a pracovného valca zariadenia.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Ďalej bude predložený vynález podrobne opísaný na základe jeho konkrétnych realizácii v kombinácii s pripojenou výkresovou dokumentáciou, kde: obr. 1 predstavuje schematický bokorysný pohľad na zariadenie podľa predloženého vynálezu v priečnom reze; obr. 2 predstavuje detailný schematický bokorysný pohľad na druhú realizáciu zariadenia podľa predloženého vynálezu v priečnom reze;

obr. 3 predstavuje detail zariadenia, znázorneného na obr. I;

obr. 4 predstavuje schematický bokorysný pohľad na tretiu realizáciu zariadenia podľa predloženého vynálezu v priečnom obr. 5 predstavuje bokorysný pohľad na časť rotora zariadenia podľa predloženého vynálezu;

obr. 6 predstavuje pohľad na časť rotora, znázorneného na obr. 5 v priečnom reze;

obr. 7 predstavuje schematické znázornenie pohybu materiálu v drážke rotora;

obr. 8 predstavuje v diagonálnom pohľade schematické znázornenie plastovej rúrky v priečnom reze vytvorenej použitím zariadenia podľa predloženého vynálezu;

obr. 9 predstavuje v bokorysnom pohľade schematické znázornenie rotora zariadenia podľa predloženého vynálezu; obr. 10 predstavuje schematické znázornenie priebehu činného pôsobenia tlaku v zariadení podľa predloženého vynálezu v porovnaní so štandardne používaným zariadením; obr. 11 predstavuje schematický bokorysný pohľad na ďalšiu realizáciu zariadenia podľa predloženého vynálezu v priečnom reze;

obr. 12 predstavuje detailný schematický bokorysný pohľad na časť ešte ďalšej realizácie zariadenia podľa predloženého vynálezu v priečnom reze.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Obr. 1 pripojenej výkresovej dokumentácie znázorňuje extrudér, zložený z kužeľovitého otočného rotora 1, kužeľovitého vonkajšieho statora 2, usporiadaného zvonku okolo uvedeného rotora a kužeľovitého vnútorného statora 3, situovaného vnútri rotora. Medzi uvedeným rotorom 1 a statormi 2 a 3 sú vytvorené prstencovité, zužujúce sa alebo kužeľovité podávacie škáry 4. Tieto podávacie škáry 4 sú účelne, z dôvodu jasnosti, na citovanom obr. 1 znázornené značne širšie ako v skutočnosti, Rotor 1 sa otáča prostred4 níctvom otáčacích prostriedkov 5 zo súčasného stavu techniky známym spôsobom. Uvedené zariadenie zahrnuje privádzacie prostriedky 6 na dodávanie materiálu, určeného na spracovanie pretláčaním, od podávacej škáry 4. Zariadenie zahrnuje zvyčajne niekoľko takýchto privádzacích prostriedkov 6, ktoré sú usporiadané tak, aby mohol byť materiál privádzaný do požadovaného úseku podávacej škáry 4, napríklad do oblasti najširšieho úseku alebo do oblasti užšieho úseku rotora 1, nachádzajúcej sa bližšie k výstupného koncu. Okrem toho môžu byť takéto privádzacie prostriedky, jedny alebo niekoľké, usporiadané v obvodovom smere. Problémom obvykle používaného extrudéra je skutočnosť, že jeho použitie je optimálne len pre jeden typ materiálu a jednu úroveň výťažnosti. Napríklad v prípade, keď sa zariadenie, ktoré je určené na spracovanie materiálu v práškovom stave, použije na spracovanie granulovaného materiálu, zreteľne sa znižuje výťažnosť, charakteristicky aspoň o 30 %, ale často až o 50 %. Oproti tomu, keď sú závitovka a zariadenie, v ktorom je usporiadaná, navrhnuté pre vyťaženosť 500 kg/h, potom v prípade, keď sa intenzita pretláčania udržiava na úrovni 200 kg/h, pracuje toto zariadenie s veľmi malou účinnosťou. Zariadenie podľa predloženého vynálezu môže ako dôsledok skutočnosti spočívajúcej v tom, že objemová hmotnosť plastu, určeného na pretláčanie, je väčšia ako hustota na jeho spracovanie navrhnutej závitovky, zahrnovať niekoľko privádzacích prostriedkov 6 tak, že je ešte možné prostredníctvom privádzania materiálu do podávacej škáry 4 prostredníctvom privádzania materiálu do podávacej škáry 4 prostredníctvom privádzacích prostriedkov umiestnených bližšie k výstupnému koncu, pomerne ľahko dosahovať optimálne.

Rotor 1 je vybavený drážkami 7, čiže inak povedané skratkovitými vybraniami, prostredníctvom ktorých sa materiál, určený na pretláčanie, počas otáčania rotora 1 premiestňuje smerom k výstupnému koncu a von z extrudéra. Na druhej strane podávacej škáry 4, to znamená v statoroch 2 a 3 sú usporiadané protismemé drážky 8. Tieto protismemé drážky 8 uľahčujú vlastné pretláčanie inak ťažko tvárnením spracovateľného materiálu cez extrudér. Závity protismemých drážok sú vytvorené v opačnej orientácii vzhľadom na drážky 7 rotora 1. Ak sú tieto protismemé drážky 8 usporiadané v privádzacom pásme a šmykovom pásme, spôsobujú tým, že privádzaný materiál v granulovanej alebo práškovej konfigurácii prilipieva na stenách týchto protismemých drážok 8, vytváranie dodatočného trenia, ktoré sa požaduje predovšetkým na začiatku spracovania materiálu. Po výstupe z privádzacieho pásma zovrú a uchopia protismemé drážky 8 materiál určený na pretláčanie takým spôsobom, že dochádza k jeho účinnému premiestňovaniu v smere osi do extrudéra. Na základe tejto skutočnosti protismemé drážky 8 znižujú množstvo nevyužitej energie a zaisťujú účinné tečenie materiálu bez toho, aby dochádzalo k nežiaducemu, nadmernému zvyšovaniu teploty. Ak je pretláčaným materiálom taký materiál, ktorý vplyvom pôsobenia trenia neprilípa napríklad a hladkom statore, môže sa tento materiál prostredníctvom protismerných drážok 8 cez extrudér premiestňovať dokonca aj pri nízkych teplotách. Vhodnú a zodpovedajúcu veľkosť trenia rotora a statora je možné okrem toho zaistiť, takisto tak aj voľbou príslušného korekčného povrchového činidla. Vzhľadom na uvedené sa povrchová úprava statora uskutočňuje prednostne prostredníctvom nanokeramických poťahových materiálov alebo napríklad prostredníctvom syntetického diamantu. (DLC). Povrchová úprava rotora sa výhodne uskutočňuje pri použití materiálu s nízkym súčiniteľom trenia prostredníctvom takých spracovaní, ako sú napríklad čemenie alebo plátovaniemateriálom chróm-PTFE, opísaných v patentovej prihláške PCT/EP96/02801, podanej rovnakým prihlasovateľom a ktorej obsah sa takto, pre ciele predloženého vynálezu začleňuje do odkazov.

