SU1558694A1

SU1558694A1 - Screw-disk extruder for processing polymeric materials

Info

Publication number: SU1558694A1
Application number: SU884455853A
Authority: SU
Inventors: Виктор Леонидович Кочеров; Лариса Васильевна Чижская; Валерий Валентинович Даниленко; Валерий Васильевич Клименко; Александр Наумович Гершуни; Александр Павлович Нищик; Вадим Юрьевич Шапировский
Original assignee: Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции
Priority date: 1988-05-18
Filing date: 1988-05-18
Publication date: 1990-04-23

Abstract

Изобретение относитс к оборудованию дл переработки полимерных материалов экструзией. Цель изобретени - получение материалов с заданными свойствами и повышение их качества за счет управлени тепловыми режимами диска. Черв чно-дисковый экструдер содержит размещенный в корпусе рабочий орган в виде полого черв ка и св занного с ним диска. Диск выполнен с полостью дл частичного заполнени теплоносителем. В полости рабочего органа размещено средство термостатировани в виде двух коаксиальных трубок. Внутренн поверхность черв ка и коаксиальные трубки выполнены коническими. Наружна трубка и внутренн поверхность черв ка обращены большим основанием конуса в сторону диска. Внутренн трубка обращена большим основанием конуса в сторону хвостовика черв ка. Внутренн поверхность диска на участках между черв ком и торцом внутренней трубки и торцова стенка последней с противоположной диску стороны выполнены с капилл рно-пористой структурой. Измен температуру и количество подводимого хладагента, а также температуру торцовых стенок, прилегающих к диску, можно мен ть температуру перерабатываемого материала, а следовательно, получать расплав с заданными свойствами. 1 ил.The invention relates to equipment for the processing of polymeric materials by extrusion. The purpose of the invention is to obtain materials with desired properties and improve their quality by controlling the thermal conditions of the disk. The screw-disk extruder contains a working body placed in the housing in the form of a hollow screw and a disk associated with it. The disk is made with a cavity for partial filling of the coolant. Thermostating means in the form of two coaxial tubes are placed in the cavity of the working member. The inner surface of the screw and the coaxial tubes are made conical. The outer tube and the inner surface of the screw face the large base of the cone toward the disk. The inner tube faces the large base of the cone toward the shank of the screw. The inner surface of the disk in the areas between the screw and the end of the inner tube and the end wall of the latter with the side opposite to the disk is made with a capillary-porous structure. By changing the temperature and amount of refrigerant supplied, as well as the temperature of the end walls adjacent to the disk, it is possible to change the temperature of the material being processed and, consequently, to obtain a melt with desired properties. 1 il.

Description

Изобретение относитс к оборудованию дл переработки полимерных материалов экструзией и может быть использовано в химическом и полимерном машиностроении .The invention relates to equipment for the processing of polymeric materials by extrusion and can be used in chemical and polymer engineering.

Целью изобретени вл етс получение материалов с заданными свойствами и повышение их качества за счет управлени тепловыми режимами диска.The aim of the invention is to obtain materials with desired properties and increase their quality by controlling the thermal conditions of the disk.

На чертеже представлен черв чно- дисковый экструдер, продольный разрез .The drawing shows a screw-disk extruder, a longitudinal section.

Экструдер содержит корпус 1 с загрузочным отверстием 2, рабочий орган в виде полого конического черв ка 3 и св занного с ним подвижного диска 4 с полостью 5 дл частичного заполнени теплоносителем, коаксиальные конические трубки 6 и 7, установленные внутри полого черв ка 3 и полого диска 4 и образующие внутреннюю полость 5 черв ка 3 и диска 4, при этом трубка 7 вл етс внутренней, а грубка 6 по отношению в ней - наружной.The extruder comprises a housing 1 with a loading opening 2, a working body in the form of a hollow conical screw 3 and a movable disk 4 associated with it with a cavity 5 for partial filling with heat carrier, coaxial conical tubes 6 and 7 installed inside the hollow screw 3 and a hollow disk 4 and forming the inner cavity 5 of the screw 3 and the disk 4, while the tube 7 is internal, and the rough 6 with respect to it is external.

