RU2095242C1

RU2095242C1 - Extrusion machine

Info

Publication number: RU2095242C1
Application number: RU9595117691A
Authority: RU
Inventors: В.В. Барсуков; В.П. Шевейко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Ирбис"
Priority date: 1995-10-16
Filing date: 1995-10-16
Publication date: 1997-11-10

Abstract

FIELD: chemical engineering. SUBSTANCE: invention relates to equipment for processing thermoplastics and can be used in production of polyethylene film by extrusion technique with hose ballooning. In extrusion machine for producing polyethylene film from thermoplastic material granules, core of worm in compression zone is made in the form of truncated cone with base diameter ratio 0.75 to 0.85. Truncated cone faces loading hopper by its minor base. Worm has cylindrical section on its output end, on which spike-like displacement members are chequerwise arranged. Machine is provided with spring-loaded removable carriage to be fixed between pulling and winding units. EFFECT: improved construction. 5 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для переработки термопластов в изделия и может быть использовано для получения полиэтиленовой пленки способом экструзии с раздувом рукава. The invention relates to equipment for processing thermoplastics into products and can be used to obtain a polyethylene film by extrusion with a blown sleeve.

Из числа известных экструзионная машина для изготовления полимерной пленки из гранул термопластичного материала, описанная в журнале "Plast World", 1985, 43, N 7, с. 105-06, которая содержит горизонтальный экструдер с загрузочным бункером и шнеком, имеющим зоны питания, сжатия и гомогенизации и снабженным элементами сопротивления и сдвига, щелевую формующую головку с центральным дорном, связанным с компрессором, кольцевое двухпозиционное устройство воздушного охлаждения, узлы протягивания и намотки. Зона питания шнека имеет длину, равную 3 4 его диаметрам. Among the known extrusion machine for the manufacture of a polymer film from granules of a thermoplastic material, described in the journal "Plast World", 1985, 43, No. 7, p. 105-06, which contains a horizontal extruder with a feed hopper and a screw having feed, compression and homogenization zones and equipped with resistance and shear elements, a slotted forming head with a central mandrel connected to a compressor, an annular on-off air cooling device, pulling and winding units. The feed zone of the screw has a length equal to 3 to 4 of its diameters.

Тепловая энергия, необходимая для нагрева и плавления полимерного материала в рабочем канале между корпусом экструдера и шнеком, подводится от внешних электронагревателей через стенку корпуса, а также образуется за счет превращения механической энергии привода в тепловую при течении расплава в рабочем экструзионном канале. The thermal energy necessary for heating and melting the polymer material in the working channel between the extruder body and the screw is supplied from external electric heaters through the wall of the body, and is also generated by converting the mechanical energy of the drive into heat during melt flow in the working extrusion channel.

Перерабатываемый материал из бункера поступает в экструдер и далее подается через фильтр в кольцевую формующую головку с воздушным охлаждением при поперечной вытяжке посредством раздува сжатым воздухом, подаваемым сквозь центральный дорн. The processed material from the hopper enters the extruder and is then fed through a filter to an air-cooled annular forming head by transverse drawing by blowing with compressed air supplied through a central mandrel.

Затем пленочный рукав переводится в плоскую двухслойную полосу складывающим устройством, захватывая тянущими валками, установленными на эстакаде, и подается на намоточное устройство. Then the film sleeve is transferred into a flat two-layer strip by a folding device, capturing by pulling rollers mounted on a flyover, and fed to the winding device.

Недостатком известной машины является большая нагрузка на привод из-за ее протяженности, обусловленной удлинением зон гомонегизации и сжатия шнека, и в целом экструдера, длина которого достигает 24 его диаметров. A disadvantage of the known machine is the heavy load on the drive due to its length, due to the extension of the zones of homonegization and compression of the screw, and the extruder as a whole, the length of which reaches 24 of its diameters.

Производительность машин ограничена замедленным охлаждением пленки из-за градиента температуры расплава в формирующем зазоре головки, который определяется неудовлетворительной гомогенизацией полимерного материала и неоднородным сжатием в поперечном сечении шнека. Machine performance is limited by delayed cooling of the film due to the temperature gradient of the melt in the forming head gap, which is determined by the poor homogenization of the polymeric material and the inhomogeneous compression in the cross section of the screw.