Ak je zariadenie vybavené opísanou výhodnou povrchovou úpravou vykazujúcou vynikajúcu odolnosť proti opotrebovanie oterom, môže byť na vytvorenie rotora a/alebo statora použitý mäkší materiál, ktorý takto vykazuje lepšiu schopnosť vedenia tepla, napríklad beryliový bronz, ktorý má v porovnaní s nástrojovou oceľou viac ako päťnásobne väčšiu tepelnú vodivosť. V prípade, keď má navrhované zariadenie kužeľovitú konfiguráciu, zaisťuje jeho krátka konštrukčná štruktúra výhodu, spočívajúcu v tom, že vznikajúce teplo je možné účinné prevádzať z výstupného konca zariadenia do jeho chladnejšej oblasti na vstupnom úseku, v ktorom môže byť zariadenie ochladzované z dôvodu eliminácie príliš skorého tavenia materiálu. Takto, na základe opísaného usporiadania, môže byť tečenie materiálu, v porovnaní so štandardne používaným extrudérom, zaistené s oveľa výhodnejším teplotným gradientom. Okrem toho je takisto výhodný aj kužeľovitý tvar extrudéra, keďže výhodný pomer dĺžky závitovky k jej najväčšiemu priemeru umožňuje upevnenie, zaistené prostredníctvom uloženia v ložiskách, ktoré je možné uskutočniť napevno prostredníctvom účelného umiestenia ložiskovej zostavy napríklad v najširšom úseku závitovky, pričom pri tomto stave nebude závitovka vykazovať žiadne významné odchýlky geometrie a následkom toho je napríklad úplne eliminovaný nežiaduci styk kovu s kovom, ktorému nie je v prípade použitia štandardne používaných extrudérov s valcovou, konfiguráciou možné zabrániť.

Pri plastoch s vysokou molekulovou hmotnosťou prestavujú zvarové ostrapy zoslabené miesta. Z uvedeného dôvodu je závitovka vybavená vnútornou dutinou, ktorá zaisťuje možnosť úplne zreteľného zvyšovania pevnosti výrobku, pretože uvedený nástroj môže byť do rámu extrudéra uložený napevno bez nutnosti použitia upínacích ramien. Obr. 1 pripojenej výkresovej dokumentácie znázorňuje tŕň 10, ktorý je umiestený v priechodnom otvore, vytvorenom a usporiadanom vnútornom statore 3 a ktorý je v tomto vnútornom statore 3 uložený v ložiskách. Takto uvedený tŕň 10 je zostáva napevno uložený v príslušnej polohe aj v prípade, keď nie sú pre ciele jeho uloženia použité upínacie ramená a materiál môže byť privádzaný na tŕň 10 bez toho, aby dochádzalo k jeho oddeľovaniu v akomkoľvek úseku extrudéra. Najmä pri tých technologických postupoch spracovania, pri ktorých zo zariadenia môžu vystupovať neroztavené častice, by usporiadanie upínacích ramien mohlo byť príčinou vytvárania ostrapov a zoslabených miest. Priečny prierez drážok 7 vytvorených v rotore 1 zostáva po celej dĺžke drážky od privádzacieho pásma až na opačný koniec závitovky v podstate nemenný. Pri tomto usporiadaní je možné deformačnú prácu spotrebúvanú pre ciele tavenia a homogenizáciu spracúvaných materiálov, udržiavať na čo možno najmenšej úrovni. V zariadení podľa predloženého vynálezu sa tlak, pôsobiaci na pretláčaný materiál, generuje prednostne už na začiatku šmykového pásma a potom sa takto vytvorený tlak udržiava na v podstate konštantnej úrovni. V prípade, že je veľkosť maximálneho priemeru rotora napríklad asi 400 mm a veľkosť minimálneho priemeru asi 200 mm, je potom takýto rotor vybavený konkrétne asi 20 drážkami so šírkou 6 mm. Charakteristická výťažnosť takého zariadenia je potom asi 300 kg/hod. S prekvapením bolo zistené, že je možné výslednú výťažnosť a kvalitu výrobku, získaného pretláčaním, udržiavať na veľmi dobrej úrovni pre rozmanitú škálu materiálov, Vzhľadom na uvedené je možné konštatovať, že kužeľovitý extrudér zahrnuje v podstate niekoľko štandardne používa5

SK 284796 Β6 ných valcových extrudérov, vzájomne spriahnutých do paralelného usporiadania vedľa seba. V takom prípade je možné oveľa lepšie ovládať a kontrolovať tečenie materiálu. Na základe uskutočňovaného skúšobného testovania bolo zistené, že zmena doby zdržania materiálu je menšia ako pri štandardne používaných extrudéroch. Uvedená skutočnosť je veľmi významná na reakčné pretláčanie, pri ktorom sa zmiešava napríklad peroxid s plastom a vzhľadom na to musí byť doba zdržania materiálu krátka a premiesťovanie materiálu obmedzené pre ciele zabránenia vytvárania zosieťovaných väzieb vnútri extrudéra. Okrem toho v zariadení usporiadané malé drážky zaisťujú orientovanie molekúl materiálu v smere drážky, následkom čoho sa trenie materiálu v drážke znižuje. Okrem toho je kontaktná povrchová plocha medzi zariadením a spracovaným materiálom väčšia a spoločné teplo je teda veľmi účinné. Vzhľadom na to, napríklad pre priemernú dobu zdržania materiálu štandardne používaného extrudéra, je teplosmenná povrchová plocha, s ktorou prichádza spracúvaný materiál v zariadení s kužeľovitou konfiguráciou do vzájomného kontaktu, pri dobre navrhnutom konštrukčnom usporiadaní viac ako dvakrát väčšia, to znamená dvojnásobná. To znamená, že je možné teplotu plastov, ktoré sú ťažko spracovateľné, prostredníctvom ich ochladzovania alebo ohrievania, oveľa lepšie a účinnejšie ovládať a kontrolovať.

