PL182591B1 - Wyrób z tworzywa sztucznego, sposób wykonywania wyrobu z tworzywa sztucznego i urządzenie do wykonywania wyrobu z tworzywa sztucznego - Google Patents

Abstract

1 . W yrób z tworzywa sztucznego zawierajacy tworzywo matrycowe oraz 1% do 30% tworzywa barierowego i m ajace strukture lam inarna, znamienny tym, ze tworzywo barierowe jest ulozone w wyrobie (11) w postaci struktury lam inarnej o ksztalcie splaszczonych walców. 7. Sposób wykonywania wyrobu z tworzywa sztucz- nego, w którym tworzywo do wytlaczania podaje sie w for- mie proszku, tabletek lub granulek, co najm niej jednym urzadzeniem podajacym do przestrzeni roboczej, znamien- ny tym, ze wzglednym ruchem obrotowym stojana (2,3) i wirnika (1) tworzywo przemieszcza sie wzdluz osi wir- nika (1) i wytwarzanym w strefie scinania cieplem tarcia topi sie czesc tworzywa, tworzac podloze zlozone glównie z czastek nie stop ion ych oaz z rozm ieszczonego w okól n ich stopio- nego tw orzyw a, oraz........................................................ 16. Urzadzenie do wykonywania wyrobu z tworzywa sztucznego, zawierajace zespól zasilania, co najm niej jeden wirnik i co najm niej jeden stojan oraz szczeline podajaca miedzy nim i oraz rowki umieszczone z jednej strony szcze- liny podajacej, przy czym pole przekroju poprzecznego ro- wka jest stale, a takze posiadajace rowek przeciwbiezny umieszczony z drugiej strony szczeliny podajacej, co naj- m niej na dlugosci szczeliny, którego kierunek naciecia jest przeciwny do kierunku rowka znajdujacego sie po drugiej stronie szczeliny podajacej, znamienne tym, ze za strefa podawania jest usytuowana strefa scinania, zas............... FIG. 1 PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest wyrób z tworzywa sztucznego, sposób wykonywania wyrobu z tworzywa sztucznego i urządzenie do wykonywania wyrobu z tworzywa sztucznego.

W przypadku tworzyw sztucznych o dużej masie cząsteczkowej występują duże trudności przy wytłaczaniu na konwencjonalnej wytłaczarce z długim ślimakiem i cylindrem. W wyniku tarcia wytwarzane ciepło powoduje zbytni wzrost temperatury, co obniża wydajność wytłaczarki. Do polimerów stwarzających trudności w przetwórstwie można zaliczyć na przykład tworzywa fluorowe i polietyleny o dużej masie molowej i masie cząsteczkowej ponad 200 000 g/mol, a w przypadku bardzo twardych tworzyw nawet ponad 300 000 g/mol. Jest wiele podobnych bardzo trudnych w przetwórstwie materiałów mających zwykle wysoką masę cząsteczkową i związaną z tym niską płynność i wysoką temperaturę topnienia oraz w pewnych przypadkach wąski zakres parametrów prowadzenia procesu, co inaczej można określić, że temperatura rozkładu tworzywa jest bliska wartości temperatury topnienia.

Wytłaczanie jest szczególnie trudne przy niskiej temperaturze, gdy utrzymywana jest temperatura wytłaczania kilkanaście stopni powyżej temperatury topnienia kryształów, tj. zwykle 30 do 40° poniżej normalnej w celu przeciwdziałania zbyt wcześniej reakcji dodanych składników czynnych. Sytuacja ta występuje zwłaszcza w produkcji rur·. Występujące problemy są wynikiem występowania pięciu wzajemnie zależnych funkcji związanych z ruchem ślimaka, z jedną osią działania, a więc z jedną prędkością obrotową: podawania, topnienia, mieszania, homogenizacji i wytwarzania ciśnienia. W spotykanych wytłaczarkach występują długie ślimaki o stosunku długości do średnicy około 20 do 30, posiadające jedną a czasami dwie lub trzy nitki rowków. Rowki są różne w różnych sekcjach poprzez zróżnicowanie przekrojów poprzecznych w ten sposób, że w sekcji zasilania tworzywem rowki są często głębokie i rozstawione w dużych odstępach, w strefie uplastyczniania przekrój poprzeczny jest zachowany stały i w zasadzie większy niż w strefie wypływu. Tak więc przepływ tworzywa jest utrudniony, a dławienie na końcu powoduje wydzielanie, w wyniku tarcia, dużej ilości ciepła. W strefie mieszania rowek często posiada specjalną geometrię i staje się płytszy powodując tym wzrost ciśnienia. Ciśnienie powoduje przepływ masy nawet w przypadku skomplikowanego narzędzia. Z drugiej strony, w spotykanych wytłaczarkach całkowita długość rowka na ślimaku jest za duża i stosunek długości rowka do jego przekroju poprzecznego staje się również zbyt duży, co jest nieodpowiednie w przypadku tworzyw o niskiej płynności.

Z opisu patentowego USA nr 3,314,108 znana jest wytłaczarka z wirnikiem stożkowym oraz ze stożkowymi stojanami znajdującymi się wewnątrz i na zewnątrz wirnika. Wirnik posiada płaskie prostokątne rowki do ściskania tworzywa wytłaczanego poprzez obrót wirnika. Występują tu duże trudności w przypadku wytłaczania tworzyw trudnoprzetwarzalnych. Ponadto występuje ograniczenie wydajności.

182 591

Z opisu patentowego EP 0,422,042 znana jest wytłaczarka posiadająca kilka stojanów stożkowych i kilka stożkowych wirników umieszczonych między nimi. Wirnik i/lub stojany posiadają rowki w kształcie sklepień ściskające surowiec wytłaczany z wytłaczarki wskutek obrotu wirnika. Urządzenie to pozwala na wytwarzanie posiadających wiele zalet wielowarstwowych rur z tworzyw, niemniej jednak produkcja z surowców trudnoprzetwarzalnych stanowi i tutaj problem. Ponadto ciśnienie wytłaczania wytwarzane jest na wyjściu z wytłaczarki i wydajność jej nie jest w pełni zadawalająca. Ponadto tworzywo jest topione ciepłem dostarczanym z zewnątrz co stwarza trudność regulacji temperatury, a zużycie energii jest stosunkowo duże.