В результате изготавливаемая пленка характеризуется невысокой прочностью и разнотолщинностью. As a result, the produced film is characterized by low strength and thickness variation.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является устранение отмеченных недостатков, а именно, повышение функциональной надежности машин путем снижения чувствительности материала формуемого рукава к сдвигу за счет улучшения качества интенсивного перемешивания расплава, увеличение производительности и расширение ассортимента изготавливаемого пленочного материала с улучшенными показателями назначения. The problem to which the invention is directed is to eliminate the noted drawbacks, namely, increasing the functional reliability of machines by reducing the sensitivity of the material of the formed sleeve to shear by improving the quality of intensive mixing of the melt, increasing productivity and expanding the range of manufactured film material with improved destination.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известной экструзионной машине для изготовления полимерной пленки из гранул термопластичного материала, содержащей горизонтальный экструдер с загрузочным бункером и шнеком, имеющим зоны питания, сжатия и гомогенизации и снабженным элементами сопротивления и сдвига, при этом зона питания шнека имеет длину, равную 3 4 его диаметрам, щелевую формующую головку с центральным дорном, связанным с компрессором, кольцевое двухпозиционное устройство воздушного охлаждения, узлы протягивания и намотки, согласно изобретению, сердечник шнека зоны сжатия выполнен в виде усеченного конуса с соотношением в диапазоне 0,75 0,85, обращенного меньшим основанием к загрузочному бункеру, а на выходном конце шнек имеет цилиндрический участок, на котором равномерно расположены в шахматном порядке элементы сдвига, выполненные в виде шипов, причем машина снабжена установленной с возможностью фиксации между узлами протягивания и намотки подпружиненной съемной кареткой, имеющей отклоняющую планку с ножом. The required technical result is achieved in that in a known extrusion machine for manufacturing a polymer film from thermoplastic material granules containing a horizontal extruder with a feed hopper and a screw having feed, compression and homogenization zones and equipped with resistance and shear elements, the feed zone of the screw has a length equal to 3 4 its diameters, slotted forming head with a central mandrel connected to a compressor, ring on-off air cooling device, pulling units and windings, according to the invention, the core of the auger of the compression zone is made in the form of a truncated cone with a ratio in the range of 0.75-0.85, facing a smaller base to the loading hopper, and at the output end the screw has a cylindrical section on which the elements are evenly staggered shear, made in the form of spikes, and the machine is equipped with installed with the possibility of fixation between the nodes of pulling and winding spring-loaded removable carriage having a deflecting bar with a knife.

Отличительные признаки позволили в 1,5 раза сократить протяженность экструдера, чем снизить мощность привода, энергоемкость машины, уменьшить занимаемую производственную площадь. Distinctive features made it possible to reduce the extruder length by 1.5 times, than to reduce drive power, energy consumption of the machine, and reduce the occupied production area.

В усовершенствованной зоне сжатия шнека при низкой температуре переработки (160 170^oC) обеспечивается переход термодинамической системы из неравновесного состояния в равновесное, за счет активного перемешивания в многоручьевом сдвиговом элементе принудительно выравнивается температура в полимерном материале. В результате улучшилась однородность расплава (степень гомогенизации), снизился градиент температуры материала внутри рабочего канала экструдера, исключены твердые нерасплавленные включения в материале.In the improved compression zone of the screw at a low processing temperature (160,170 ^° C), the thermodynamic system is transferred from a nonequilibrium state to an equilibrium state, due to active mixing in a multi-armed shear element, the temperature in the polymer material is forcibly equalized. As a result, the melt uniformity (degree of homogenization) improved, the temperature gradient of the material inside the working channel of the extruder decreased, solid non-molten inclusions in the material were excluded.

Предложенное конструктивное выполнение зоны сжатия шнека интенсифицирует перемешивание, а дополнительный элемент сопротивления и распределенные на выходном конце шнека сдвиговые шипы уменьшают обратный ток массы, исключают мертвые зоны, что повышает производительность и качество формируемой пленки. The proposed constructive execution of the compression zone of the screw intensifies mixing, and an additional resistance element and shear spikes distributed at the output end of the screw reduce the mass return current, eliminate dead zones, which increases the productivity and quality of the formed film.