Pri spracúvaní pretláčaného materiálu pomocou zariadenia podľa predloženého vynálezu sa počas prechodu tohto materiálu cez zariadenie z privádzacich prostriedkov až na koniec závitovky mení jeho hustota. Táto zmena sa uskutočňuje na základe toho, že uvedený materiál sa do zariadenia privádza vo väčšine prípadov v práškovom stave alebo ako granulát. Jeho hustota potom obvykle predstavuje 20 až 80 % hustoty materiálu v tuhom stave. Z uvedeného dôvodu pórovitosť konečného výrobku a nízka výťažnosť predstavujú v mnohých prípadoch nežiaduce problémy. Vzhľadom na to, že má zariadenie, znázornené na obr. 1 pripojenej výkresovej dokumentácie, kužeľovitú konfiguráciu, mení sa obvodová rýchlosť rotora 1 takým spôsobom, že jej veľkosť je väčšia v privádzacom pásme ako v oblasti blízkej výstupnému koncu. Pomer priemeru rotora 1 vo vstupnom úseku k jeho priemeru v koncovom úseku sa prednostne rovná pomeru hustoty materiálu v nespracovanom stave k objemovej hustote pretláčaním spracovaného materiálu v sypkom stave. Inak povedané, vstupný úsek rotora 1 vykazuje priemer, ktorý je charakteristicky 1, 25- až 5-násobne väčší ako priemer koncového úseku rotora 1, pričom výhodne sa tento pomer volí tak, že jeho hodnota je asi 2.

V prípade usporiadania, v ktorom zariadenie nevykazuje kužeľovitú konfiguráciu, by bolo možné dosiahnuť takmer zhodný alebo podobný účinok, opísaný v predchádzajúcom odseku, prostredníctvom plynulej zmeny veľkosti priečneho prierezu protismemej drážky 8 medzi koncovým úsekom a vstupným úsekom tohto zariadenia a to tak, aby sa pomer priečneho prierezu na začiatku protismemej drážky 8 k priečnemu prierezu na jej konci približne zhodoval s pomerom hustoty materiálu v nespracovanom stave k objemovej hustote pretláčaním spracovaného materiálu.

V zariadeniach podľa predloženého vynálezu vykazuje privádzacie pásmo v axiálnom smere rovnaký rozmer, pokiaľ ide o jeho šírku ako priemer podávacej škáry. Dĺžka šmykového pásma, začínajúceho za a nadväzujúceho na privádzacie pásmo, môže byť v axiálnom smere vymedzená prostredníctvom merania snímačom tlaku pri naplnení, drážky materiálom. Po šmykovom pásme nasleduje homogenizačné a miešacie pásmo, ktoré sa rozkladá až ku koncu zariadenia. Usporiadanie samostatného tlakového pásma na zvyšovanie tlaku nie je pri tejto realizácii nutné, vzhľadom na to, že sa materiál taví v šmykovom pásme s malým rozsahom, pričom súčasne prebieha zvyšovanie tlaku. Takto môže zariadenie generovať tlak, ktorý vyrovnáva tlakovú stratu nástroja už v šmykovom pásme.

Za šmykovým pásmom sa smer protismemej drážky 8 výhodne mení, čo znamená, že ich stúpanie je zhodné so stúpaním drážok 7 tak, že na základe tejto skutočnosti dochádza k zvyšovaniu účinnosti miešania spracovaného materiálu. Zariadenie môže mať v tejto oblasti buď kužeľovitú alebo valcovú konfiguráciu. Okrem toho môže byť protiľahlá povrchová plocha, nachádzajúca sa v tejto oblasti, vybavená napríklad čiastočne už prekrývajúcimi polosférickými vrubmi, ktoré napomáhajú zlepšovaniu homogenizácie, čo je napríklad opísané v patentovej prihláške PCT/FI96/00658, podanej rovnakým prihlasovateľom a ktorej obsah sa takto, pre ciele predloženého vynálezu, začleňuje do odvolávok.

Na základe uskutočneného skúšobného testovania boio zistené, že štandardne používaný extrudér, ktorý má v privádzacom pásme usporiadané napríklad priame drážky, sa ľahko preplňuje takým spôsobom, že je v zariadení možné meraním zistiť tlak s veľkosťou takmer 1000 barov. V zariadení podľa vynálezu sa následkom znižovania objemu pracovnej dutiny spoločne so znižovaním intenzity pôsobenia šmyku dosahuje rýchle vytváranie polotovaru, ktorý je zložený z čiastočne neroztaveného materiálu a častíc, pričom sa takýto materiál musí drážkou a von z tejto drážky premiesťovať rýchlejšie a vzhľadom na to, že priečny prierez drážky je výhodne konštantný, môže materiál cez túto drážku prechádzať a vystupovať z nej veľmi rýchlo a účinne a eliminovať tak možný výskyt príliš vysokého tlaku vo vnútornom priestore zariadenia. Na základe uskutočneného skúšobného testovania sa zistilo, že pri prevádzkovom chode zariadenia podľa predloženého vynálezu je takmer nemožné dosiahnuť vytvorenie takého vysokého tlaku, ktorý by mohol spôsobiť jeho poškodenie alebo viesť k dosiahnutiu kritického točivého momentu. Ďalej, vzhľadom na to, že je celková vzdialenosť medzi vstupným a výstupným koncom extrudera malá, nemôže takisto dochádzať k zvyšovaniu protitlaku. Výsledkom uvedeného usporiadania je to, že počas zvyšovania rýchlosti otáčania je možné detegovať znižovanie teploty materiálu, čo inak povedané znamená, že uvedené zariadenie zaisťuje veľmi široký pracovný rozsah na vlastné spracovanie, konkrétne pre ciele vytvárania zosieťovaných väzieb, pretože vďaka existencii rozsahu rýchlosti otáčania je možné prostredníctvom zmeny pomerov závitovky dosiahnuť generovanie konštantného protitlaku a značne zdokonalené nútené dávkovanie.

Na obr. 2 pripojenej výkresovej dokumentácie je v detaile znázornený bokorysný pohľad na ďalšiu realizáciu zariadenia podľa predloženého vynálezu v priečnom reze. Vzťahové značky na obr. 2 použité pre ciele znázornenia, zodpovedajú vzťahovým značkám z °C, čím sa doteraz neroztavené častice úplne roztavia, čo v konečnom dôsledku znamená, že sa hmota pretláčaného materiálu v konečnej fáze homogenizuje a peroxid sa rýchlo rozkladá a rozpadá.