Z opisu patentowego USA nr 4,125,333 znana jest wytłaczarka o długim ślimaku z nacięciem i stojanem umieszczonym na zewnątrz ślimaka i posiadającym tak samo skierowane nacięcia. Powodują one cofanie się tworzywa, podczas którego następuje mieszanie i wydzielanie wskutek tarcia pewnej ilości ciepła, wzrastającej w sposób niekontrolowany.

Z opisu patentowego DE nr 2,558,238 znana jest wytłaczarka posiadająca na końcu sekcję mieszania z jednakowymi przeciwległymi lub prostymi rowkami w stojanie. Urządzenie to miesza surowiec bardzo skutecznie lecz nie można go stosować w przypadkach wymagających dokładnego ustalenia temperatury ponieważ w wyniku tarcia następuje znaczne wydzielanie ciepła.

Z opisu patentowego USA nr 3,712,783 znana jest wytłaczarka z rozbieżną strefą podawania. Po przejściu strefy podawania tworzywo jest przetłaczane do strefy dławienia. Następnie jest wytłaczane z wytłaczarki. Budowa tego urządzenia jest bardzo złożona i powoduje występowanie bardzo dużego tarcia, a ponieważ ciśnienie wytłaczania rośnie, blisko wylotu wydajność jego jest bardzo ruska.

Z opisu patentowego EP 0,678,069 znane jest wytłaczanie wyrobu w postaci rury wielowarstwowej z sieciowanego polietylenu. W pierwszym etapie następuje wytłoczenie warstwy środkowej rury, a następnie pokrywanie jej kolejnymi warstwami. Warstwy te są nakładane tylko w celu polepszenia płynięcia rury w układzie grzewczym. Niedogodnością występującą w tym urządzeniu jest konieczność stosowania układu na gwiaździście rozstawionych wspornikach, co powoduje występowanie linii zgrzewania.

Celem wynalazku jest opracowanie wyrobu wytłaczanego sposobu i urządzenia do wykonywania wyrobu wytłaczanego umożliwiających stosunkowo łatwe wytłaczanie również surowców trudnoprzetwarzalnych.

Wyrób z tworzywa sztucznego zawierający tworzywo matrycowe oraz 1% do 30% tworzywa barierowego i mające strukturę laminamą, według wynalazku charakteryzuje się tym, że tworzywo barierowe jest ułożone w wyrobie w postaci struktury laminamej o kształcie spłaszczonych walców.

Korzystnie, tworzywem matrycowym jest polietylen, a tworzywem barierowym jest poliamid zgrzewalny z polietylenem.

Korzystnie, tworzywem matrycowym jest polietylen, a tworzywem barierowym jest polipropylen.

Korzystnie, tworzywem barierowym jest alifatyczny poliketon.

Korzystnie, tworzywem matrycowym jest usieciowany polietylen.

Korzystnie, tworzywo matrycowe i tworzywo barierowe są niemieszalne ze sobą.

Sposób wykonywania wyrobu z tworzywa sztucznego, w którym tworzywo do wytłaczania podaje się w formie proszku, tabletek lub granulek, co najmniej jednym urządzeniem podającym do przestrzeni roboczej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że względnym ruchem obrotowym stojana i wirnika tworzywo przemieszcza się wzdłuż osi wirnika i wytwarzanym w strefie ścinania ciepłem tarcia topi się część tworzywa, tworząc podłoże złożone głównie z cząstek nie stopionych oraz z rozmieszczonego wokół nich stopionego tworzywa, oraz wypełnia się przestrzeń roboczą, w przekroju poprzecznym na pewnym odcinku od końca urządzenia i podniesionym ciśnieniem przepycha się tworzywo wzdłuż osi wirnika przez dyszę.

182 591

Korzystnie, tworzywo złożone ze stopionych i nie stopionych cząstek ujednorodnia się i miesza się w sekcji za strefą ścinania, przy czym ścinanie w sekcji za strefą ścinania jest mniejsze niż w strefie ścinania.

Korzystnie, za strefą ścinania ciśnienie utrzymuje się zasadniczo stałe.

Korzystnie, przepływ tworzywa wzdłuż rowka wirnika zmienia się przemieszczeniem tworzywa poprzez rowek pierścieniowy do nowego zespołu rowków spiralnych.

Korzystnie, tłoczone tworzywo przetwarza się w małym stopniu i płynące tworzywo zawiera na końcu wyjściowym wytłaczarki, przed urządzeniem grzejnym tworzywo, częściowo nie stopione cząstki i tworzywo spieka się w sposób ciągły łącząc nie stopione cząstki wzajemnie, głównie powierzchniami.

Korzystnie, wirnik i/lub stojan chłodzi się w sekcji podawania.

Korzystnie, temperaturę tworzywa w strefie urządzenia grzejącego zwiększa się do poziomu wyższego niż temperatura tworzywa w wytłaczarce.

Korzystnie, ujednorodnia się wypływające tworzywo ustawiając temperaturę urządzenia grzejącego i czas przetrzymania tworzywa w strefie oddziaływania urządzenia grzejącego.

Korzystnie, wprowadza się do wnętrza wyrobu trzpień i ustawia się go osiowo odginając drążek skrętny podparty na powierzchni wewnętrznej już ustawionego wyrobu. .

Urządzenie do wykonywania wyrobu z tworzywa sztucznego zawierające zespół zasilania, co najmniej jeden wirnik i co najmniej jeden stojan oraz szczelinę podającą między nimi oraz rowki umieszczone z jednej strony szczeliny podającej, przy czym pole przekroju poprzecznego rowka jest stałe, a także posiadające rowek przeciwbieżny umieszczony z drugiej strony szczeliny podającej, co najmniej na długości szczeliny, którego kierunek nacięcia jest przeciwny do kierunku rowka znajdującego się po drugiej stronie szczeliny podającej według wynalazku charakteryzuje się tym, że za strefą podawania jest usytuowana strefa ścinania, zaś rowki przeciwbieżne są rozmieszczone na całej długości strefy ścinania, a obejmująca objętości rowków w wirniku, rowków przeciwbieżnych w stojanie i prześwit między nimi powierzchnia przekroju poprzecznego przestrzeni roboczej, jest coraz mniejsza, co najmniej częściowo w sposób ciągły wzdłuż długości wirnika.

Korzystnie, objętość przestrzeni roboczej jest coraz mniejsza wzdłuż osi wirnika co najmniej aż do końca strefy ścinania, korzystnie w połowie całkowitej długości wirnika, a korzystniej w przedziale 1/3 do 2/3 długości wirnika.