Шипы на выходной части шнека образуют сдвиговые каналы для многократного перетока расплава, который образует жгут свитых, перемешиваемых ручьев материала, подаваемого в формующую головку, однородного по составу и консистенции, что повышает устойчивость рукава при раздуве на кольцевой щели головки. Пленка формируется прочной и равной толщины, что практически исключает вероятность разрывов при изготовлении. The spikes on the outlet part of the screw form shear channels for repeated melt flow, which forms a bundle of twisted, mixed streams of material supplied to the forming head, uniform in composition and consistency, which increases the stability of the sleeve during inflation on the annular slit of the head. The film is formed of a strong and equal thickness, which virtually eliminates the possibility of tearing during manufacture.

При отношении диаметров оснований усеченного конуса сердечника шнека зоны сжатия меньше 0,75 образуется большое сопротивление вращению повышенной массы нерасплавленного материала в экструзионном рабочем канале глубокой нарезки червяка, что увеличивает нагрузку на привод. При этом образуются мертвые зоны, обратный ток вязкой массы, то есть ухудшаются реологические и технологические свойства материала. Получаемое чрезмерное сжатие определяет перегрев расплава, снижение качества пленки, ухудшаются технологические свойства материала в переработке из-за повышения гидравлического сопротивления и уменьшается производительность. When the ratio of the base diameters of the truncated cone of the core of the screw of the compression zone is less than 0.75, a large resistance is formed to the rotation of the increased mass of unmelted material in the extrusion working channel of the deep cutting of the worm, which increases the load on the drive. In this case, dead zones, reverse current of viscous mass are formed, that is, the rheological and technological properties of the material are deteriorated. The resulting excessive compression determines the overheating of the melt, a decrease in the quality of the film, the technological properties of the material in processing deteriorate due to an increase in hydraulic resistance, and productivity decreases.

При отношении диаметров больше 0,85 замедляется гомогенизация материала, не перемешиваются холодные массы вдоль сердечника шнека, что снижает прочность пленки и повышает разнотолщинность. Периодически накапливаются нерасплавленные частицы препятствуют равномерной подаче материала, что вызывает пульсацию производительности, качество смешения падает, так как плавление происходит только за счет теплопроводности. Следовательно, возникает необходимость в увеличении длины зоны перемешивания и в дополнительных сдвиговах и смесительных элементах. With a ratio of diameters greater than 0.85, the homogenization of the material slows down, cold masses are not mixed along the screw core, which reduces the film strength and increases the thickness difference. Periodically, non-molten particles accumulate and prevent uniform flow of material, which causes a pulsation of productivity, the quality of mixing decreases, since melting occurs only due to thermal conductivity. Therefore, there is a need to increase the length of the mixing zone and additional shifts and mixing elements.

Оснащение машины быстросъемным механизмом разрезания расширяет возможности изготовления видов пленочного материала: рукавного и листового. Возвратно-поступательный ход подпружиненной каретки обеспечивает наклонного профиля планки автоматическое слежение с натягом за кромкой рукава и непрерывный роспуск рукава на листовое полотно. Горизонтальное позиционирование опоры механизма разрезания позволяет качественно распускать рукав различного диаметра. Equipping the machine with a quick-detachable cutting mechanism expands the possibilities of manufacturing types of film material: sleeve and sheet. The reciprocating stroke of the spring-loaded carriage provides an inclined profile of the bar, automatic tracking with an interference fit over the edge of the sleeve and continuous dissolution of the sleeve onto the sheet web. Horizontal positioning of the support of the cutting mechanism allows you to qualitatively dissolve the sleeve of various diameters.

На фиг. 1 показан общий вид машины; на фиг. 2 -шнек; на фиг. 3 разрез A-A на фиг. 2; на фиг. 4 формующая головка в разрезе; на фиг. 5 механизм разрезания. In FIG. 1 shows a general view of the machine; in FIG. 2-auger; in FIG. 3 is a section A-A in FIG. 2; in FIG. 4 sectional forming head; in FIG. 5 cutting mechanism.