Ako už bolo uvedené skôr, je uloženie tŕňa 10 uskutočnené bez nutnosti použitia upínacích ramien podľa navrhovaného usporiadania veľmi výhodné, vzhľadom na to, že v takom prípade sa tečenie materiálu v žiadnom štádiu spracovania nerozdeľuje. Pri použití dlhého tŕňa 10 však, bohužiaľ, vznikajú problémy s ovládaním a reguláciu tolerancií, hrúbky steny a vystreďovania tŕňa 10. Napríklad pri vytváraní rúrky s priemerom 100 mm, ktorej stena má hrúbku asi 10 mm, sa vyžadujú ohrievacie prostriedky, ktorých dĺžka musí byť väčšia ako 2 m. V takom prípade sa tŕň 10 celkom ľahko ohýna, pričom tento tŕň nie je možné udržiavať vo vystredenej polohe. Tento nežiaduci, problém je možné, s cieľom znižovania trenia, eliminovať opatrením, ktoré spočíva v usporiadaní torznej tyče 14 na konci tŕňa 10 vzhľadom na smer pretláčania, pričom táto torzná tyč 14 vykazuje priemer, ktorý môže byť menši, pokiaľ ide o veľkosť, ako najväčší priemer tŕňa 10. Na konci torznej tyče 14 je potom usporiadaný kalibrovaný kus 15, ktorý je, alebo aspoň tá jeho časť, ktorá sa nachádza v styku s pretláčaným výrobkom 11, vytvorený z materiálu s veľmi, dobrými klznými vlastnosťami, napríklad takého, ako je polytetrafluóretylén, takým spôsobom, že sa kalibrovací kus 15 kĺzne posúva po povrchovej ploche vnútornej steny pretláčaného výrobku 11 prípade, keď kalibrovací kus 15 prečnieva napríklad dovnútra chladiaceho kúpeľa 16 alebo dokonca ďalej do priestoru odťahovacieho zariadenia 17, zostáva tento kalibrovací kus 15, ak je to žiaduce, v polohe, v ktorej sa nachádza vo vzájomnom styku s už stabilizovanou stenou pretláčaného výrobku. Pri tomto usporiadaní sa vystreľovanie tŕňa 10 v oblasti roztaveného materiálu, môže celkom ľahko nastavovať na presne korigovanú polohu, napríklad prostredníctvom vychyľovania axiálnej polohy odťahovacieho zariadenia 17. Dlhá torzná tyč 14 potom, s cieľom dosiahnuť správne a presné vystreďovanie, zodpovedajúcim spôsobom prehýba tŕň 10, pričom dochádza k jeho uvádzaniu do vystredenej polohy.

Na obr. 5 pripojenej výkresovej dokumentácie je znázornený bokorysný pohľad na časť rotora zariadenia podľa predloženého vynálezu. Vzťahové značky na obr. 5, použité pre ciele znázornenia, zodpovedajú vzťahovým značkám z obr. 1 až 4. Citovaný obr. 15 znázorňuje usporiadanie rotora 1 v oblasti privádzacieho pásma na dodávanie spracúvaného materiálu. V stave, ktorý je znázornený na obr. 5, sa pretláčaný materiál prostredníctvom jedných z privádzacích prostriedkov dodáva tak do vonkajšieho priestoru obklopujúceho rotor, ako aj do vnútorného priestoru rotora 1. Na vstupu privádzacích prostriedkov je rotor 1 vybavený podávacími škárami 13, cez ktoré môže určité množstvo materiálu z privádzacích prostriedkov 6 prechádzať do vnútorného priestoru rotora 1. Okraje uvedených podávacích škár 13 sú vybavené zošikmeniami 13a, ktoré sú usporiadané tak, že každé prvé zošikmenie 13a je orientované a vedené na vonkajší obvod rotora 1, zatiaľ čo každé nasledujúce ďalšie striedavo usporiadané zošikmenie je orientované a vedené na vnútorný obvod rotora 1. Počas otáčania rotora 1 sa na základe tohto usporiadania dodávaný materiál vedie cez každú prvú podávaciu škáru 13 a posúva do vonkajšieho priestoru obklopujúceho rotor 1 a cez každú nasledujúcu ďalšiu striedavo usporiadanú podávaciu škáru sa vedie a posúva do jeho vnútorného priestoru. Uvedeným spôsobom vytvorené zošikmenia zaisťujú distribúciu privádzaného materiálu tak do vnútorného priestoru, ako aj do vonkajšieho priestoru rotora 1. Na obr. 5 pripojenej výkresovej dokumentácie sú zošikmenia 13a na prevádzanie materiálu do vnútorného priestoru rotora 1 naznačené prostredníctvom prerušovanej čiary.

Na obr. 6 pripojenej výkresovej dokumentácie je časť rotora, znázornená na obr. 5, predstavená v pohľade v priečnom reze. Vzťahové značky na obr. 6, použité pre ciele znázornenia zodpovedajú vzťahovým značkám z obr. 1 až 5. Uvedenými privádzacími prostriedkami 6 je vo veľmi výhodnej realizácii tlaková podávacia závitovka, ktorá zaisťuje vytvorenie dostatočne vysokého tlaku v privádzanom materiáli počas jeho posúvania do extrudéra. Prostredníctvom tejto tlakovej podávacej závitovky a zodpovedajúcej orientácie zošikmenia 13a jednotlivých podávacích škár 13 striedavo smerom do vnútorného a do von kajšieho priestoru rotora 1 je zaistené privádzanie dostatočného množstva materiálu, ktorý sa dá pretláčať, do drážok 7, čo v konečnom dôsledku zaručuje dosiahnutie vysoko efektívne a vyrovnané výťažnosti pretláčacieho zariadenia. Citový obr. 6 prostredníctvom prerušovanej čiary znázorňuje zošikmenia, nachádzajúce sa za rovinou priečneho rezu, na prevádzanie materiálu z podávacej škáry smerom do vnútorného priestoru rotora. Je možné, ale nie nevyhnutne nutné, zaistiť v miestach, v ktorých sú zošikmenia 13a orientované smerom k vonkajšiemu obvodu rotora 1, vytvorenie priechodných dier, keďže postačuje v takýchto miestach vytvoriť dutinu, cez ktorú môže materiál prechádzať do drážok, usporiadaných na vonkajšej ploche rotora 1.