Korzystnie, objętość przestrzeni roboczej za strefą ścinania jest stała lub powiększa się.

Korzystnie, wirnik i stojan są walcowe a powierzchnia przekroju poprzecznego rowków przeciwbieżnych zmniejsza się równomiernie do końca strefy ścinania.

Korzystnie, szerokość rowków przeciwbieżnych jest mniejsza niż szerokość powierzchni zgarniających pomiędzy rowkami po przeciwnej stronie szczeliny podającej.

Korzystnie, szerokość rowka przeciwbieżnego jest około 30 do 50% mniejsza niż szerokość rowka po drugiej stronie szczeliny podającej.

Korzystnie, pochylenie rowka przeciwbieżnego jest około 1 do 90°, korzystnie równe połowie wielkości pochylenia rowka po drugiej stronie szczeliny podającej, najkorzystniej 3 do 10°.

Korzystnie, umieszczona po jednej stronie rowków szczelina podająca jest stożkowa co najmniej na pewnej długości, a średnica szczeliny podającej na końcu od strony zasilania tworzywem jest większa od średnicy na końcu bliższym wyjściu tworzywa, zaś stosunek średnicy szerszej części stożka do średnicy węższej jest zbliżony do stosunku gęstości masy tworzywa w stanie stałym do gęstości nasypowej tworzywa.

Korzystnie, urządzenie zawiera kilka urządzeń zasilających umieszczonych w różnych miejscach w kierunku osiowym i/lub obwodowym urządzenia.

Korzystnie, stosunek szerokości rowka do jego głębokości wynosi 2 do 7.

Korzystnie, rowki posiadają kształt półkolisty.

Korzystnie, rowki posiadają kształt trójkątny.

182 591

Korzystnie, przynajmniej niektóre z powierzchni zgarniających rowków są pochylone, a szczelina pomiędzy wirnikiem a stojanem jest większa na przedniej krawędzi powierzchni zgarniającej niż na tylnej krawędzi powierzchni zgarniającej.

Korzystnie, na zewnątrz wirnika znajduje się zewnętrzny stojan, a wewnątrz znajduje się stojan wewnętrzny, a wirnik posiada szczeliny podające z ukośnymi ścięciami rozciągającymi się na zewnątrz wirnika od co drugiej szczeliny podającej i do wewnątrz wirnika przez pozostałe szczeliny.

Korzystnie, urządzenie zasilające jest urządzeniem ze ślimakiem podającym.

Korzystnie, wirnik i stojan są pokryte środkiem odpornym na zużycie, a materiały z których są wykonane mają lepszą przewodność cieplną niż stal narzędziowa.

Korzystnie, za strefą ścinania rowki w wirniku i rowki przeciwbieżne w stojanie są ustawione w tym samym kierunku.

Istota wynalazku polega na tym, że tworzywo jest przetłaczane w przestrzeni roboczej składającej się z rowków w wirniku i stojanie, i szczeliny między nimi, a objętość tej przestrzeni zmniejsza się, przynajmniej w części, w kierunku poosiowym tak, że tworzywo jest przemieszczane wzdłuż osi do przestrzeni o mniejszym przekroju poprzecznym, podczas gdy ciepło tarcia spowodowane ścinaniem powoduje przynajmniej częściowe topienie tworzywa, w wyniku czego wzrasta ciśnienie już w pewnej odległości od końca urządzenia. Ponadto istota wynalazku polega na tym, że tworzywo może być tak przetworzone, że w przypadku gdy nie ma urządzenia grzejącego przepływająca przez otwór wytłaczarki masa zawiera cząstki niecałkowicie stopione. Na przykład w przypadku polietylenu cząstki takie są widoczne jako jaśniejsze w przezroczystej masie. Przeprowadzone badania wykazały, że nie stopione cząstki nie pogarszają własności wyrobu.

Zaletą wynalazku jest to, że stopienie i ujednorodnienie masy wymaga możliwie mało energii na odkształcenia. Gdy ciśnienie wzrasta odpowiednio wysoko w stosunkowo wczesnym etapie możliwe staje się istotne zwiększenie wydajności urządzenia. Możliwe jest określenie dla danej wytłaczarki teoretycznej wydajności określonej jako ilość idealnego materiału wytwarzanego przez urządzenie na jeden obrót wirnika. W istniejących urządzeniach rzeczywista wydajność jest raczej niska w porównaniu do maksymalnej teoretycznej i wynosi około 10 do 15%. W niniejszym urządzeniu możliwe jest osiągnięcie 50% maksymalnej wydajności teoretycznej przez zastosowanie rowków przeciwbieżnych oraz zmniejszanie powierzchni przekroju poprzecznego przestrzeni. Przy niezmiennym przekroju rowka przenoszącego stopiony surowiec nie zostaje wytworzona siła usuwająca tworzywo z przestrzeni rowka nawet w końcowej jego części. W przypadku wykonania rowków przeciwbieżnych po drugiej stronie szczeliny podającej należy stworzyć szeroką powierzchnię zgarniającą pomiędzy rowkami podającymi, ponieważ rowki przeciwbieżne wybierają wytłaczany surowiec, przemieszczany następnie skutecznie wzdłuż urządzenia, co oznacza, że ilość traconej energii znacznie zmniejsza się.

Kiedy powierzchnie zgarniające rowków przeciwbieżnych są odpowiednio ustawione w stosunku do powierzchni zgarniających rowków po drugiej stronie szczeliny podającej wtedy nie występuje przepływ powrotny surowca, natomiast wymuszone zostaje korzystne jego obracanie. W przypadku urządzenia posiadającego kształt ślimaka zgodnie z wynalazkiem możliwe jest wytłaczanie tworzyw trudnoprzetwarzalnych. Możliwe jest na przykład przetwarzanie polietylenu sieciowanego o masie cząsteczkowej ponad 200 000 g/mol na bardzo odporne tworzywa o masie ponad 300 000 g/mol. Nawet w przypadku takich surowców możliwe jest osiągnięcie w tym urządzeniu wydajności na przykład 100 kg/h, podczas gdy konwencjonalna wytłaczarka tłokowa daje około 25 kg/h. Kiedy rowki przeciwbieżne, przestrzeń robocza lub szczelina podająca są wykonane tak, że zmieniają się w stosunku równym stosunkowi gęstości masy stałej tworzywa do wytłaczania do jego gęstości nasypowej należy zapobiec przepływowi powietrza w przepływie masy tworzywa. Ponadto przeładowanie nie powoduje tak wielkiego wzrostu ciśnienia, które może prowadzić do uszkodzenia urządzenia lub przynajmniej wyłączenia. Przepływ tworzywa w trójkątnych lub półkolistych rowkach

