Агрегат для виготовлення виробів з композицій, наповнених органічними волокнистими матеріалами

Изобретение относится к переработке полимерных материалов и может быть использовано в строительной и химической промышленности в технологических линиях для изготовления изделий из полимерных композиций. Известен винтовой пресс для изготовления полых брусьев квадратного сечения из древесно-полимерной термореактивной композиции [Авт.св. СССР, кл. N47 1067, кл. В 29 J 5/08], который имеет разъемный обогреваемый корпус квадратного сечения с вращающимся в нем винтом. Недостатком винтового пресса является то, что на нем можно изготавливать только полые брусья определенного сечения и предварительная достаточная трудоемкая подготовка компонентов для экструдирования. Наиболее близким к предложенному агрегату по те хнической сущности и достигаемому результату является агрегат для переработки древесно-полимерной композиции [Европейский патент № 0 165093, кл. В 27 N 3/28,1985], содержащий двухшнековый екструдер-смеситель, в корпусе которого размещены шнеки, с последовательно расположенными зонами загрузки, смещения и компрессии, при этом в начале зоны загрузки выполнено окно для подачи наполнителя и двухшнековый экструдер для подготовки расплава полимера. Общими признаками заявляемого изобретения и прототипа являются: экструдер-смеситель, в цилиндре которого размещен шнек, последовательно расположенные зоны загрузки, смешения и компрессии, окно для подачи наполнителя, выполненное в начале зоны загрузки, и экструдер для подготовки расплава полимера. Недостатком этого агрегата является сложность конструкции и большая трудоемкость его изготовления, обусловленные применением двух двухшнековых экструдеров. Применение двухшнекового экструдера в качестве экструдера-смесителя диктуется тем, что расплав полимерного материала вводится в сплошной достаточно спрессованный поток древеснодисперсного материала, перемещающегося в каналах шнеков экструдера-смесителя. Для того, чтобы обеспечить хорошее смешивание обоих компонентов, из которых один является весьма жестким, требуется достаточно длинный путь и именно в условиях специфического дозированного перемещения, соответствующего двухшнековому экструдеру. Применение одношнекового экструдера при такой запитке расплавом полимера не позволит обеспечить хорошее смешение компонентов и получить качественное изделие. Применение же в качестве генератора расплава двухшнекового экструдера может быть отчасти оправдано только в случае переработки таких термостабильных материалов, как, например ПВХ (поливинилхлорид) в виде порошка. В то же время известно, что в настоящее время ПВХ в любом виде достаточно хорошо перерабатывается на одношнековых экструдерах. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования агрегата для изготовления изделий из композиций наполненных органическими волокнистыми материалами за счет улучшения его конструкции и повышения технологичности, а также снижения стоимости агрегата. Преимущества агрегата, базируются на изменении конструкции и новом механизме смешивания компонентов, так как обеспечивается разбиение сплошного потока наполнителя на отдельные потоки и последующее эффективное смачивание расплавом полимерного материала, сокращена зона смешения причем достигается высокое качество изделий. Данная технология является экологически чистой, позволяющей перерабатывать отходы бумагоделательных производств. Поставленная задача решается тем, что известный агрегат для изготовления изделий из композиций, наполненных органическими волокнистыми материалами, содержащий экструдер-смеситель, в цилиндре которого размещен шнек с последовательно размещенными зонами загрузки, смешения и компрессии, при этом в начале зоны загрузки выполнено окно для подачи наполнителя и экструдер для подготовки расплава полимера, согласно настоящему изобретению, экструдер-смеситель выполнен одношнековым с размещенными на шнеке в начале и конце зоны смешения разделительными кольцами с продольными вырезами, а цилиндр в этой зоне снабжен охватывающей его напорной камерой, соединенной посредством массопровода с экструдером для подготовки расплава, причем последняя выполнена с радиально расположенными подвижными полыми штифтами, входящими в цилиндр, для ввода расплава полимера в массу наполнителя, внутренняя полость которых сообщена с напорной камерой и зоной смешения. Во избежание намораживания массы материала на разделительные кольца в зоне смешения во внутренней полости шнека может быть установлен трубча тый нагреватель. Радиальное перемещение штифтов обеспечивает регулирование глубины подачи расплава в поток наполнителя. Исходя из функциональных особенностей экструдера-смесителя, в нем применен шнек, в котором отсутствует зона пластификации, а на ее месте располагается зона смешивания, которая соответствует местам установки полых шти фтов на цилиндре. На фиг. 1 представлена конструкционная схема агрегата; на фиг. 2 - сечение А-А экструдера-смесителя по напорной кольцевой камере; на фиг. 3 - конструкция шнека экструдера-смесителя; на фиг. 4 - сечение Б-Б шнека. Агрегат для изготовления изделий из композиций, наполненных органическими волокнистыми материалами содержит экструдер-смеситель 1, в цилиндре 2 которого размещен шнек 3 с последовательно расположенными: зоной загрузки (Lзагр) 4, в которой производится предварительный нагрев и сушка материала наполнителя; зоной смешения (Lсмеш) 5, предназначенной для смешивания, материала наполнителя (например массы ламинированной бумаги) с расплавом полимера; зоной компрессии (L комп) 6, предназначенной для окончательной гомогенизации полученной композиции, сглаживания пульсаций смеси и создания