способ переработки резиновой смеси и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ переработки резиновой смеси, в котором смешивают и пластицируют резиновую смесь, разогревают ее до температуры вулканизации с использованием диссипативного нагрева за счет сдвигового деформирования смеси в кольцевом зазоре между кольцевым корпусом и дорном, удаляют летучие из нагретой смеси и продавливают ее через формующий инструмент, отличающийся тем, что в зазоре между кольцевым корпусом и дорном резиновую смесь нагревают до температуры, на 10 25^oС меньшей температуры вулканизации, а продавливание смеси через формующий инструмент осуществляют с помощью шестеренчатого насоса, в котором за счет сдвигового деформирования смесь разогревают до температуры вулканизации.

2. Устройство для переработки резиновой смеси, содержащее червячный экструдер для смешения и пластикации смеси, камеру вентиляции с формующим инструментом и размещенное между экструдером и камерой средство для диссипативного нагрева смеси в виде привода вращения и установленных соосно червяку экструдера с возможностью относительного вращения кольцевого корпуса и дорна, имеющего на обращенной к червяку экструдера части конический участок с ребрами, отличающееся тем, что оно снабжено установленными в камере вентиляции перед формующим инструментом шестеренчатым насосом и приводным валиком для подачи в него смеси, смонтированным с возможностью контактирования с одной из шестерен насоса, причем кольцевой корпус неподвижно закреплен на корпусе экструдера, а дорн выполнен с возможностью вращения относительно червяка экструдера и снабжен полым валом, проходящим через полость червяка и связанным с приводом вращения.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что оно снабжено уплотнением с переходными винтовыми каналами, размещенными между коническим участком дорна и червяком экструдера.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к переработке полимеров и может быть использовано на заводах резиновых технических изделий.

Известны способы переработки резиновой смеси и устройство для их осуществления, когда перемешанную в червячном экструдере резиновую смесь, из которой удалены летучие вещества путем продавливания материала через измельчающее средство в вакуум, при 70-120^oC под давлением вводят в головку, где в зазоре между внутренней стенкой вращающейся гильзы и вращающимся в обратном направлении дорном, установленным на червяке, резиновую смесь нагревают до температуры вулканизации 160-230^oC и экструдируют через фильеру на транспортирующий механизм вулканизатора [1]

В этом способе процесс удаления газообразных веществ при температуре более низкой, чем температура вулканизации, поэтому при нагреве перерабатываемого материала до температуры вулканизации начинается интенсивное парообразование оставшихся в материале летучих веществ и влаги, не успевших испариться при низкотемпературном газоудалении, что приводит к пористости вулканизата. Повышение температуры в зоне газоудаления экструдера исключает возможность нагрева до нужной температуры, так как материал обладает тепловой памятью и при повторном нагревании в головке начинается вулканизироваться вследствие увеличения времени пребывания материала при высокой температуре.

Ближайшим к изобретению является известный способ переработки резиновой смеси, при котором смешивают и пластицируют резиновую смесь, разогревают ее до температуры вулканизации с использованием диссипативного нагрева. За счет сдвигового деформирования смеси в кольцевом зазоре между кольцевым корпусом и дорном удаляют летучие из нагретой смеси и продавливают ее через формирующий инструмент /2/.

В указанном способе удаление летучих производят после выхода нагретой смеси из кольцевого зазора, что позволяет предотвратить образование пористости в вулканизаторе. Однако в камере удаления летучих происходит падение давления смеси, в результате возможны застой резиновой смеси около стенок камеры и перевулканизация ее.

Указанный способ осуществляется с помощью устройства для переработки резиновой смеси, содержащего червячный экструдер для смешения и пластикации смеси, камеру вентиляции с формующим инструментом и размещенное между экструдером и камерой средство для диссипативного нагрева смеси в виде привода вращения и установленных соосно червяку экструдера с возможностью относительно вращения кольцевого корпуса и дорна, имеющего на обращенной к червяку экструдера части конический участок с ребрами.

Техническим результатом изобретения является повышение качества вулканизата за счет предотвращения перевулканизации резиновой смеси.