Na obr. 7 pripojenej výkresovej dokumentácie je znázornená drážka 7 rotora 1 v priečnom reze so schematickým naznačením pohybu materiálu v tejto drážke. V prípade, znázornenom na citovanom obr. 7, vykazuje drážka v priečnom reze v podstate polkruhovú konfiguráciu. Následkom rozmiestenia rebier 7 drážok 7 rotora podľa predloženého vynálezu a rebier 8a protismemých drážok 8 zostáva pretláčaný materiál účinne a fakticky v drážke 7 a na základe tejto skutočnosti zaisťuje tečenie materiálu krúživým pohybom. Polkruhový profil drážky, znázornený na citovanom obr. 7, je pre uvedený krúživý pohyb maximálne výhodný. Tečenie materiálu krúživým pohybom je na obr. 7 naznačené prostredníctvom šípok. Priečny prierez drážky v podstate trojuholníkovej konfigurácie, znázornený na obr. 3 pripojenej výkresovej dokumentácie, je pre tečenie materiálu krúživým pohybom takisto výhodný, čo znamená, že aj v tomto prípade je zaistené tečenie materiálu krúživým pohybom, ktoré je zhodné s posuvom materiálu znázorneným prostredníctvom šípok na obr. 7.

Tečenie materiálu v drážkach závitovky krúživým pohybom, ktoré je výsledkom pôsobenia trenia na stenách valca štandardne používaného extrudéra, zaisťuje vytváranie značne veľkého teplotného gradientu. Takto dosahovaná nerovnomerná teplota je nežiaduca a škodlivá dvoma spôsobmi. Po prvé robí nemožným pretláčanie činidiel citlivých na pôsobenie teploty, keďže je úplne zrejmé, že v prípade, keď je skutočná lokálna teplota napríklad vyššia o 40 °C ako nastavená teplota extrudéra, bude následkom uvedenej skutočnosti, napríklad v prípade spracovania zosieteného polyetylénu, vytvorenie produktu s lokálne zosietenými oblasťami. Pri spracovaní PVC môžu vysoké lokálne teploty spôsobovať tepelnú degradáciu materiálu. Z iného hľadiska robí táto nerovnomerná teplota technologický postup spracovania oveľa náročnejší, pretože väčšina plastov ľahko mení svoju viskozitu v súvislosti s pôsobením teploty. Ako príklad je možné uviesť rozsah intenzity pôsobenia šmyku charakteristického polyetylénu, ktoré viskozita sa pri zvýšení teploty o 60 °C znižuje z pôvodnej hodnoty 1000 Pa.s na asi polovicu. V prípade vytvorenia drážky s priečnym prierezom polkruhového alebo trojuholníkového profiluje tečenie materiálu ľahšie a teplotné gradienty vykazujú menšie hodnoty. Zdokonalené tečenie materiálu krúživým pohybom okrem toho ďalej podstatne znižuje nekontrolovateľné generovanie tepla, spôsobeného trením. Vzdialenosť medzi vrcholovými hranami (rebrami) závitovky pri štandardne používanom extrudéri sa približne rovná jeho priemeru, pričom charakteristickým dôsledkom tejto skutočnosti je pomer šírky drážky k jej drážky závitovky väčší ako 10. Ale pri spracovaní plastov s vysokou molekulovou hmotnosťou musí byť, v každom prípade, veľkosť potrebnej deformačnej práce pokiaľ možno najmenšia, čo inak povedané znamená, že musí byť čo najmenšie teplo vznikajúce pôsobením trenia. Na základe uvedeného je pravdepodobné a zároveň je možné predpokla dať, že bude uvádzanie do a spracúvanie materiálu spôsobom tečenia krúživým pohybom v plytkej drážke oveľa náročnejšie ako napríklad v drážke s polkruhovou alebo trojuholníkovou konfiguráciou. Takto, pre kužeľovitý extrudér s drážkami s obdĺžnikovým profilom, sa potom optimálny pomer šírky drážky k jej hĺbke prednostne pohybuje v rozmedzí od 2 do 7.

Na obr. 8 pripojenej výkresovej dokumentácie je uvedené schematické znázornenie výrobku, vytvoreného pri použití zariadenia podľa predloženého vynález, v priečnom reze. Vzhľadom na to, že je dosiahnutie požadovaného tečenia materiálu krúživým pohybom v drážke závitovky podľa predloženého vynálezu veľmi ľahké, vyplývajú z uvedeného usporiadania dve užitočné výhody: celkové trenie medzi statorom a rotorom je oveľa menšie ako predpokladané, čo je čiastočne spôsobené dôsledkom usporiadania protismemých drážok a čiastočne tým, že je týmto usporiadaním zaistené tečenie materiálu krúživým pohybom laminámeho charakteru, čo znamená, že sa premiestňovanie materiálu, v tvare tyče drážkou podobá navíjaniu papiera do kotúčového zvitku. Výsledkom uvedeného spôsobu spracovania je potom napríklad plastiková rúrka, ktorá je znázornená na citovanom obr. 8, z ktorého môže byť zreteľné množstvo priečnych laminámych vrstiev, ktorých vytvorenie je spôsobené tečením materiálu v drážke krúživým pohybom. Vzhľadom na to sa môže napríklad v stene výrobku, vykazujúceho prednostne hrúbku 4 mm a vytvoreného uvedeným spôsobom, nachádzať viac ako 550 laminámych vrstiev. Opísaná lamináma štruktúra pretláčanej rúrky 11 je na obr. 8 pripojenej výkresovej dokumentácie naznačená prostredníctvom tenkých čiar. Táto lamináma štruktúra zaisťuje značne vyššie hodnoty vrubovej húževnatosti a významne zdokonalené hodnoty týkajúce sa priepustnosti materiálu, predovšetkým v prípade, keď sa do spracúvaného matricového plastu bariérový plast, napríklad polyamid alebo LCP, v množstve 1 až 30 %. Vytvorenie iaminámej štruktúry je najlepšie zaistené v prípade, keď nie sú matricový plast a bariérový plast vzájomne premiešané, ale vykazujú výhodne dobrú vzájomnú prilípavosť. Okrem toho bolo ďalej zistené, že je takisto výhodné, ak bariérový plast pri rovnakej teplote výkazu je prednostne väčšiu viskozitu ako matricový plast. Ako bariérový plast sa výhodne použije alifatický polyketón (napríklad polyketón známy pod obchodným označením Ketonex a vyrábaný firmou British Petroleum). Rúrka 11 bola vyrobená napríklad pretláčaním z zmesi, zloženej z polyetylénu s obsahom polypropylénu v množstve 1 %.