необходимого давления для течения смеси в формующем инструменте. Кроме того устройство содержит экструдер для подготовки расплава полимера 7t устройство для загрузки наполнителя 8 в экструдер-смеситель 1 через загрузочное окно 9 для подачи наполнителя. На шнеке 3 в начале и конце зоны смешения расположены разделительные кольца 10 с продольными вырезами 11 (фиг.2) для разбиения потока материала наполнителя на отдельные потоки. Цилиндр 2 в зоне смешения 5 снабжен охватывающей его напорной камерой 12, соединенной посредством массопровода 13 с экструдером для подготовки расплава полимера 7, причем, напорная камера 12 выполнена с радиально расположенными полыми подвижными штифтами 14, входящими в цилиндр 2, для ввода расплава полимера в массу наполнителя, внутренняя полость которых сообщена с напорной камерой 12 и зоной смешения 5. На наружной поверхности цилиндра 2 экструдера-смесителя 1 могут быть установлены нагреватели 15 повышенной мощности, которые необходимы для повышения транспортирующей способности зоны (на поверхности цилиндра возникает пленка расплава, которая тормозит вращение массы материала). Во внутренней полости шнека 3 в зоне смешения 5 расположен трубчатый нагреватель 16, необходимый для избежания намораживания массы материала на поверхности шнека. Полые штифты 14 имеют возможность радиального перемещения относительно шнека 3 за счет резьбовой пары 17. Кроме того, на цилиндре 2 в конце зоны загрузки 4 могут быть установлены ворошители 18. Полые штифты 14, входящие в цилиндр 2, подают расплав полимера и выполняют функции смесительных элементов. Агрегат для изготовления изделий из композиций, наполненных органическими волокнистыми материалами работает следующим образом (в качестве примера материалом наполнителя является ламинированная бумага). Бумажно-полимерный материал (например, отходы ламинированной бумаги), либо другой наполнитель поступает в устройство для загрузки 8, которое подает материал в загрузочное окно 9 экструдера-смесителя 1, обеспечивая сжатие указанного материала до необходимой плотности и дозирование его с нужной производительностью. Проходя через зону загрузки 4, бумажно-полимерный материал прогревается и подсушивается. Выходящая в виде пара влага выходит через хвост экструдера-смесителя 1, шнек 3 которого для этой цели имеет дополнительный виток, расположенный непосредственно перед зоной загрузки и не заполняемый материалом. Так как температура бумажно-полимерной массы перед смешением ее с расплавом полимера должна быть не меньше температуры плавления полимера (во избежание замораживания расплава), в зоне расположены нагреватели (на рисунке не показаны), обеспечивающие температуру цилиндра в пределах 160-180°С, а также ворошители в виде шти фтов 18 в цилиндре 2. Из зоны загрузки 4 бумажно-полимерная масса проходит через первое разделительное кольцо 10, разбивается на отдельные потоки и попадает в зону смешения. Сюда же одновременно и непрерывно, через смесительные полые штифты 14, из экструдера для подготовки расплава 8 подается расплав полимера. Под действием полых шти фтов 14, которые работают как смесительные элементы, масса бумажно-полимерного материала интенсивно перемешивается с расплавом полимера. Именно нагрев наполнителя (бумажной массы) до температуры расплава, разбиение его сплошного потока на отдельные потоки и последующее его эффективное смачивание расплавом полимерного материала с одновременным перемешиванием полыми штифтами 14, позволяет заменить сложные и дорогостоящие двушнековые экструдеры на одношнековые экструдеры-смесители, сократить длину зоны компрессии и обеспечить требуемое качество изделий. Затем бумажно-полимерная композиция, смешанная с расплавом полимера поступает в зону компрессии 6, в которой происходит ее некоторое досмешивание и создание требуемого напора, необходимого для формования. Предлагаемый экструзионный аппарат позволит создавать новый материал, по качеству не уступающий древесно-волокнистым плитам (ДВП), в частности в лаборатории переработки полимеров Киевского политехнического института из отходов ламинированной бумаги получен композиционный материал, свойства которого указаны в таблице. Кроме того, агрегат позволяет перерабатывать отходы бумажноперерабатывающих комбинатов, решая проблемы экологии и независимой сырьевой базы Украины, при этом конструкция его намного упрощена, что значительно снижает стоимость изготовления, материальноэнергетические затраты. Пример конструктивного выполнения агрегата для изготовления изделий из композиций, наполненных волокнистыми органическими материалами, с производительностью по готовому изделию 150 кг/час. Экструдер-смеситель: Диаметр шнека D = 0,9 м Длина зоны загрузки (5-6) · D Длина зоны смешивания (1-3) * D Длина зоны компрессии (6-8) · D Экструдер для подготовки расплава: - обычный шнековый экструдер ЧП 63 · 15 Шнек экструдера-смесителя: Наружный диаметр по виткам D - 09 м Частота вращения шнека (0-120)1 /мин Длина зоны загрузки (5-6) · D после зоны загрузки устанавливается первое разделительное кольцо (фиг. 1.3). Высота витка в зоне загрузки (12-13)мм Длина зоны смешивания (участок установки разделительных колец и полых шти фтов для ввода расплава) (2-3) · D Длина напорной зоны (6-8) * D Необходимо отметить три момента: - подаваемый материал обладает малой плотностью и способен комковаться, что предъявляет к устройству для загрузки наполнителя 8 определенные требования; - подаваемый материал обладает способностью к сжатию, что упрощает его дозирование с помощью дозирующего устройства 8, т.к. производительность последнего по массе может "плавать" в некоторых пределах при постоянной частоте вращения экструдера-смесителя 1.