Торцовые стенки, закрывающие внут- ренюю полость 5 черв ка 3, а также стенки коаксиальных трубок 6 и 7 и диска 4, образуют кольцевые поверхности, которые на участках между черв ком и торцом внутренней трубки 7 имеют капилл рно-пористую структуру 8, а торцова стенка трубки 7 в этом месте - гладка . С противоположной диску 4 стороны торцовые стенки, закрывающие полость 5 черв ка 3 и конических коаксиальных трубок 6 и 7, выход т за габариты экструдера, при этом поверхность на участках между черв ком 3 и торцом внутренней трубки 7 гладка , а торцова поверхность трубки 7 имеет капилл рно-пористую струк туру 8. Наружные торцовые стенки с противоположной диску 4 стороны, выход щие за экструдер, выполн ютс сребренными и к ним подводитс хладо- агент, например воздух, а на наружной поверхности внутренней трубки 7 расположен нагреватель 9,The end walls that enclose the inner cavity 5 of the screw 3, as well as the walls of the coaxial tubes 6 and 7 and the disc 4, form annular surfaces, which in the areas between the screw and the end of the inner tube 7 have a capillary-porous structure 8, and the end face the wall of the tube 7 in this place is smooth. On the opposite side of the disk 4, the end walls covering the cavity 5 of the screw 3 and the conical coaxial tubes 6 and 7 extend beyond the dimensions of the extruder, while the surface in the areas between the screw 3 and the end of the inner tube 7 is smooth and the end surface of the tube 7 has a capillary-porous structure 8. The outer end walls on the opposite side of the disk 4, extending beyond the extruder, are made of silver and are supplied with refrigerant, for example air, and a heater 9 is located on the outer surface of the inner tube 7.

5five

00

5five

00

5five

00

5five

00

5five

Продольные конусные стенки 10, 11 соответственно черв ка 3 и наружной трубки 6 обращены большим основанием в сторону диска 4, а конусна стенка 12 внутренней трубки 7 обращена большим основанием в сторону хвостовика черв ка 8.The longitudinal tapered walls 10, 11, respectively, of the screw 3 and outer tube 6 face the large base toward the disk 4, and the tapered wall 12 of the inner tube 7 faces the large base toward the tail of the screw 8.

Торцовые стенки, прилегающие к диску 4, имеют заправочные штуцеры , служащие дл откачивани воздуха из полостей диска 4 и трубок 6 и 7, а затем дл заправки их теплоносителем, После заправки теплоносителем штуцеры 13-15 тщательно запаиваютс и закрываютс колпачком. Количество теплоносител выбирают так, чтобы он полностью заполн л всю капилл рную структуру 8 с образованием некоторого избытка в виде лужи. В режиме охлаждени хладоагент, например воздух, от вентил тора подаетс на оребренную поверхность наружных торцовых стенок в хвостовике черв ка 3; в режиме нагрева теплоноситель, наход щийс в капилл рно-пористой структуре 8 трубки 7, нагреваетс от нагревател 9.The end walls adjacent to the disk 4 have filling nozzles for pumping air from the cavities of the disk 4 and the tubes 6 and 7, and then for filling them with coolant. After filling with heat carrier, the fittings 13-15 are sealed and closed with a cap. The amount of heat carrier is chosen so that it completely fills the entire capillary structure 8 with the formation of some excess in the form of a puddle. In the cooling mode, a coolant, for example, air, from the fan is supplied to the finned surface of the outer end walls in the shank of the screw 3; In heating mode, the coolant located in the capillary-porous structure 8 of the tube 7 is heated from the heater 9.

Экструдер работает следующим образом .The extruder operates as follows.