182 591 jest łatwy, różnice temperatur są mniejsze, a ruch obrotowy tworzywa w płaszczyźnie przekroju poprzecznego rowka bardzo efektywny. W przypadku ślimaka stożkowego możliwe jest skrócenie długości całkowitej rowka w ślimaku, a w wyniku tego zmniejszenie ilości wytwarzanego wskutek oporów przepływu ciepła. Ponadto powierzchnia ślimaka stożkowego jest o około 50% większa od powierzchni ślimaka w typowej wytłaczarce cylindrycznej, przy tej samej wydajności. Jest to bardzo korzystne z punktu widzenia chłodzenia i ogrzewania. Okrągły jednoślimakowy układ z rowkami przeciwbieżnymi wymaga aby wytłaczarka posiadała, w związku z wysokim ciśnieniem i tarciem, chłodzenie w strefie podawania. Istotnym ulepszeniem w urządzeniu zgodnie z wynalazkiem jest to, że nie jest wymagane dodatkowe chłodzenie, a proces jest bardzo stabilny i łatwo sterowalny. Pomimo bardzo wysokiej wydajności nie jest również wymagane dodatkowe chłodzenie (wentylatory itp.) zbiornika wytłaczarki.

Przedmiotem wynalazku w przykładzie wykonania jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia uproszczony przekrój podłużny urządzenia zgodnie z wynalazkiem, fig. 2 - przekrój poprzeczny szczegółu innego urządzenia zgodnie z wynalazkiem, fig. 3 szczegół urządzenia pokazanego na fig. 1, fig. 4 - przekrój podłużny trzeciego urządzenia zgodnie z wynalazkiem, fig. 5 - widok z boku części wirnika urządzenia zgodnie z wynalazkiem, fig. 6 - przekrój poprzeczny części wirnika z fig. 5, fig. 7 - schematycznie ruch tworzywa w wirniku, fig. 8 -schematycznie przeprowadzony pod kątem przekrój poprzeczny wyrobu wytłaczanego w postaci rury z tworzywa wykonanej na urządzeniu zgodnie z wynalazkiem, fig. 9 - schematycznie, w widoku z boku wirnik urządzenia zgodnie z wynalazkiem, fig. 10schematycznie wykres zmian ciśnienia w urządzeniu zgodnie z wynalazkiem, fig. 11 - schematycznie przekrój podłużny urządzenia zgodnie z wynalazkiem, fig. 12 - schematycznie przekrój podłużny jeszcze jednego urządzenia zgodnie z wynalazkiem.

Na figurze 1 pokazano wytłaczarkę z obracającym się wirnikiem 1, stożkowym stojanem zewnętrznym 2 usytuowanym na zewnątrz wirnika 1 i stożkowym stojanem wewnętrznym 3 znajdującym się wewnątrz wirnika 1. Pomiędzy wirnikiem 1 a stojanami zewnętrznym 2 i wewnętrznym 3 znajdują się zwężające się lub stożkowe szczeliny podające 4. Szczeliny podające 4 są w rzeczywistości mniejsze niż pokazano na fig. '1. Wirnik 1 obraca się wraz z zespołem obrotowym 5. Ponadto urządzenie posiada zespół zasilania 6 podający tworzywo do przetłaczania do szczeliny podającej 4. Urządzenie posiada kilka zespołów zasilania 6 tak rozmieszczonych, że tworzywo może być podawane w określone miejsca szczeliny podającej 4, na przykład w najszerszym lub węższym przekroju wirnika 1 bliższym jego końca wylotowego. Możliwe jest zastosowanie jednego lub kilku zespołów zasilania 6 na obwodzie. Urządzenie zgodnie z wynalazkiem posiada kilka zespołów zasilania 6 i w przypadku, gdy gęstość nasypowa tworzywa do wytłaczania jest większa od gęstości do której przeznaczony jest ślimak możliwe jest utrzymanie optymalnych parametrów poprzez dostarczanie tworzywa do szczeliny podającej 4 zespołem zasilania 6 położonym bliżej wylotu.

Wirnik 1 posiada rowki 7, tj. wgłębienia nacięte jak gwint, przesuwające podczas obrotu wirnika 1 wytłaczane tworzywo do wylotu. Z drugiej strony szczeliny podającej 4 tj. w stojanach zewnętrznym 2 i wewnętrznym 3 nacięte są rowki przeciwbieżne 8. Rowki przeciwbieżne 8 ułatwiają przetłaczanie przez wytłaczarkę tworzyw trudnoprzetwarzalnych. Nacięcie rowków przeciwbieżnych 8 przebiega w kierunku przeciwnym do kierunku nacięcia rowków 7 w wirniku 1. Rowki przeciwbieżne 8 znajdujące się w strefie podawania i w strefie ścinania wytwarzają dodatkowe tarcie, ponieważ granulki lub proszek przywierają do powierzchni rowków przeciwbieżnych 8, co jest pożądane w pierwszym etapie procesu przetwarzania tworzywa. Po przejściu strefy podawania rowki przeciwbieżne 8 wychwytują wytłaczany materiał i przemieszczają go wzdłuż wytłaczarki. Tak więc rowki przeciwbieżne 8 zmniejszają ilość zbędnej energii i skutecznie uplastyczniają tworzywo bez nadmiernego wzrostu temperatury. Jeśli przetłaczane tworzywo nie przywiera, np. do gładkiej powierzchnie stojana, zewnętrznego 2 i wewnętrznego 3 może być również skutecznie uplastyczniane oddziaływaniem rowków przeciwbieżnych 8, nawet przy niskiej temperaturze. Odpowiednią wielkość

182 591 siły tarcia można uzyskać przez dobór właściwych powłok kryjących na wirniku 1 i stojanie zewnętrznym 2 i wewnętrznym 3. Zaleca się pokrywanie stojana zewnętrznego 2 i wewnętrznego 3 cienkimi warstwami ceramicznymi lub, np., syntetycznym diamentem (DLC). Zaleca się pokrywanie wirnika 1 materiałami o niskim współczynniku tarcia.