Предложенная машина включает в себя последовательно установленные (фиг. 1) бункер 1 загрузки, горизонтальный экструдер 2 с приводом 3, формующую головку 4, устройство 5 охлаждения, связанное с вентилятором 6, тянущее устройство 7, механизм 8 разрезания пленки, устройство 9 намотки в рулон и компенсатор 10. The proposed machine includes a sequentially installed (Fig. 1) loading hopper 1, a horizontal extruder 2 with a drive 3, a forming head 4, a cooling device 5 connected to a fan 6, a pulling device 7, a film cutting mechanism 8, a reeling device 9 and compensator 10.

Пример выполнения машины. Шнек 11 (фиг. 2), винтовой конвейер экструдера 2, диаметром 63 мм и постоянным шагом нарезки, равным 63 мм, состоит из зоны 12 питания, зоны 13 сжатия, зоны 14 гомогенизации и насадки 15. An example of a machine. The screw 11 (Fig. 2), a screw conveyor of the extruder 2, with a diameter of 63 mm and a constant cutting pitch of 63 mm, consists of a supply zone 12, a compression zone 13, a homogenization zone 14, and a nozzle 15.

Общая длина шнека 11 составляет 15 его диаметров, в том числе: зона 12 питания 4 диаметра, зона 13 сжатия 3 диаметра, зона 14 гомогенизации 6 диаметров, насадка 15 2 диаметра. Глубина нарезки шнека 11 в зоне 12 составляет 9 мм, а в зоне 14 гомогенизации 4 мм. Сердечник шнека 11 зоны 13 выполнен в виде усеченного конуса, сопрягаемого с сердечниками соседних зон 12 и 14, диаметры оснований которого равны 45 и 55 мм соответственно. The total length of the screw 11 is 15 diameters, including: feed zone 12 of 4 diameters, compression zone 13 of 3 diameters, homogenization zone 6 of 6 diameters, nozzle 15 of 2 diameters. The depth of cut of the screw 11 in zone 12 is 9 mm, and in the zone 14 of homogenization 4 mm. The core of the screw 11 of zone 13 is made in the form of a truncated cone, mating with the cores of neighboring zones 12 and 14, the base diameters of which are 45 and 55 mm, respectively.

Шипы 16 насадки 15 выполнены в сечении в виде шести 4 мм уступов (фиг. 3), сопрягаемых с сердечником шнека 11 под углом 30^o, которые с равным шагом и радиальным смещением в 30^o, распределены по всей поверхности насадки 15. Экструдер 2 имеет две зоны нагрева электрообогревателями сопротивления (на чертеже условно не показаны) с температурой нагрева зоны 12 питания 160±10^oC и зоны сжатия 180±10^oC. Для измерения температуры в корпусе экструдера 2 предусмотрены преобразователи термоэлектрические, связанные с регистрирующими приборами цифровой индикации шкафа управления.The spikes 16 of the nozzle 15 are made in cross section in the form of six 4 mm ledges (Fig. 3), mating with the core of the screw 11 at an angle of 30 ^o , which are distributed over the entire surface of the nozzle with an equal pitch and radial offset of 30 ^o . The extruder 2 has two electric heaters resistance heating zone (in the figure are not shown) with the temperature of the heating zone 12, the power of 160 ± 10 ^o C and compression zones 180 ± 10 ^o C. for temperature measurement in the extruder barrel 2 is provided thermoelectric converters connected to the recording instruments digital display wk F control.

Загрузочная воронка 1 бункера охлаждается проточной водой от сети магистральной до температуры 70±10^oC.The hopper feed hopper 1 is cooled by running water from the mains to a temperature of 70 ± 10 ^o C.