Для достижения указанного технического результата в способе переработки резиновой смеси, при котором смешивают и пластицируют резиновую смесь, разогревают ее до температуры вулканизации с использованием диссипативного нагрева за счет сдвигового деформирования смеси в кольцевом зазоре между кольцевым корпусом и дорном, удаляют летучие из нагретой смеси и продавливают ее через формующий инструмент, в зазоре между кольцевым корпусом и дорном резиновую смесь нагревают до температуры, на 10-25^oC меньшей температуры вулканизации, а продавливание смеси через формующий инструмент осуществляют с помощью шестеренчатого насоса, в котором за счет сдвигового деформирования смесь разогревают до температуры вулканизации.

Для достижения указанного технического результата устройство для переработки резиновой смеси, содержащее червячный экструдер для смешения и пластикации смеси, камеру вентиляции с формующим инструментом и размещенное между экструдером и камерой средство для диссипативного нагрева смеси в виде привода вращения и установленных соосно червяку экструдера с возможностью относительного вращения кольцевого корпуса и дорна, имеющего на обращенной к червяку экструдера части конический участок с ребрами, снабжено установленными в камере вентиляции перед формующим инструментом шестеренчатым насосом и приводным валиком для подачи в него смеси, смонтированным с возможностью контактирования с одной из шестерен насоса, причем кольцевой корпус неподвижно закреплен на корпусе экструдера, а дорн выполнен с возможностью вращения относительно червяка экструдера и снабжен полым валом, проходящим через полость червяка и связанным с приводом вращения.

Кроме того, устройство снабжено уплотнением с переходными винтовыми каналами, размещенным между коническим участком дорна и червяком экструдера.

На чертеже схематично изображено устройство для переработки резиновой смеси, продольный разрез.

Устройство для переработки резиновой смеси содержит червячный экструдер 7 для смешения и пластикации смеси, камеру 1 вентиляции с головкой 31 и формующим инструментом 32 и размещенное между экструдером 7 и камерой 1 средство для диссипативного нагрева смеси.

Средство для диссипативного нагрева смеси выполнено в виде привода вращения (не показан) и установленных соосно червяку 11 экструдера с возможностью относительного вращения кольцевого корпуса 5 и дорна 9, имеющего на обращенной к червяку экструдера части конический участок 21 с ребрами для предотвращения образования застойных зон. Кольцевой корпус 5 неподвижно закреплен на корпусе 6 экструдера 7. Дорн 9 выполнен с возможностью вращения относительно червяка 11 и снабжен полым валом 10, проходящим через полость червяка 11 и связанным с приводом вращения.

Между коническим участком 21 дорна 9 и червяком 11 экструдера размещено уплотнение с переходными винтовыми каналами, образованное буртом 12 вала 10 и плоской торцовой поверхностью 13 стакана 14 и нарезками 15 18, выполненными на поверхности червяка 11, корпуса экструдера и стакана 14. Нарезки выполнены с плавно изменяющейся от нуля до максимума и от максимума до нуля глубиной. В короткой, длиной не более одного диаметра, зоне пластикации червяк 11 имеет гладкую поверхность, а корпус экструдера нарезку 19. Дорн 9 на боковой поверхности имеет смесительно-транспортирующие элементы, выполненные в виде прерывистых нарезок 20.

Выходной участок 22 дорна 1 выполнен коническим. Неподвижное кольцо 5 по внутреннему диаметру выполнено коническим и имеет винтовые канавки 23 для измельчения смеси. Для контроля за состоянием уплотнения внутренняя поверхность червяка 11 имеет нарезку 24, по которой просочившаяся смесь может выходить наружу.

Для охлаждения дорна 9 имеется трубка 25, а для охлаждения камеры 1 - полости 8. Полости для охлаждения выполнены также в корпусе экструдера, червяка 11, дорна 9, стакана 14 и в валу 10.