Gdy urządzenie posiada odporne na ścieranie pokrycia, bardziej miękki materiał lepiej przewodzący ciepło, np. brąz berylowy, posiadający pięciokrotnie lepszą przewodność cieplną niż stal narzędziowa, może zostać użyty do wykonania wirnika 1 i/lub stojana zewnętrznego 2 i wewnętrznego 3. W przypadku urządzenia stożkowego skrócenie urządzenia daje tą korzyść, że istnieje możliwość efektywnego przewodzenia ciepła z końca wylotowego urządzenia do zimniejszej sekcji początkowej, co zapobiega zbyt wczesnemu topnieniu tworzywa. W takim przypadku występuje w płynącej masie tworzywa bardzo korzystna różnica temperatur. Kształt stożkowy daje również tą korzyść, że stosunek długości ślimaka do jego największej średnicy umożliwia sztywne ułożyskowanie wirnika 1 przez umieszczenie łożyska w najszerszej części, zapobiegając występowaniu odkształceń i zetknięciu ze sobą części metalowych.

W przypadku tworzyw o wysokiej masie cząsteczkowej linia zgrzewania jest słabym miejscem wyrobu. Tak więc ślimak z wewnętrznym otworem daje możliwość zwiększenia wytrzymałości wyrobu, jako że przyrząd jest mocowany do obudowy wytłaczarki bez wsporników. Na fig. 1 pokazano trzpień 10 umieszczony w otworze wewnątrz stojana wewnętrznego 3 i opartego na stojanie wewnętrznym 3. W wyniku tego trzpień 10 pozostaje ustalony bez wsporników, a tworzywo jest dostarczane do trzpienia 10 bez rozwarstwiania go w żadnej części wytłaczarki. Zwłaszcza w przypadku, gdzie dopuszcza się wypływanie z urządzenia cząstek nie stopionych, wsporniki powodowałoby znaczne osłabienie szwu.

Przekrój poprzeczny rowków 7 w wirniku 1 pozostaje niezmienny od sekcji zasilania do końca ślimaka. W wyniku tego energia deformacji wykorzystana na stopienie i ujednorodnienie tworzywa może być możliwie mała. W urządzeniu, zgodnie z wynalazkiem, ciśnienie wytłaczanego tworzywa jest wytwarzane, co jest najkorzystniejsze, na samym początku strefy ścinania i jest następnie utrzymywane na stałym poziomie. Jeśli największa średnica wirnika 1 jest, np. około 400 mm, a minimalna około 200 mm, wirnik 1 posiada najczęściej około 20 rowków o szerokości 6 mm. Wydajność takiego urządzenia wynosi około 300 kg/h. Zaskakującym jest to, że wydajność i jakość wytłaczanego tworzywa może być utrzymana na dobrym poziomie przy różnych tworzywach. Można powiedzieć, że wytłaczarka stożkowa odpowiada kilku równolegle połączonym wytłaczarkom cylindrycznym. W tym przypadku możliwe jest lepsze sterowanie przepływem. Ustalono w przeprowadzonych badaniach, że różnice czasu przebywania tworzywa są mniejsze niż w istniejących wytłaczarkach. Jest to szczególnie istotne w wytłaczaniu, gdzie na przykład nadtlenek został zmieszany z tworzywem i czas pozostawania musi być krótki, a rozdzielenie wąskie, w celu zapobiegania sieciowaniu wewnątrz wytłaczarki. Ponadto tak małe rowki 7 i rowki przeciwbieżne 8 powodują orientację molekuł wzdłuż nich co zmniejsza tarcie tworzywa w rowkach 7 i rowkach przeciwbieżnych 8. Również powierzchnia zetknięcia urządzenia z tworzywem jest duża, czego rezultatem jest efektywna wymiana ciepła. Na przykład przy średnim czasie pozostawania w wytłaczarce konwencjonalnej powierzchnia przekazywania ciepła, z którą jest w zetknięciu tworzywo w urządzeniu stożkowym jest ponad dwa razy większa. Oznacza to, że temperatura tworzywa trudnoprzetwarzalnego może być skuteczniej sterowana chłodzeniem lub podgrzewaniem.

Podczas przetwarzania tworzywa w urządzeniu zgodnie z wynalazkiem gęstość tworzywa zmienia się w miarę przesuwania się od strony zasilania do końca ślimaka. Wynika to stąd, że tworzywo dostarczane jest do urządzenia w postaci granulatu lub proszku. Gęstość tworzywa w tym stanie jest zwykle równa 20 do 80% gęstości tworzywa w stanie stałym. Problemami staje się więc często porowatość wyrobu i niska wydajność. Ponieważ urządzenie pokazane na fig. 1 jest stożkowe, prędkość obwodowa wirnika 1 zmienia się tak, że jest większa w strefie zasilania niż przy dyszy wylotowej. Stosunek średnicy początkowej wirnika 1

182 591 do średnicy końcowej powinien być równy stosunkowi gęstości wytłaczanego tworzywa w stanie stałym do jego gęstości nasypowej. Inaczej mówiąc, w typowym wykonaniu średnica początkowa wirnika 1 powinna być 1,25 do 5 razy większa od średnicy sekcji końcowej wirnika 1; najbardziej zalecany jest stosunek około 2.

W przypadku urządzenia niestożkowego możliwe jest uzyskanie efektu podobnego do opisanego powyżej poprzez zmianę przekroju poprzecznego rowków przeciwbieżnych 8 od sekcji początkowej do końcowej, w taki sposób, aby stosunek przekroju poprzecznego na początku rowka przeciwbieżnego 8 do przekroju na jego końcu był w przybliżeniu równy stosunkowi gęstości wytłaczanego tworzywa w stanie stałym do jego gęstości nasypowej.