Pri použití peroxidov alebo azozlúčenín sa v plastoch vytvárajú nízkomolekulové zlúčeniny, ktoré vykazujú nepríjemnú príchuť a/alebo zápach a ktoré nežiaducim spôsobom migrujú na povrchové plochy polyetylénu. Počas štandardného, bežne používaného výrobného postupu sa preto musia rúrky pred ich možným použitím v kombinácii s potravinami obmývať alebo upraviť tepelným spracovaním. Prostredníctvom zariadenia podľa predloženého vynálezu je možné takisto vytvárať viacvrstvový plastový výrobok, ktorého vonkajšia, hrubšia vrstva je vytvorená zo zosieteného polyetylénu a ktorého vnútorná vrstva je vytvorené z bariérového plastu takým spôsobom, že migrácia všetkých zvyškových produktov, vznikajúcich pri vytváraní zosieťovaných väzieb vo vonkajšej vrstve, na povrchovú plochu vnútornej vrstvy konečného výrobku je v dôsledku prítomnosti ochrannej vrstvy, vytvorenej bariérovým plastom, úplne eliminovaná.

Na obr. 9 pripojenej výkresovej dokumentácie je v schematickom bokorysnom pohľade znázornený rotor zariadenia podľa predloženého vynálezu. Vzťahové značky na obr. 9, použité pre ciele znázornenia, zodpovedajú vzťahovým značkám z obr. 1 až 8. Rotor 1 je vybavený medziľahlou prstencovou drážkou 7', ktorá je v podstate kolmá na axiálny smer rotora. Táto medziľahlá prstencová drážka 7' zaisťuje dodatočnú homogenizáciu pretláčaného materiálu. V tejto medziľahlej drážke 7' spracúvaný materiál, pred jeho návratom do drážok 7, posúva na vzdialenosti niekoľkých drážok v radiálnom smere. Medziľahlá prstencová drážka 7' môže byť usporiadaná buď v rotore, v statore alebo v obidvoch z nich. Najmä v prípade valcového rotora 1 sa objem protismemých drážok 8 prednostne zmenšuje do tej doby, dokiaľ nedosiahne medziľahlú drážku 7' a po jej prekonaní pokračuje s v podstate konštantným prierezom. Medziľahlá prstencová drážka 7' je výhodne usporiadaná v axiálnom smere za stredným úsekom extrudéra a prednostne v bode, nachádzajúcom sa v 2/3 dĺžky zariadenia v axiálnom smere. Stúpanie drážky 7 rotora, nachádzajúcej sa medziľahlou drážkou 7', sa môže celkom ľahko meniť. V prípade vytvorenia stúpania drážky 7 v ostrejšom uhle sa dosiahne rovnaká vyváženosť zariadenia ako v prípade, keď uhol stúpania drážky 7 za medziľahlou drážkou 7' zostáva konštantné, ale prostredníctvom usporiadania s ostrejším uhlom stúpania drážky 7 je možné dosiahnuť zníženie celkového množstva tepla, generovaného trením, ako dôsledku zmenšenia celkovej dĺžky drážok 7. Podľa predloženého vynálezu zostáva priečny prierez drážok 7 v podstate nemenný, ale je potrebné poznamenať, že výraz „v podstate nemenný“ zahrnuje takisto realizáciu, v ktorej je rotor a/alebo stator vybavený medziľahlou prstencovou drážkou 7', prostredníctvom ktorej dochádza k preskupovaniu častíc materiálu s cieľom zaistiť jeho homogenitu.

V prípade, ktorý je znázornený na obr. 9 pripojenej výkresovej dokumentácie sa v šmykovom pásme rozkladá medziľahlá prstencová drážka 7'. Miešanie hmoty spracúvaného materiálu prebieha v tejto medziľahlej drážke 7', zatiaľ čo následná homogenizácia prebieha až za medziľahlou drážkou 7'.

Na obr. 10 pripojenej výkresovej dokumentácie je schematicky znázornený jednak, prostredníctvom plnej čiary, priebeh činného pôsobenia tlaku v zariadení podľa predloženého vynálezu a jednak, prostredníctvom prerušovanej čiary, priebeh činného pôsobenia tlaku v štandardne používanom extrudéri. Ako môže byť z citovaného obr. 9 zrejmé, v štandardne používanom extrudéri sa tlak P zvyšuje až ku koncu jeho dĺžky a preto sa úplne prirodzene v bode A, ktorý predstavuje miesto usporiadania výstupného konca zariadenia, nachádza na najvyššej hodnote. Pri zariadení podľa predloženého vynálezu prebieha znižovanie tlaku už v podstate od začiatočného štádia spracovania v šmykovom pásme. Smerom k výstupnému koncu sa potom postupne znižuje.

Na obr. 11 pripojenej výkresovej dokumentácie je v bokorysnom pohľade a v čiastočnom priečnom reze znázornená ďalšia realizácia podľa predloženého vynálezu. Vzťahové značky na obr. 11, použité pre ciele znázornenia, zodpovedajú vzťahovým značkám z predchádzajúcich obr. 1 až 10. Tak rotor 1, ako aj stator 2 majú v tomto prípade valcovú konfiguráciu. Drážky 7, vytvorené v rotore 1 a rozkladajúce sa po celej jeho dĺžke, majú v podstate stále rovnaký priečny prierez. Priečny prierez protismemých drážok 8, vytvorených v statore 2, sa oproti, tomu priebežne zmenšuje. Tieto proti smerné drážky 8 sa rozkladajú približne do strednej časti zariadenia, pričom prednostný bod ich ukončenia sa nachádza v 1/3 celkovej dĺžky zariadenia.