В камере вентиляции 1 перед формующим инструментом 32 установлен шестеренчатый насос с охлаждаемыми зубчатыми колесами 2 и 3 и приводной валик для подачи в него смеси, который смонтирован с возможностью контактирования с одной из шестерен насоса. Для охлаждения валика 26 имеются трубки 26. Для предотвращения налипания смеси стенки камеры 1 имеют антиадгезионное покрытие 28. Питающий ролик 4 относительно верхнего зубчатого колеса 2 шестеренчатого насоса установлен с зазором 29, а относительно нижнего зубчатого колеса 3 без зазора. Это обеспечивает полное и равномерное заполнение впадин зубчатых колес насоса. Для исключения образования запаса материала, что могло бы вызвать преждевременную его вулканизацию, имеется клин 30. Для этой же цели зубчатые колеса 2 и 3 насоса выполнены узкими и темперированными. Малая ширина колес позволяет уменьшить объем головки 31, что обеспечивает снижение времени нахождения горячего материала перед формующим инструментом 32. Полость 27 для удаления газообразных веществ герметизирована крышкой 33. Экструдер может иметь вертикальное исполнение. В этом случае ось нагревательного механизма и червяка совмещается с осью 34. Шестеренчатый насос с питающим роликом, вращающийся дорн и червяк имеют раздельные регулируемые приводы. Скорость вращения червяка регулируется по давлению в измельчающем средстве, образованном вращающимся дорном 9 и неподвижным кольцом 5. Скорость вращения дорна регулируется по температуре материала. В начале работы, когда материал еще не заполнил канавки 23 и зазоры между внутренней поверхностью кольца 5 и поверхностью дорна 22, во избежание задиров и других повреждений дорн должен вращаться с малой скоростью.

При работе устройства реализуется способ переработки резиновой смеси следующим образом.

Под действием червяка 11 загруженная в корпус экструдера 7 резиновая смесь под давлением подается в переходные винтовые каналы, образованные нарезками 15 18, представляющие в целом смесительный участок, где происходит ее пластикация. Далее разогретая и перемешанная резиновая смесь поступает в кольцевой зазор средства для диссипативного нагрева, где под действием быстро вращающегося дорна 9 и прерывистых нарезок 20 она окончательно перемешивается и за счет интенсивных сдвиговых деформаций нагревается. Прерывистые нарезки кроме транспортирующего действия обеспечивают интенсивное смешение материала вследствие разности окружной скорости v нарезок 20 и скорости течения смеси на гладкой между нарезками поверхности, равной 0,4-0,5v.

За доли секунды смесь нагревают до температуры, на 10-25^oC меньшей температуры вулканизации, в винтовых канавках 23 неподвижного кольца под действием быстро вращающегося дорна и продавливаются в зону 27 удаления газов камеры 1 вентиляции, где поддерживается низкое давление. В момент выхода из канавок, освободившись от давления, под действием упругих сил и внутреннего давления от паров летучих веществ, материал расширяется, кратковременно образуя поры, через которые выходят скопившиеся пары. Вылетев со скоростью из винтовых канавок, расположенных по конусу, материал в виде отдельных стренг собирается в пучок и падает на среднюю часть питающего ролика 4, с помощью которого он уплотняется и подается через зазор 29 на зубчатые колеса 2 и 3 шестеренчатого насоса. В зазоре 29 образуется небольшой запас материала, который вдавливается под действием питающего ролика во впадины зубчатых колес, откуда подается в полость 31 оформляющей головки и продавливается через формующий инструмент 32, например фильеру в виде заготовки, имеющей температуру вулканизации. При движении во впадинах зубьев за счет сдвигового деформирования смесь догревается до заданной температуры вулканизации.

Переработка резиновых смесей по описываемому способу требует строгого соблюдения условий, чтобы операции измельчения, газоудаления и продавливания через формующий инструмент длились несколько меньше времени нахождения материала в вязкотекучем состоянии. Температура материала при проведении этих операций должна поддерживаться с точностью 1^oC. Для этого регулирование температуры материала в измельчающем средстве ведется изменением частоты вращения дорна 9. Это обеспечивает возможность осуществления безинерционного регулирования. Система регулирования в приводе червяка 11 не должна допускать образования большого запаса в зазоре 29 или его исчезновения. За счет совмещения операций измельчения, диссипативного нагрева и гомогенизации, а также за счет высокого КПД шестеренчатого насоса энергоемкость переработки снижается в 1,5 раза.