W urządzeniu zgodnie z wynalazkiem szerokość sekcji podawania w kierunku osiowym jest równa średnicy szczeliny podającej. Długość strefy ścinania znajdującą się za strefą podawania określamy w kierunku osiowym czujnikiem ciśnienia ustalając miejsce, w którym następuje całkowite wypełnienie rowka 7 i rowka przeciwbieżnego 8 tworzywem. Za strefą ścinania do końca urządzenia znajduje się strefa ujednoradniania i mieszania. Nie jest potrzebna oddzielna strefa zwiększania ciśnienia ponieważ topienie tworzywa następuje w strefie ścinania czemu towarzyszy jednoczesny wzrost ciśnienia. Urządzenie może wytwarzać ciśnienie równe stratom ciśnienia narzędzia już w strefie ścinania. Zaleca się, aby za strefą ścinania kierunek rowków przeciwbieżnych 8 zmienił się, tj. rowki przeciwbieżne 8 stają się współbieżne, co powoduje poprawę efektywności mieszania. W tym obszarze urządzenie może być stożkowe lub cylindryczne. Dalej, powierzchnia przeciwległa może posiadać w tym obszarze na przykład zachodzące na siebie półkuliste wycięcia poprawiające ujednorodnianie tworzywa.

W przeprowadzonych badaniach wykazano, że w przypadku konwencjonalnych wytłaczarek, posiadających na przykład proste rowki w strefie zasilania bardzo łatwo dochodzi do przeładowania czego konsekwencją jest, jak wynika z pomiarów, wzrost ciśnienia do wielkości 1000 χ 10⁵ Pa (1000 barów). Zgodnie z wynalazkiem, zmniejszanie objętości oraz zmniejszanie ścinania powoduje szybkie stworzenie z częściowo stopionego tworzywa oraz z cząstek korka powodującego szybszy wypływ tworzywa z rowków, a ponieważ przekrój poprzeczny rowka jest stały tworzywo wypływa szybko i skutecznie z urządzenia co oznacza, że już w urządzeniu następuje zabezpieczenie przed nadmiernym wzrostem ciśnienia. W badaniach wykazano również, że w urządzeniu zgodnie z wynalazkiem prawie niemożliwe jest wystąpienie ciśnienia mogącego doprowadzić do uszkodzenia urządzenia lub do wystąpienia krytycznych naprężeń skręcających. Ponadto, ponieważ wytłaczarka zgodnie z wynalazkiem jest krótka nie może wystąpić przeciwciśnienie. W związku z tym 'przy wzroście prędkości obrotowej następuje spadek temperatury tworzywa, a inaczej mówiąc urządzenie może pracować w szerokim zakresie parametrów procesu, zwłaszcza ze względów sieciowania, ponieważ zakres prędkości obrotowych przy których możliwe jest stworzenie stałego przeciwciśnienia poprzez zmiany proporcji ślimaka i zasilania jest dosyć szeroki.

Na figurze 2 pokazano przekrój poprzeczny szczegółu innego urządzenia zgodnie z wynalazkiem. Oznaczenia na fig. 2 odpowiadają oznaczeniom na fig. 1. Powierzchnie zgarniające 8a znajdujące się między rowkami przeciwbieżnymi 8 są tak rozmieszczone, że w każdym miejscu, na przykład zgodnie z kierunkiem strzałki A na fig. 2, co najmniej część powierzchni zgarniającej 8a rowka przeciwbieżnego 8 styka się z inną powierzchnią zgarniającą 7a rowków 7 wirnika 1. W wyniku tego cofanie przepływu może wystąpić jedynie za powierzchnią zgarniającą 7a tylko wjednym rowku 7 wirnika 1.

Na figurze 2 pokazano przykładowo wytłaczane tworzywo w dwóch górnych rowkach 7. Rowki 7 odpowiadają strefie ścinania, gdzie mała partia tworzywa jest topiona siłami ścinania z jednoczesnym wzrostem ciśnienia. Istotne jest, aby stopienie nastąpiło tak szybko jak to jest możliwe, siłami ścinającymi, tylko takiej ilości tworzywa, która spowoduje wzrost ciśnienia, co zachodzi gdy tworzywo jest zwarte, tzn. 'jest stopione przynajmniej na powierzchni. Jednocześnie ilość stopionego tworzywa powinna być w zakresie około 10%. Rowek 7 jest wypełniony suchym proszkiem. Tak więc nie występuje tam ciśnienie. Sąsiedni rowek 7 jest

182 591 wypełniony proszkiem i stopionym tworzywem, co wystarcza do wytworzenia ciśnienia. Istota wynalazku polega na tym, że ciśnienie zostaje wytworzone na ślimaku bardzo wcześnie, a ponieważ jest ono na tyle wysokie aby pokonać opory przepływu w dalszej części ślimaka następuje szybkie przemieszczanie tworzywa w rowkach.

Na figurze 3 pokazano szczegół urządzenia przedstawionego na fig. 1. Szczelina podająca 4 została ze względów poglądowych narysowana znacznie szerszą niż wynikałoby z rzeczywistych proporcji. Szerokość rowków przeciwbieżnych 8 jest mniejsza niż szerokość b powierzchni zgarniających 7a pomiędzy rowkami 7. Zapobiega to skutecznie cofaniu przepływu. Jednakże pomimo wąskiego kształtu rowki przeciwbieżne 8 skutecznie pomagają w wymuszaniu przepływu wzdłuż wytłaczarki. Szerokość rowka przeciwbieżnego 8 wynosi, zgodnie z zaleceniem, około 30 do 50% mniej niż szerokość c rowków 7. Kierunek nacięcia rowków przeciwbieżnych 8 jest przeciwny do kierunku nacięcia rowków 7 w wirniku 1. Pochylenie rowków przeciwbieżnych 8 wynosi od 1 do 90°, najbardziej zalecaną jest połowa wielkości pochylenia rowków 7 w wirniku 1. W przypadku pochylenia równego 90° jest poprawiony przepływ tworzywa podczas normalnej pracy. Urządzenie zgodnie z wynalazkiem może być stosowane jako jednostka uplastyczniająca tworzywo do wtrysku i gdy przepływ tworzywa ogranicza strona wtrysku, na przykład tłok, wiemik 1 może obracać się nadal ponieważ tworzywo przeznaczone do formowania przepłynie prostymi rowkami przeciwbieżnymi 8 do tyłu i ciśnienie tworzywa na końcu urządzenia nie wzrośnie nadmiernie. Najodpowiedniejszymi pochyleniami rowków przeciwbieżnych 8 są pochylenia w zakresie 3 do 10°. Zaleca się aby ilość rowków przeciwbieżnych 8 była większa od ilości rowków 7 w wirniku 1. W badaniach wykazano, że w przypadku gdy przekrój poprzeczny rowków 7 w wirniku 1 pozostaje niezmienny to w zasadzie nie ma wtedy przetwarzanego tworzywa pomiędzy stojanem a powierzchnią zgarniającą 7a znajdującą się między rowkami 7 i przeciwbieżnymi 8, nawet gdy szczelina podająca 4 jest stosunkowo duża, na przykład 0,4 mm.

