PL209296B1 - Wytłaczarka ślimakowa - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest wytłaczarka ślimakowa do przetwórstwa tworzyw polimerowych.

Obecnie w konstrukcji wytłaczarek dominuje tendencja do budowy maszyn specjalistycznych zamiast uniwersalnych, tj. przeznaczonych do przetwórstwa określonego tworzywa i produkcji wybranego wyrobu. Wytłaczarki specjalne odznaczają się stosunkowo dużą wydajnością wytłaczania. Obserwuje się znaczny wzrost wydajności wytłaczarek jednoślimakowych, który osiągnięto m.in. przez umieszczenie na ślimaku strefy barierowej oraz elementów ścinających i mieszających.

Transportowane tworzywo nagrzewa się w kanale ślimaka m.in. poprzez ścianki cylindra i ślimaka dzięki przewodzeniu ciepła. Wokół tworzywa w stanie stałym tworzy się warstewka tworzywa w stanie plastycznym lub stopionym. Przyspieszenie uplastycznienia tworzywa czyli wniknięcia ciepła do cząstek nieuplastycznionych wymaga rozdziału w strefie barierowej fazy tworzywa uplastycznionego od tworzywa nieuplastycznionego.

Znane są z opisów patentowych DE nr 1207074 i CH nr 363149 rozwiązania ślimaka wytłaczarki jednoślimakowej, w którym na znacznej długości zwojów w strefie sprężania zwanej strefą barierową zastosowano drugi zwój tzw. barierowy o większym skoku oraz o mniejszej o ok. 0,5 mm wysokości niż zwój podstawowy, który tworzy szczelinę między grzbietem zwoju, a powierzchnią wewnętrzną cylindra tzw. bariera zamknięta. Tworzywo uplastycznione przepływa ponad zwojem barierowym, natomiast tworzywo nieuplastycznione pozostaje przed zwojem do chwili uplastycznienia. Rozwiązanie to zapewnia dodatkowe uplastycznienie dzięki mieszaniu ścinającemu tworzywa, w tym zawirowaniu tworzywa uplastycznionego przepływającego ponad zwojem barierowym.

Znane są także z opisów patentowych DE nr 3741034 i EP nr 456230 rozwiązania ślimaków wytłaczarek jednoślimakowych, których zasadnicza część zwoju barierowego jest równoległa do zwoju podstawowego ślimaka, przy czym początek zwoju barierowego jest usunięty tzw. bariera otwarta.

Znane są również z publikacji w czasopiśmie „Mechanika Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, zeszyt 6 z 2006 r. str. 453 - 458 oraz z publikacji International Polymer Processing nr 1 z 2006 r. str. 24 - 31 problemy dotyczące degradacji tworzyw polimerowych w procesie ich wytłaczania. Stwierdzono, że wpływ na degradację tworzywa, oprócz czynników chemicznych np. tlenu i warunków prowadzenia procesu, ma rozwiązanie układu uplastyczniającego, zwłaszcza rozwiązanie konstrukcyjne ślimaka. Znaczna degradacja tworzywa powoduje istotne obniżenie m.in. właściwości mechanicznych wytworu np. folii.

Tworzywo dopływające do początku bariery powinno być co najmniej w 25% uplastycznione, jednak ten stan tworzywa nie zawsze jest spełniony, gdyż zależy to istotnie od warunków wytłaczania, zwłaszcza wydajności i właściwości cieplnych oraz reologicznych wytłaczanego tworzywa. W przypadku niekorzystnych warunków wytłaczania ma miejsce znaczny wzrost ciśnienia tworzywa na początku strefy barierowej w kanale tworzywa w stanie stałym. Powyższemu zjawisku można zapobiec poprzez zastosowanie na wlocie strefy barierowej, tzw. bariery otwartej. Jednak powyższe działanie obniża jakość uplastycznionego tworzywa, natomiast przy barierze zamkniętej często następuje przegrzewanie tworzywa powyżej zalecanej temperatury przetwarzania, a tym samym jego częściowa degradacja.

Wytłaczarka ślimakowa według wynalazku ma umieszczony w cylindrze ślimak wyposażony w kierunku przepł ywu tworzywa w strefy: zasilania, barierową i ujednoradniania. Strefa barierowa ś limaka stanowiącego tworzącą walca podzielna jest na swojej długości i składa się z co najmniej dwóch odcinków, korzystnie z n odcinków ukształtowanych tak, że stosunek długości poszczególnych odcinków do długości strefy barierowej korzystnie jest zawarty w przedziale 0,1 + 0,5. Stosunek wysokości szczeliny barierowej pierwszego odcinka strefy barierowej do wysokości szczelin barierowych kolejnych odcinków korzystnie wynosi powyżej 1,1 pomiędzy sąsiadującymi stopniami ślimaka. Wysokości szczelin są to wielkości określone pomiędzy powierzchnią zewnętrzną zwoju barierowego ślimaka, a powierzchnią wewnętrzną cylindra wytłaczarki.