Выход экструдера 2 сообщается с центральной камерой дорна 17 (фиг. 4), связанной со спиральным каналом 18 его наружной поверхности. Дорн 17 осесимметрично укреплен в корпусе 19 головки 4 с зазором 1 мм на выходе при диаметре 135 мм. Корпус 19 нагревается до температуры 170±10^oC электронагревателями 20 электросопротивления. Внутри дорна 17 выполнен ресивер 21, который посредством бокового канала 22 связан с компрессором 10 и на выходе закрыт диафрагмой 23. На корпусе 19 укреплено кольцо 24 устройства 5 охлаждения, которое шлангом 25 с торца по периметру равномерно соединяются с вентилятором 6. В кольце 24 аксиально, посредством резьбового соединения, установлены диски 26 и 27 таким образом, что над рабочей щелью формующей головки 4 образованы концентричные профилированные сопла (28 нижнее и 29 - верхнее) подачи охлаждающего воздуха к рукавному полуфабрикату. Профиль сопел 28 и 29 выполнен так, чтобы поток распределялся в отношении 1:5, причем нижний вдоль рукава, а верхний поперек рукава.The output of the extruder 2 communicates with the Central chamber of the mandrel 17 (Fig. 4), associated with the spiral channel 18 of its outer surface. The mandrel 17 is axisymmetrically mounted in the housing 19 of the head 4 with a gap of 1 mm at the exit with a diameter of 135 mm. The housing 19 is heated to a temperature of 170 ± 10 ^o C electric heaters 20 of electrical resistance. Inside the mandrel 17, a receiver 21 is made, which is connected through the side channel 22 to the compressor 10 and is closed by a diaphragm 23. The ring 24 of the cooling device 5 is mounted on the housing 19, which is uniformly connected to the fan 6 with a hose 25 from the end along the perimeter. , by means of a threaded connection, disks 26 and 27 are mounted in such a way that concentric shaped nozzles (28 lower and 29 upper) for supplying cooling air to the bag-shaped semi-finished product are formed above the working slot of the forming head 4. The profile of the nozzles 28 and 29 is designed so that the flow is distributed in a ratio of 1: 5, with the lower along the sleeve and the upper across the sleeve.

Тянущее устройство 7 (фиг. 1) включает в себя пару валков 30, один из которых обрезинен и связан с приводом вращения, второй прижимной, и две наклонные рамы 32, угол наклона которых регулируется в пределах 25 30^o.The pulling device 7 (Fig. 1) includes a pair of rolls 30, one of which is rubberized and connected to a rotation drive, a second presser, and two inclined frames 32, the angle of which is adjustable within 25 30 ^o .

Вдоль эстакады 32 от тянущего устройства 7 к устройству 9 намотки расположены отклоняющие ролики 33 подачи пленки. На эстакаде 32 на траектории движения кромки пленки смонтирован механизм 8 безотходного разрезания пленки. В горизонтальном пазу 34 (фиг. 5) эстакады 32 винтами закреплена опора 35, на которой роликами 36 установлена каретка 37. Каретка 37 ориентирована посредством пальца 38, размещенного в пазу 39 опоры 35, и нагружена пружиной 40. На каретке 37 закреплена отклоняющая планка 41, в кармане 42 которой с внутренней стороны установлен нож 43, лезвие для бритья. Along the overpass 32 from the pulling device 7 to the winding device 9 are deflecting rollers 33 of the film supply. On the overpass 32 on the path of the edge of the film mounted mechanism 8 non-waste film cutting. In the horizontal groove 34 (Fig. 5) of the overpass 32, a support 35 is fixed with screws, on which the carriage 37 is mounted by rollers 36. The carriage 37 is oriented by means of a pin 38 placed in the groove 39 of the support 35, and is loaded with a spring 40. A deflecting plate 41 is fixed to the carriage 37. , in a pocket 42 of which a knife 43, a shaving blade, is mounted on the inside.

Работает машина следующим образом. Гранулированный полиэтилен высокого давления пленочных марок 10803-020, 158-3-020, 16204-020 и др. загружают в бункер 1, откуда под собственным весом материал просыпается в загрузочную воронку экструдера 2. По мере продвижения по экструзионному каналу материал под действием механической энергии шнеком 11 и тепла электронагревателей уплотняется, расплавляется и гомогенизируется. Далее расплав в виде однородной вязкой массы продавливается через фильтр (на чертеже не показан) в дорн 17, где по спиральному каналу 18 подается к формующему зазору головки 4, на выходе из которой расплав полимера при изотермическом охлаждении в условиях растяжения превращается в твердое вещество пленку в форме рукава. The machine operates as follows. Granular high-pressure polyethylene of film grades 10803-020, 158-3-020, 16204-020 and others are loaded into the hopper 1, from where, under its own weight, the material wakes up in the hopper of the extruder 2. As the material moves along the extrusion channel under the action of mechanical energy screw 11 and the heat of electric heaters is compacted, melted and homogenized. Further, the melt in the form of a uniform viscous mass is pressed through a filter (not shown) in the mandrel 17, where it is fed through a spiral channel 18 to the forming gap of the head 4, at the outlet of which the polymer melt under isothermal cooling under tension is converted into a solid film sleeve shape.