Przekrój poprzeczny rowków 7 powinien być zasadniczo trójkątny, utworzony w ten sposób, że jeden bok trójkąta jest ustawiony w kierunku osiowym a drugi prostopadle do niego, jak pokazano na fig. 3. W rowku 7 o przekroju trójkątnym następuje swobodniejszy przepływ i mniejszy przyrost temperatury. W rowku 7 następuje przemieszczanie tworzywa wzdłuż rowka 7 do przodu z jednoczesnym jego obracaniem i ten poprawiony przepływ okrężny zmniejsza istotnie tworzenie się niekontrolowanego wzrostu temperatury spowodowanego tarciem.

Powierzchnie zgarniające 7a pomiędzy rowkami 7 w wirniku 1 mogą być pochylone tak, że szczelina podająca 4 między wirnikiem 1 a stojanem 2 jest większa na przedniej krawędzi powierzchni zgarniającej 7a niż na jej tylnej krawędzi. Powierzchnia zgarniająca 7a jest poddana działaniu ciśnienia, z powodu którego przepływ osiowy jest nieznaczny.

Na figurze 4 pokazano przekrój podłużny innego urządzenia zgodnie z wynalazkiem. Podane na fig. 4 oznaczenia odpowiadają oznaczeniom na fig. 1 do 3. Na fig. 4 pokazano tylko jedną szczelinę podającą 4, na zewnątrz której znajduje się stojan zewnętrzny 2, a wewnątrz wirnik 1. W celach poglądowych nie pokazano urządzeń zasilających, urządzenia napędzającego wirnik 1 ani rowków. Wnętrze wirnika 1 zawiera stożkowy ślimak 9 napędzany zespołem obrotowym 5. Koniec szczeliny 4 jest więc cylindryczny. Za ślimakiem 9 znajduje się prowadzący trzpień 10, na który nasuwany jest wytłaczany wyrób 11. Jeśli wytwarzamy zwykły wyrób 11 nie wymagający prowadzenia to powierzchni przekroju oczywiście nie zmieniamy. Wyrobem wytłaczanym 11 mogą być rury z tworzywa, folia lub osłony przewodów.

Stożkowy wirnik 1 można łatwo przesuwać w kierunku osiowym, co umożliwia łatwą regulację wielkości szczeliny podającej 4. Zmiany wielkości szczeliny podającej 4 umożliwiają sterowanie wydajnością i ciśnieniem w urządzeniu oraz ilością wytwarzanego przez tarcie ciepła bez zmiany prędkości obrotowej wirnika 1. Ślimak 9 może być również przesuwany w kierunku poosiowym, tak że urządzenie może być łatwo dostosowane do wtryskarki. Wydajność typowej wytłaczarki tłokowej wynosi około 25 kg/h, podczas gdy w przypadku urządzenia zgodnie z wynalazkiem jest to ponad 200 kg/h. W przypadku zmian długości

182 591 ślimaka 9 w kierunku osiowym łatwo jest zoptymalizować poziom ciśnienia konieczny do wyciśnięcia masy. Mimalt ^{9 i} frzpeń ^prowa^dząc^y 10 mogą fiostefoć ^kanały ⁱ mał^e otwory; przez które możliwe jest dostarczanie środka smarującego i/lub chłodzącego. W takim przypadku środkiem smarującym może być doprowadzane do urządzenia na przykład stopione tworzywo, a jako chłodziwo dostarczany do strefy końcowej inny środek.

Za dyszą wytłaczarki, na zewnątrz wyrobu może znajdować się urządzenie grzejące 12, na przykład olejowy lub elektryczny. Ze względu na sieciowanie, urządzenie grzejące 12 może być w specjalnym wykonaniu, zaleca się ze szkła kwarcowego, tak że urządzenie 12 jest przezroczyste, a ciepło podczerwieni może być wykorzystane do sieciowania. Temperatura wyrobu 11 i czas jaki tworzywo przebywa wewnątrz urządzenia 12, tj. czas przetrzymania, mogą być ustalane na przykład tak zaprojektowaną długością urządzenia grzejącego 12 żeby następowało wystarczające podgrzewanie tworzywa na przykład przez konwekcję. Temperatura narzędzia i czas przetrzymania tworzywa są tak dobierane aby tworzywo wychodzące było w większości ujednorodnione.

Założeniem urządzenia, w którym energia odkształcania pozostaje mała, jest to, że skupione cząstki tworzywa nie muszą być koniecznie całkowicie stopione lecz praca tarcia jest utrzymywana na takim poziomie, że cząstki są złączone z powierzchnią. Możliwe jest zatem przemieszczenie masy z cząstkami nie stopionymi przez wytłaczarkę nie posiadającą urządzenia 12. Proces ten nazywany jest ciągłym spiekaniem. W przypadku sieciowego polietylenu o wysokiej masie cząsteczkowej przetwarzanego w niskiej temperaturze, na przykład w zakresie 140 do 180°, gdy nadtlenki nie podlegają reakcji w odpowiednim czasie, nie stopione cząstki nie mają istotnego wpływu na własności wyrobu, niemniej jednak, ponieważ wytłaczarka zgodnie z wynalazkiem jest połączona z urządzeniem 12, gdzie temperatura masy gwałtownie podnosi się, na przykład do 250°, następuje całkowite stopienie cząstek, tzn. przepływ tworzywa zostaje ujednorodniony, a nadtlenki ulegają gwałtownemu rozkładowi.

