Теория и практика экструзии полимеров

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИИ

Основным требованием, которое предъявлялось при проекти ровании экспериментальной установки, было создание унивср сальной машины полупромышленного образца, позволяющей ис следовать большое количество параметров дискошнековой экст рузии, изменяя при этом в широких пределах технологические и конструкти BI1 ыс параметры.

Конструктивная схема разработанного дискошнекового экст рудера показана на рис. 4.12. В конструкции данного агрегата елг дует выделить пять основных узлов: рабочий орган, привод, меха низм загрузки, механизм регулировки зазора и станину. Особую (пт. играет рабочий орган, от выбора конструктивных и техноло - ш'нч ких параметров которого зависят качество получаемых изле­ти и затраты энергии на переработку полимерной массы.

Габочий орган состоит из следующих элементов: корпуса 5 с мфузочной воронкой переходной гильзы б, внутри которой |Mi полагается шнек 7, с жестко закрепленным на одном конце «пн ком 3; неподвижных дисков / и 4 переходного кольца 2 и вы - "i. nioiо патрубка 35. Кроме того, в зоне загрузки предусмотрена. in кма охлаждения 13.

Габочий орган разбит на четыре температурные зоны. Первая " чиературная зона охватывает корпус 5, вторая — неподвижный •и» к •/, третья — переходное кольцо 2 и четвертая — неподвижный - инк /. В систему регулировки температурного режима каждой входят три элемента: нагреватель, датчик температуры и pe­ls опор температуры. На рис. 4.12 обозначены элементы, входя­щие только в первую зону (соответственно позиции 31, 32 и 30). I in остальных температурных зон расположение аналогичных

элементов видно из рисунка. Нагреватели выполнены из нихро мовой проволоки диаметром 0,5 мм, датчики температуры пред ставляют собой хромель-копелевые термопары, а в качестве pel у ляторов температуры использованы потенциометры.

Следует отметить, что элементы системы температурной pci у* лировки, входящие в первые три зоны, остаются без изменения при проведении всей серии экспериментов. Что же касается чем вертой зоны, то ее элементы претерпевают некоторые изменении в зависимости от характера исследования, что будет показано и соответствующих разделах. Кроме того, шнек 7 и вращающийся диск 3 выполнены полыми, что позволяет в случае необходимое* ти поддерживать их поверхности при определенной температура путем подвода теплоносителя (на рисунке данная система не но* казана).

Конструкция рабочего органа предусматривает использование нескольких типоразмеров шнеков 7 и дисков 3 за счет установки переходной гильзы 6 и переходного кольца 2 с соответствующими внутренними диаметрами. Мри проведении экспериментальных исследований были использованы шнеки диаметром 45 мм и 63 мм. а диаметр дисков варьировался от величины, равной диаметру шнека, до 200 мм. Шнек 7, гильза 6 и диск 3были изготовлены in стали 40Х с последующим хромированием их рабочих поверхнос­тей. Все остальные элементы, с которыми соприкасался перераба­тываемый материал, были выполнены из стали 45 и также подвер­гнуты хромированию. Шнеки выполнены с переменной глубиной нарезки и длиной рабочей части, равной 315 мм, что составило для шнека диаметром 63 мм пять его диаметров, а для шнека диа­метром 45 мм — семь.

Величины рабочих зазоров первой и второй дисковых зон (33 и

соответственно) устанавливаются посредством механизма регу - ] лировки зазора, содержащего червячную передачу /7, зубчатое ко­лесо которой насажено на втулку /<?с резьбовой нарезкой. За счет I последней происходит возвратно-поступательное перемещение подвижной плиты 16. имеющей такую же нарезку и фиксируемой от поворота при помощи направляющих пальцев 15, которые вме - сто с плитой 16 совершают также возвратно-поступательное дви - | жение. Таким образом, в конечном итоге рсчулировка дисковых I зазоров 33 и 34осуществляется за счет перемещения неподвижных! дисков / и 4, жестко связанных с корпусом 5, который, в свою оче - I ре п», соединен через вторую подвижную плиту 14 с пальцами 15. I Отсчет величин рабочих зазоров проводится по индикатору 9с це - I ной деления 0,01 мм.

Рассмотренная система регулировки рабочих зазоров при изме­нении одного из зазоров приводит к синхронному изменению другого зазора; в частности, уменьшение зазора 33 сопровождает­ся увеличением на такую же величину зазора 34. Чтобы добиться независимости регулировки рабочих зазоров, наряду с использо - пишем механизма регулировки проводят замену переходною мньца 2с выбором соответствующей толщины.

Привод установки содержит следующие компоненты: двигатель ременную передачу 22, планетарный редуктор 23, муфту 24, приводной вал 26, который соединен со шнеком /.