По каналу 22 от компрессора 10 через ресивер 21 и диафрагму 23 подается сжатый воздух, давлением которого рукав раздувается до диаметра 510 мм. На выходе из формующей головки 4 рукав охлаждается воздухом, нагнетаемым вентилятором 6 через шланги 25, каналы кольца 24, дисков 26 и 27 к выходным соплам 28 и 29. Выходящий из головки 4 рукав пленки с помощью наклонных рам 31 складывается в плоское двухслойное полотно, которое заправляется между валками 30 тянущего устройства 7, подающего пленку вдоль отклоняющих роликов 33 к устройству 9 намотки на шпулю. The channel 22 from the compressor 10 through the receiver 21 and the diaphragm 23 is supplied with compressed air, the pressure of which the sleeve is inflated to a diameter of 510 mm. At the outlet of the forming head 4, the sleeve is cooled by air pumped by the fan 6 through hoses 25, the channels of the ring 24, disks 26 and 27 to the output nozzles 28 and 29. The film sleeve emerging from the head 4 with the help of inclined frames 31 is folded into a flat two-layer web, which refuel between the rollers 30 of the pulling device 7, feeding the film along the deflecting rollers 33 to the device 9 winding on the spool.

Если рукав необходимо распустить в полотно, то его край натягивают на отклоняющую планку 41 кареткой 37, установленной посредством монтажа опоры 35 в заданном положении. Подаваемый принудительно рукав пленки своей кромкой непрерывно поступает на наклонное лезвие ножа 43 и разрезается. Механизм 9 разрезания в динамике процесса за поперечными колебаниями подачи рукава и за изменяющейся в поле допуска его шириной следит посредством возвратной пружины 40, чем гарантируется требуемая точность разреза. If the sleeve needs to be dissolved in the web, then its edge is pulled onto the deflecting bar 41 by the carriage 37 installed by mounting the support 35 in a predetermined position. The sleeve of film supplied forcibly by its edge continuously enters the inclined blade of the knife 43 and is cut. The cutting mechanism 9 in the dynamics of the process for the lateral vibrations of the feed hose and for changing in the tolerance field of its width is monitored by means of a return spring 40, which guarantees the required accuracy of the cut.

Машина непрерывного действия проста в обслуживании и надежна в эксплуатации. Производительность составляет 35 кг/час пленочного материала, что обеспечивается качеством подготовки расплава и геометрией шнека. The continuous machine is easy to maintain and reliable. Productivity is 35 kg / h of film material, which is ensured by the quality of the melt preparation and the screw geometry.

Предельное отклонение по толщине от заданного значения не более 7% при толщине пленки 0,015 0,200 мм. Отклонение по ширине рукава 800 мм составляет не более 5 мм. The maximum deviation in thickness from the set value is not more than 7% with a film thickness of 0.015 0.200 mm. Deviation along the sleeve width of 800 mm is not more than 5 mm.

Claims

An extrusion machine for the manufacture of a polymer film from granules of a thermoplastic material, containing a horizontal extruder with a feed hopper and a screw having feed, compression and homogenization zones and equipped with resistance and shear elements, while the feed zone of the screw has a length equal to 3 4 of its diameters, slot forming a head with a central mandrel connected to a compressor, an annular on-off air cooling device, pulling and winding units, characterized in that the core of the screw of the compression zone is flax in the form of a truncated cone with a ratio of the base diameters in the range of 0.75-0.85, facing the loading hopper with a smaller base, and at the output end the screw has a cylindrical section on which the shear elements made in the form of spikes are located in a checkerboard pattern, and the machine equipped with a fixed with the possibility of fixation between the nodes of pulling and winding a spring-loaded removable carriage having a deflecting bar with a knife.