Полимерный материал, подаваемый в загрузочное отверстие 2, захватываетс и транспортируетс черв ком 3. В процессе транспортировки материал разох- реваетс и уплотн етс , превраща сь в расплав, причем окончательное получение расплава необходимого качества происходит в зазоре между корпусом 1 и диском 4, особенно на выходе расплава в формующую головку. Расплав, наход щийс в зазоре, имеет по крайней мере, три области, в которых осуществл ютс характерные течени ; в области I, расположенной у периферии дисков 4, кругова скорость высока и гораздо больше радиальной. На этом участке превалируют касательные напр жени & , под действием которых происходит интенсивное сдвиговое деформирование первоначальной дисперсии и В области II, расположенной по торцу наружной трубки 6, касательные & и разделительные 5 напр жени по величине сопоставимы. Сдвиговые деформации станов тс со- поставимы с радиальными, В этой области происходит релаксаци напр жений , образовавша с волокниста структура распадаетс , образу частицы, размер которых меньше первоначально поступивших в зазор. В области III, расположенной по торцу внутренней трубки 7, радиальные напр жени посто нно увеличиваютс и превышают ка- сательные sfS , Происходит переориентаци потока расплава, при которой радиальное течение превалирует над окружным. Дл этой области характерно ссотношечие компонент тензора нап- р жений tjs V0 .The polymeric material fed into the loading opening 2 is captured and transported by the screw 3. In the process of transportation, the material becomes reddened and compacted, turning into a melt, and the final production of the melt of the required quality occurs in the gap between the housing 1 and the disk 4, especially the output of the melt in the forming head. The melt in the gap has at least three areas where characteristic currents occur; in region I, located at the periphery of the disks 4, the circular velocity is high and much more radial. The tangential stresses & , under the action of which intense shear deformation of the initial dispersion occurs and in region II, located at the end of the outer tube 6, the tangents & and separation 5 voltages are comparable in magnitude. The shear deformations become comparable to radial ones. In this region, the stresses relax, the fibrous structure formed decays to form particles whose size is smaller than originally entered into the gap. In region III, located at the end of the inner tube 7, the radial stresses continuously increase and exceed the tangential sfS. The melt flow reorients, at which the radial flow prevails over the circumferential one. This region is characterized by the coupling of the components of the stress tensor tjs V0.

На основании изложенного следует, что наибольшее количество диссипатив- ного тепла выдел етс в области I иBased on the foregoing, it follows that the largest amount of dissipative heat is emitted in region I and

реноса тепла в трубке 7 происходит аналогично описанному, только направлен он в противоположную сторону, поэтому конусность стенок трубки 7 противоположна направлению конусности во внутренней полости черв ка 3 и труб ки 6. Так как на участке III происходит конденсаци теплоносител , циркулирующего в трубке 7, то наличие капилл рной структуры 8 здесь не нужно, потому что она будет задерживать стека ние конденсата. Аналогично она не нужна на противоположных поверхност х в хвостовике черв ка 3, на которых происходит конденсаци .heat transfer in the tube 7 occurs as described, only it is directed in the opposite direction, therefore the taper of the walls of the tube 7 is opposite to the direction of the taper in the inner cavity of the screw 3 and the tube 6. Since in section III condensation of the coolant circulating in the tube 7 occurs, the presence of a capillary structure 8 is not necessary here, because it will retard the flow of condensate. Similarly, it is not needed on opposite surfaces in the shank of the screw 3, on which condensation occurs.

Измен температуру и количество подводимого хладоагента на сребренных поверхност х, измен ем температуру на торцовых стенках, прилегающих к подвижному диску 4, а следовательно, и температуру перерабатываемого материала на этих участках, благодар чему можно получать расплав с заданнымиChanging the temperature and amount of coolant supplied on the silver-plated surfaces, changing the temperature on the end walls adjacent to the movable disk 4, and consequently, the temperature of the processed material in these areas, so you can get a melt with the specified

наименьшее в области III. Следователь- 25 свойствами.the smallest in area III. Investigator - 25 properties.

но, измен подводимый поток, можно добитьс получени требуемого качества расплава и управл ть процессом экструзии в област х I и III.but, by changing the feed flow, it is possible to achieve the desired melt quality and control the extrusion process in regions I and III.

Рассмотрим управление процессом переноса тепла во внутренней полости 5 черв ка 3 и диска 4, а также в трубке 6, Диссипативное тепло, выдел ющеес в расплаве, на участке I и частично на участке II передаетс через стенку диска 4 капилл рной структуре 8 и наход щемус в ней теплоносителю . Теплоноситель испар етс и образовавшийс пар транспортируетс к более холодным выходным торцовым стенкам, выход щим за экструдер и имеющим наружное оребрение, куда подводитс хладоагент. На внутренних поверхност х этих стенок пар конденсируетс и конденсат возвращаетс поConsider the control of the heat transfer process in the inner cavity 5 of the screw 3 and disk 4, as well as in the tube 6, the dissipative heat released in the melt at site I and partially at site II is transmitted through the wall of the disk 4 to the capillary structure 8 and in her coolant. The coolant evaporates and the resulting vapor is transported to the colder outlet end walls that extend beyond the extruder and have external fins where the refrigerant is supplied. On the inner surfaces of these walls, the vapor condenses and the condensate returns along