Читатель 25 представляет собой электродвигатель постоянно - in юка Г1БСТ-63 с электроприводом ЭТ-3, развивающий мощ - и*к п. 7,8 кВт при номинальном числе оборотов 1500 об/мин. Ра­бочее число оборотов шнека 7, а следовательно, и диска 3, с уче- юм общего передаточного отношения планетарного редуктора и ременной передачи, может изменяться от! до 200 об/мин. При необходимости подбором соответствующего передаточного отно­шения ременной передачи можно добиться и большего числа обо­роти приводного вала. Измерение числа оборотов осушестнля- IIк в при помощи системы, включающей цифровой тахометр с I Iпиком регистрации световых импульсов 21 и перфорирован­ный диск 20. Энергетические показатели привода установки заме - рм шсь при помощи вольтметра 29 и амперметра 28.

Механизм загрузки включает: корпус II. загрузочный бункер 12, Iр. импортирующий элемент 10, привод 19.

В качестве транспортирующего элемента /0 использована пру- ♦.IIна со следующими параметрами: наружный диаметр — 40 мм, шаг — 10 мм, диаметр проволоки — 4мм, рабочая длина — 200 мм. К преимуществу данной конструкции транспортирующего эле­мента по сравнению с червячным следует прежде всего отнести ve гранение заклинивания в случае несогласованности по произво - III гсльности элементов 7 и 10. Кроме того, данный тип транспор - шрующего элемента позволяет при одинаковых габаритных раз­мерах с червячными значительно увеличить производительность.

Привод 19 представляет собой двигатель постоянного тока с максимальным числом оборотов 3000 об/мин и мощностью 0,7 кВт. Все рассмотренные основные узлы установки смонтированы на » ганине 27.

Для проведения всех экспериментальных исследований установ­ка в целом, согласно схеме на рис. 4.12, остается без изменения, за исключением неподвижного диска I, выходного патрубка 35 и, как «ммечалось выше, зоны температурной регулировки неподвижного шска /. Здесь идет речь о принципиальных изменениях, а не об и 1менениях параметров отдельных элементов, таких как шнек 7, вращающийся диск 3, переходное кольцо 2 и переходная гильза 6.

Экспериментальная установка работает следующим образом. Перерабатываемый материал из загрузочного бункера 12 под дей­ствием гравитационных сил попадает на транспортирующий эле­мент 10, при помощи которого направляется в загрузочную ворон­ку 8 ч далее на шнек 7. Последний осуществляет транспортировку материала и, образуя систему пластикации с корпусом 5 и обогре­вателем 31, одновременно производит плавление его. На выходе

из шнека получается, как правило, расплав, который попал сначала в первую дисковую зону 33, а затем — во вторую дисковую зону 34, где происходит интенсивное перемешивание, после чего готовый материал выходит из выходного патрубка 35.

Перед каждой серией экспериментов выполнялась следующая п ос л едо вате л ьность операц и й:

— выбирали необходимые параметры шнека 7 и вращаюшег ся диска 3;

— выбирали необходимый диапазон регулировки размеров дне* ковых зон 33 и 34

— устанавливали переходные гильзы 6 с соответствующим внутренним диаметром под выбранный шнек 7;

— устанавливали переходное кольцо 2со значениями толщины и внутреннего диаметра в соответствии с выбранными параметра­ми диска 3 и дисковых зон 33 и 34;

— устанавливали диск 3 и шнек 7;

— устанавливали необходимую модификацию — в зависимости от характера измеряемых величин — неподвижного диска /;

— устанавливали выходной патрубок соответствующей конфи­гурации;

— устанавливали в случае необходимости дополнительные эле­менты для замеров тех или иных величин;

— загружали полимерный материал в загрузочный бункер /2;

— подавали охлаждающую воду в систему охлаждения 13 зоны загрузки; при необходимости также осуществляли подачу охлаж­дающей волы и в шнек 7с диском J;

— включали нагреватели с соответствующим выбором верхних значений температур для каждой температурной зоны;

— устанавливали первоначальные размеры дисковых зон 33 и 34.

По достижении заданного температурного режима во всех зо­нах включали основной электродвигатель 25, после чего запускали привод 19, вращающий транспортирующий элемент 10, который подает перерабатываемый материал в рабочий орган.

Выход установки на рабочий режим определяли визуально, а именно — по отсутствию пульсации полученного экструдата и по­стоянству значений силы тока.

Все опыты проводили при полностью установившемся режиме. При этом измеряли следующие величины:

— скорость врашения рабочего органа «шнек—диск»;

— потребляемую мощность;

— производительность;

— давление по радиусу диска;

— напряжения в дисковом зазоре;

— обобщенную деформацию;

— реологические свойства материала;

— температурный режим зон экструдера;

— температуру расплава на выходе из выходного патрубка.