Na obr. 12 pripojenej výkresovej dokumentácie je v bokorysnom pohľade a v priečnom reze znázornený detail časti ďalšej realizácie zariadenia podľa predloženého vy nálezu. Vzťahové značky na obr. 12 použité pre ciele znázornenia, zodpovedajú vzťahovým značkám z predchádzajúcich obr. 1 až 11. Rotor 1 a statory 2 a 3 majú v tomto prípade kužeľovitú konfiguráciu. Rotor 1 je vytvorený tak, že škára medzi týmto rotorom 1 a statormi 2 a 3 je v jeho konečnom úseku podstatne väčšia ako v začiatočnom úseku. Veľkosť tejto škáry môže byť napríklad v začiatočnom úseku asi 0,5 mm, zatiaľ čo na konci je asi 6 mm. Okrem toho, drážky 7 a protismemé drážky 8 sú zakončené v koncovom úseku rotora a materiál pred výstupom preteká cez uvedenú širokú škáru. V takom prípade je možné zvýšiť rýchlosť otáčania rotora, keďže intenzita pôsobenia šmyku na materiál je v tomto koncovom úseku v dôsledku existencie širokej škáry nízka. Týmto spôsobom je možné ďalej zvyšovať výťažnosť, čo znamená, že je možné dosiahnuť vysokú výťažnosť aj v prípade použitia malého zariadenia. Takto je takisto možné zaistiť rovnomerné šmykové pole s tým, že je pri tomto usporiadaní možné udržiavať veľmi rovnomernú teplotu spracúvaného materiálu, čo je neobyčajne významné pri spracúvaní takých plastov ako napríklad PEX. Súčasne je takto takisto možné, ak sa to vyžaduje, zaistiť začatie vytvárania zosieťovaných väzieb už v extrudéri. Na základe opísaného usporiadania je ďalej možné zaistiť vytváranie výrobku s laminámou štruktúrou, ktorá nezahrnuje dokonca ani eliptické útvary, znázornené na obr. 8 a je v celom svojom priereze len lamináma. Okrem toho je takisto možné použiť menšie prevodové ústrojenstvo vzhľadom na to, že sa môžu využiť vysoké rýchlosti otáčania pri menšom točivom momente s tým, že výkon zostáva konštantný. Ďalej je možné využiť podstatne väčšie výrobné tolerancie na konci rotora, čo vo svojom dôsledku predstavuje zníženie výrobných nákladov. Výhodne sa zúžená časť rotora 1 rozkladá aspoň na polovici jeho celkovej dĺžky a prednostne táto priania časť rotora tvorí až 2/3 celkovej dĺžky rotora. Protismemé drážky 8 statora sú vytvorená tak, že sa rozkladajú až k bodu, v ktorom dochádza k zúženiu rotora, čiže k zväčšeniu škáry medzi rotorom a statorom. Účelom zúženia rotora môže byť tiež zaistenie vytvorenia smerovania spracúvaného materiálu a z tohto dôvodu môže byť rotor vybavený otvormi, cez ktoré môže tento materiál voľne pretekať: inak povedané môže byť konštrukčné usporiadané koncového úseku rotora v podstate zhodné s usporiadaním, ktoré je opísané v patentovej prihláške PCT/FI 96/00261 toho istého prihlasovateľa, ktorá sa týmto začleňuje do odkazov predloženého vynálezu. Pripojená výkresová dokumentácia a na jej základe uskutočnený opis sú myslené len ako názorná ilustrácia vynálezcovskej myšlienky. Jednotlivé detaily predloženého vynálezu sa môžu obmieňať v rozsahu ďalej uvedených patentových nárokov. Vzhľadom na to napríklad výraz „kužeľovitý“ zahrnuje aj také tvarové konfigurácie, ako je parabola a hyperbola, alebo také konštrukčné usporiadanie, v ktorom má začiatočný úsek zariadenia tvar zrezaného kužeľa a konečný úsek valcový tvar. Okrem toho môže byť v navrhovanom zariadení usporiadaných niekoľko rotorov a/alebo statorov. Navyše môže byť rotor, ak sa to požaduje, umiestený zvonku statora.