конусным продольным стенкам 10 и 12 к торцовым стенкам, прилегающим к подвижному диску 4, насыща конденсатом капилл рную структуру 8. Аналогичным образом происходит перенос тепла в герметичной трубке 7, Вращение черв ка 3 и диска 4 способствует стеканию конденсата, В тех случа х, когда к участку III необходимо подводить определенное количество тепла, тепло от нагревател 9 передаетс через торцовую стенку большего основани трубки 7 капилл рной структуре 8 и наход щемус в ней теплоносителю. Процесс пеconical longitudinal walls 10 and 12 to the end walls adjacent to the movable disk 4, filling the capillary structure 8 with condensate. In a similar way, heat transfer occurs in the sealed tube 7. Rotation of the screw 3 and disk 4 contributes to the drainage of the condensate. A certain amount of heat must be supplied to section III, the heat from heater 9 is transferred through the end wall of the larger base of tube 7 to the capillary structure 8 and the heat carrier inside it. Process of ne

5five

00

Q Q

0 0

5five

Рассмотрим получение полимерных материалов с заданными свойствами на черв чно-дисковом экструцере со встроенными герметичными теипопередающи- ми конусными трубками на примере эк- струдировани из смеси полипропилена - волокнообразующий компонент и полистирола - матрица, вз тых в соотношении 30-70% (ПП:ПС). При поддержании температуры на кольцевой поверхности, соответствующей области I подвижного диска, равной температуре плавлени матричного полимера, а на кольцевых поверхност х, соответствующих област м II и TII того же диска на выше температуры плавлени волокнооб- разующего полимера, получаем материал с повышенным содержанием волокнообра- зовани . При переработке других полимерных материалов и смесей, измен температуру кольцевых поверхностей в област х I, II, III при помощи встроенных конусных коаксиальных трубок , получаем переменные в зкостные характеристики материалов, которые привод т к изменению их свойств.Let us consider the production of polymeric materials with specified properties on a screw-disk extruder with built-in hermetic tei-transfer cone tubes on the example of extruding from a mixture of polypropylene — a fiber-forming component and polystyrene — matrix, taken in a ratio of 30-70% (PP: PS) . By maintaining the temperature on the annular surface, the corresponding region I of the movable disk, equal to the melting temperature of the matrix polymer, and on the annular surfaces, the corresponding regions II and TII of the same disc, above the melting temperature of the fiber-forming polymer, we obtain a material with a high content of fiber-forming call. When processing other polymeric materials and mixtures, changing the temperature of the annular surfaces in regions I, II, III with the help of built-in conical coaxial tubes, we obtain the variable viscosity characteristics of the materials, which lead to a change in their properties.

Технико-экономический эффект от внедрени предлагаемого экструдера заключаетс в получении расплава заданного качества, в получении расплава с новыми свойствами, особенно, когда в процессе переработки участвует смесь термодинамически несовместимых полимеров. Кроме того, управление экстр .удером простое, все средства нагрева и охлаждени вынесены наружу, Эк- струдер обладает хорошими динамическими характеристиками, поэтому удо- бен в процессе управлени .The technical and economic effect of introducing the proposed extruder is to obtain a melt of a given quality, to obtain a melt with new properties, especially when a mixture of thermodynamically incompatible polymers is involved in the process. In addition, the control of the extra power unit is simple, all heating and cooling means are brought out, the Extruder has good dynamic characteristics, and is therefore comfortable in the control process.

Claims

Invention Formula

A screw-disk extruder for polymer plastic materials, comprising a body with a loading opening, a working tool in the form of a hollow screw and a disk connected to it with a cavity for partially filling the coolant and thermostatic means in the form of two coaxial tubes placed in the cavity working body, characterized in that, in order to obtain materials with desired properties and improve their quality by controlling the thermal conditions of the disk, coaxial tubes and the inner surface b are conical, with the outer tube and the inner surface of the screw facing the large cone base towards the disk, the inner surface of which in the sections between the screw and the end of the inner tube is made with a capillary-porous structure, and the inner tube facing the large base of the cone the side of the shank is a worm and is made with an end wall of a capillary-porous structure located on the opposite side of the disk.