Nieoczekiwanie okazało się, że takie skojarzenie cech konstrukcyjnych - elementów geometrycznych strefy barierowej ślimaka umożliwia prowadzenie procesu uplastyczniania przy zwiększonej do 15% wydajności wytłaczania i przy niskim stopniu degradacji tworzywa, a w efekcie utrzymaniu tej samej jakości wytworu.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym ślimak w widoku z boku.

PL 209 296 B1

Transportowane tworzywo w strefie 2 zasilania ślimaka 1 jest jednocześnie nagrzewane ciepłem doprowadzanym z grzejników umieszczonych na cylindrze 4 wytłaczarki oraz ciepłem wytworzonym dzięki tarciu zewnętrznemu i wewnętrznemu tworzywa. W trzystopniowej strefie 3 barierowej następuje stopniowe rozdzielanie uplastycznionego tworzywa od tworzywa w stanie stałym. Długości pierwszego i drugiego odcinka Ji i J- wynoszą 0,3 długości strefy 3 barierowej, a długość trzeciego odcinka J3 wynosi 0,4 długości strefy 3 barierowej. Temperatura uplastycznionego tworzywa polimerowego podczas przepływu przez szczelinę Si, nieznacznie przekracza temperaturę uplastycznienia lub topnienia tzn. tworzywo to charakteryzuje się wyższą lepkością niż w odcinku h, zachodzi tutaj intensywne rozpraszanie energii mechanicznej napędu ślimaka 1 powodujące generowanie ciepła w tworzywie. Natomiast w drugim i trzecim odcinku J₂ i J3 strefy 3 barierowej o szczelinach S2 i S3 gdzie przepływające tworzywo ma wyższą temperaturę następuje dalszy proces rozdzielania tworzywa uplastycznionego od nieuplastycznionego, które przepływa przez niższe szczeliny S2 i S3. Wysokość szczeliny Si barierowej w stosunku do wysokości szczeliny S2 barierowej wynosi 2,5 zaś wysokość szczeliny S2 do wysokości szczeliny S3 wynosi 2,0. Ślimak 1 zapewnia uzyskanie odpowiedniego rozkładu strumienia ciepła generowanego w tworzywie wzdłuż strefy 3 barierowej nie powodując miejscowych przegrzań, a tym samym degradacji tworzywa, które to przegrzania mają wpływ na pogarszanie jakości wytworu. Uplastycznione tworzywo z strefy 3 barierowej zostaje przemieszczone do niewidocznej na rysunku, zaopatrzonej w elementy mieszające strefy ujednoradniania, w której zachodzi proces wyrównywania temperatury tworzywa. Następnie uplastycznione i ujednorodnione tworzywo jest transportowane do głowicy formującej wytwór, np. rurę.

Wynalazek przedstawiono jako przykładową możliwość realizacji, jednakże przedmiotowy wynalazek obejmuje również wszelkie konfiguracje mieszczące się w ramach zastrzeżenia patentowego.

Claims (1)

1. Wytłaczarka ślimakowa, w cylindrze której umieszczony jest ślimak wyposażony w kierunku przepływu tworzywa w strefy: zasilania, barierową i ujednoradniania, znamienna tym, że strefa (3) barierowa ślimaka (1) stanowiącego tworzącą walca podzielna jest na swojej długości i składa się z co najmniej dwóch odcinków (Ji i J2), korzystnie z (n) odcinków (Ji, J₂,....J_n), ukształtowanych w ten sposób, że stosunek długości poszczególnych odcinków (Ji i J₂,....J_n), do długości strefy (3) barierowej korzystnie jest zawarty w przedziale 0,1 + 0,5, zaś stosunek wysokości szczeliny (Si) barierowej pierwszego odcinka (Ji) strefy (3) barierowej do wysokości szczelin (S₂, Sn) barierowych kolejnych odcinków (h,....Jn), wynosi korzystnie powyżej i,i pomiędzy sąsiadującymi stopniami ślimaka (i) i spełnia warunek:

   ^(Si > ^S2 > >

   gdzie (Si, S2, Sn) stanowią wysokości szczelin pomiędzy powierzchnią zewnętrzną zwoju barierowego ślimaka (i), a powierzchnią wewnętrzną cylindra (4) wytłaczarki.