Claims (26)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob výroby plastových výrobkov pretláčaním, pri ktorom sa materiál určený na pretláčanie vo forme prášku, peliet alebo granúl, pri použití jedného alebo niekoľkých privádzacích prostriedkov (6), zavádza do pracovnej dutiny pozostávajúcej z objemov drážok (7) vytvorených v rotore (1), drážok (8) vytvorených v statore (2, 3) a z medzery na chádzajúcej sa medzi rotorom (1) a statormi (2, 3), vyznačujúci sa tým, že plocha priečneho prierezu pracovnej dutiny sa v smere osi extrudéra aspoň čiastočne plynulo zmenšuje a prostredníctvom vzájomného relatívneho otáčavého pohybu statora (2, 3) a rotora (1) sa materiál nútene pohybuje v smere osi x, pričom teplo generované trením roztaví časť materiálu tvoriaceho nosnú vrstvu zloženú predovšetkým z neroztavených častíc a z taveniny okolo nich, pričom táto časť materiálu celkom vyplní pracovnú dutinu v určitom priereze v odstupe od konca zariadenia, čím sa zvýši tlak na úroveň vyššiu, ako je potrebné na pretlačenie materiálu lisovacím nástrojom usporiadaným ďalej v smere osi x.
2. 2. Spôsob podľa nároku 1,vyznačujúci sa t ý m , že objem pracovnej dutiny sa v smere osi x zmenšuje aspoň cez šmykové pásmo až do jeho ukončenia, nachádzajúce sa typicky v oblasti stredného úseku celkovej dĺžky rotora (1), predovšetkým v oblasti nachádzajúcej sa v rozsahu od 1/3 do 2/3 celkovej dĺžky závitovky.
3. 3. Spôsob podľa nároku 2, vyznačujúci sa t ý m , že objem pracovnej dutiny sa za šmykovým pásmom udržuje konštantný alebo sa zväčšuje.
4. 4. Spôsob podľa jedného z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že materiál pozostávajúci z roztavených a možných neroztavených častíc sa homogenizuje a mieša v pásme nasledujúcom za šmykovým pásmom, ale geometria jeho drážok je taká, že intenzita pôsobenia šmyku je nižšia ako v šmykovom pásme.
5. 5. Spôsob podľa nároku 4, vyznačujúci sa t ý m , že tlak pôsobiaci na spracovávaný materiál sa za šmykovým pásmom podstatne nezvyšuje.
6. 6. Spôsob podľa jedného z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že rýchlosť tečenia spracovávaného materiálu v smere drážky (7) sa mení núteným pretláčaním materiálu medziľahlou prstencovou drážkou (7') do novej sady skratkovitých drážok.
7. 7. Spôsob podľa jedného z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že pretláčaný materiál sa spracováva v takom malom rozsahu, že tečením premiestňovaný materiál na výstupnom konci extrudéra pred prípadne usporiadanými prostriedkami na ohrev materiálu obsahuje čiastočne neroztavené častice, ktoré sa navzájom spoja prevažne svojimi povrchovými plochami v priebehu kontinuálnej aglomerácie prebiehajúcej pri spracovaní.
8. 8. Spôsob podľa jedného z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že rotor (1) a/alebo stator (2, 3) sa v privádzacom pásme ochladzuje kvôli zamedzeniu predčasného roztavenia materiálu tepelným tokom z výstupného konca zariadenia.
9. 9. Spôsob podľa jedného z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že teplota materiálu nachádzajúceho sa v ohrievacích prostriedkoch (12) je vyššia ako teplota materiálu v extrudéri.
10. 10. Spôsob podľa nároku 9, vyznačujúci sa t ý m , že teplota ohrievacích prostriedkov (12) a doba prestávky materiálu v oblasti pôsobenia ohrievacích prostriedkov (12) sa nastaví na dosiahnutie čo najväčšej homogenizácie spracovávaného materiálu na výstupe.
11. 11. Spôsob podľa jedného z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že v strede pretláčaného výrobku (11) je umiestnený tŕň (10) vybavený na svojom konci torznou tyčou (14), pričom tŕň (10) sa vycentruje ohýbaním prostredníctvom torznej tyče (14), ktorá sa opiera o vnútornú povrchovú plochu už vytvoreného výrobku (11).
12. 12. Zariadenie na výrobu pretláčaného plastového výrobku, ktoré obsahuje aspoň jeden rotor (1) a aspoň jeden stator (2, 3) a medzi nimi podávaciu škáru (4), pričom na jednej strane podávacej škáry (4) sú upravené drážky (7) na tlačenie pretláčaného materiálu von zo zariadenia pri otáčaní rotora (1), pričom priečny prierez drážok (7) je v podstate nemenný, a pričom na druhej strane podávacej škáry (4) je aspoň po celej dĺžke podávacej škáry (4) upravená protismemá drážka (8), ktorá má opačné stúpanie ako drážka (7) upravená na prvej strane podávacej škáry (4), vyznačujúce sa tým, že za privádzacím pásmom je usporiadané šmykové pásmo, pričom protismemá drážka (8) je usporiadaná v podstate po celej dĺžke tohto šmykového pásma, a pričom plocha priečneho prierezu pracovnej dutiny, pozostávajúca z objemu drážok (7) v rotore (1), drážok (8) v statore (2, 3) a medzery medzi nimi, sa v smere osi extrudéra aspoň čiastočne plynulo zmenšuje.
13. 13. Zariadenie podľa nároku 12, vyznačujúce sa t ý m , že rotor (1) a stator (2, 3) majú valcový tvar, pričom priečny prierez protismemej drážky (8) sa v podstate rovnomerne zmenšuje smerom ku koncu šmykového pásma.
14. 14. Zariadenie podľa nároku 12 alebo ^vyznačujúce sa tým, že šírka protismemých drážok (8) je menšia ako šírka rebier (7a) medzi drážkami (7).
15. 15. Zariadenie podľa jedného z predchádzajúcich nárokov 12 až 14, vyznačujúce sa tým, že šírka protismemých drážok (8) je v rozsahu od 30 do 50 % menšia ako šírka drážok (7).
16. 16. Zariadenie podľa jedného z predchádzajúcich nárokov 12 až 15, vyznačujúce sa tým, že stúpanie protismemej drážky (8) je v rozsahu od 1 do 90°, predovšetkým jc polovicou stúpania drážok (7), a predovšetkým je najviac v rozsahu od 3 do 10 °.
17. 17. Zariadenie podľa jedného z predchádzajúcich nárokov 12 alebo 14 až 16, v y z n a č u j ú c e sa tým, že podávacia škára (4) je aspoň na časti svojej dĺžky kužeľovitá, pričom priemer podávacej škáry (4) na vstupnom konci na privádzanie materiálu je väčší ako jej priemer nachádzajúci sa pri výstupnom konci materiálu, pričom pomer priemeru širšej časti kužeľa k priemeru užšej časti je približne rovnaký ako pomer hustoty materiálu určeného na pretláčanie k objemovej hustote materiálu.
18. 18. Zariadenie podľa nároku 17, vyznačuj úce sa t ý m , že v axiálnom smere a/alebo obvodovom smere zariadenia sú v rôznych polohách usporiadané privádzacie prostriedky (6) na prívod materiálu do podávacej škáry (4).
19. 19. Zariadenie podľa nároku 17 alebo 18, v y z n a čujúce sa tým, že pomer šírky drážky (7) k jej hĺbke je v rozsahu od 2 do 7.
20. 20. Zariadenie podľa jedného z predchádzajúcich nárokov 12 až 19, vyznačujúce sa tým, že drážky (7) majú v podstate polkruhový priečny prierez.
21. 21. Zariadenie podľa jedného z predchádzajúcich nárokov 12 až 19, vyznačujúce sa tým, že drážky (7) majú priečny prierez v podstate v tvare trojuholníka.
22. 22. Zariadenie podľa nároku 21,vyznačuj úce sa t ý m , že aspoň niektoré z rebier (7a) drážok (7) sú vytvorené so sklonom, pričom medzera medzi rotorom (1) a statorom (2, 3) je na prednom okraji rebra (7a) väčšia ako na zadnom okraji rebra (7a).
23. 23. Zariadenie podľa jedného z predchádzajúcich nárokov 12 až 22, vyznačujúce sa tým, že zvonku rotora (1) je upravený vonkajší stator (2) a vnútri je upravený vnútorný stator (3), pričom privádzacie prostriedky (6) sú upravené na privádzanie spracovávaného materiálu tak na vonkajšiu stranu, ako aj na vnútornú stranu rotora (1), a pričom rotor (1) obsahuje podávaciu škáru (13) so zošikmeniami (13a) vytvorenými na privádzanie materiálu na vonkajšiu stranu rotora (1) každou ďalšou podávacou škárou (13) a na vnútornú stranu rotora (1) každou ďalšou podávacou škárou.
24. 24. Zariadenie podľa jedného z predchádzajúcich nárokov 12 až 23, vyznačujúce sa tým, že privádzacie prostriedky (6) na privádzanie materiálu do podávacej škáry (4) sú tvorené závitovkou s núteným podávaním.
25. 25. Zariadenie podľa jedného z predchádzajúcich nárokov 12až 24, vyznačujúce sa t ý m, že rotor (1) a stator (2, 3) sú na svojej povrchovej ploche vybavené ochrannou vrstvou odolnou proti opotrebeniu, pričom materiál, z ktorého sú vyrobené, má lepšiu tepelnú vodivosť ako nástrojová oceľ.
26. 26. Zariadenie podľa jedného z predchádzajúcich nárokov 12až 25,vyznačujúce sa tým, že drážky (7) v rotore (1) a drážky (8) v statore (2, 3) nachádzajúce sa za šmykovým pásmom, majú rovnaký smer stúpania.