Jak stwierdzono powyżej, w procesie tym zaleca się jako bardzo istotne, by trzpień 10 nie był podparty rozstawionymi gwiaździście wspornikami, dzięki czemu przepływ tworzywa nie' jest rozdzielany w żadnym etapie procesu. Jednakże w przypadku długiego trzpienia 10 powstają problemy utrzymania wymaganej tolerancji grubości ścianek oraz współosiowego ustawienia trzpienia 10.1 tak na przykład przy grubości ścianki około 10 mm i średnicy rury 100 mm wymagana jest długość urządzenia grzejącego 12 ponad 2 m. W takim przypadku występuje łatwe uginanie trzpienia 10, co uniemożliwia jego wypośrodkowanie. Problem ten można wyeliminować przez wprowadzenie na końcu trzpienia 10 pręta skrętnego 14 o średnicy mniejszej od największej średnicy trzpienia 10, w celu zmniejszenia tarcia. Na końcu pręta skrętnego 14 znajduje się czop 15 wykonany z materiału o dobrych własnościach ślizgowych jak czteropolifluoroetylen, umieszczony tak, że łatwo ślizga się po wewnętrznej ściance wyrobu 11. Kiedy czop 15 wystaje, na przykład do wnętrza pojemnika chłodzącego 16 lub nawet dalej do zespołu ciągnącego 17, jeśli jest to konieczne, czop 15 pozostaje nadal oparty o ściankę. W tym przypadku ustawienie współosiowe trzpienia 10 w obszarze stopionego tworzywa nie przedstawia trudności. Można to wykonać na przykład poprzez odchylanie zespołu ciągnącego 17. Długi pręt skrętny 14 odgina trzpień 10, co powoduje jego właściwe ustawienie.

Na figurze 5 pokazano widok z boku części wirnika 1 urządzenia zgodnie z wynalazkiem. Oznaczenia podane na fig. 5 odpowiadają oznaczeniom na fig. 1 do 4. Na fig. 5 pokazano wirnik 1 w strefie podawania. W sytuacji pokazanej na fig. 5 wytłaczane tworzywo jest dostarczane jednym urządzeniem zasilającym zarówno do wnętrza jak i na zewnątrz wirnika 1. Przy urządzeniu zasilającym wirnik 1 posiada szczeliny podające 13, przez które tworzywo podawane jest z urządzenia zasilającego do wnętrza wirnika 1. Krawędzie szczeliny podającej 13 posiadają skośne ścięcia 13a wykonane w taki sposób, że co drugie ścięcie 13a jest skierowane do obwodu zewnętrznego wirnika 1, a pozostałe do obwodu wewnętrznego. W czasie obrotu wirnika 1 dostarczane tworzywo przedostaje się co drugą szczeliną podającą 13 na zewnątrz wirnika 1, a pozostałymi do jego wnętrza. W ten sposób ścięcia 13a zapewniają dostarczanie jednakowych ilości tworzywa na zewnątrz i do wewnątrz wirnika 1.

182 591

Na figurze 5 ścięcia 13a doprowadzające tworzywo do wnętrza wirnika 1 zaznaczono liniami przerywanymi.

Na figurze 6 pokazano przekrój poprzeczny części wirnika pokazanego na fig. 5. Zespół zasilania 6 posiada, co jest zalecane, ślimak podający wytwarzający stosunkowo wysokie ciśnienie w tworzywie podawanym do urządzenia wytłaczarki. Zastosowanie ślimaka wymuszającego zasilanie oraz ukierunkowanie ścięć 13a szczelin podających 13 przemiennie na zewnątrz i do wewnątrz wirnika 1 zapewnia dostarczenie odpowiedniej ilości wytłaczanego tworzywa w rowkach 7, a tym samym efektywną i równomierną wydajność wytłaczarki. Na fig. 6 zaznaczono liniami przerywanymi ścięcia, którymi przemieszczane jest tworzywo do wewnątrz ze szczeliny podającej 13 znajdującej się za przekrojem. Nie ma oczywiście konieczności prowadzenia otworu w miejscach, w których ścięcia 13a są skierowane na zewnątrz wirnika 1, wystarcza, że w tym miejscu jest wgłębienie, przez które tworzywo wpływa do rowków 7 znajdujących się na zewnątrz wirnika.

Na figurze 7 pokazano przekrój poprzeczny rowka 7 w wirniku 1. W przypadku pokazanym na fig. 7 przekrój poprzeczny rowka 7 jest półkolem. W wyniku rozmieszczenia powierzchni zgarniających 7a rowków 7 wirnika zgodnie z wynalazkiem i powierzchni zgarniających 8a rowków przeciwbieżnych 8 wytłaczane tworzywo wypełnia rowki 7 i wykonuje w nich ruch okrężny. Pokazany na fig. 7 przekrój półkolisty jest najodpowiedniejszy do ruchu okrężnego. Ruch okrężny tworzywa zaznaczono na fig. 7 strzałkami. Pokazany na fig. 3 przekrój trójkątny jest również korzystny dla ruchu okrężnego tworzywa, tzn. tworzywo wykonuje w nich ruch okrężny, taki jak pokazano strzałkami na fig. 7.

Ruch okrężny w rowku ślimaka będący wynikiem tarcia o cylinder w wytłaczarkach konwencjonalnych powoduje znaczny wzrost temperatury w rowku. Jest to szkodliwe z dwóch powodów. Pierwszym jest zakłócenie procesu przetłaczania składników wrażliwych na temperaturę, jako że w sytuacji gdy lokalna temperatura jest na przykład o 40° wyższa niż w innych miejscach wytłaczarki to przy przetwarzaniu polietylenu nastąpi lokalne sieciowanie. W przypadku PCV miejscowa wysoka temperatura powoduje termiczną degradację przetwarzanej masy. Z drugiej strony nierównomierny rozkład temperatury czyni proces trudniejszym, ponieważ większość tworzyw łatwo zmienia lepkość w funkcji temperatury. Na przykład przy typowym ścinaniu polietylenu wzrost temperatury o 60° powoduje spadek wartości lepkości równej 1000 Pa x s o połowę. W przypadku rowków 7 o przekroju półkolistym lub trójkątnym przepływ tworzywa jest łatwiejszy, a przyrost temperatury mniejszy. Poprawienie przepływu okrężnego również przyczynia się do zmniejszenia niekontrolowanego wydzielania ciepła wskutek tarcia. Odległość pomiędzy grzbietami rowków ślimaka w wytłaczarkach konwencjonalnych równa jest średnicy ślimaka, co zwykle Określa stosunek szerokość-wysokość rowka ślimaka na ponad 10. Jednakże w przypadku przetwarzania tworzyw o wysokiej masie cząsteczkowej energia deformacji musi być możliwie mała tzn. wydzielane wskutek tarcia ciepło musi być tak małe jak tylko jest to możliwe. Można domniemywać, że trudniej jest wytworzyć ruch okrężny w płytkim rowku niż na przykład w rowku półokrągłym lub trójkątnym. Optymalnym stosunkiem szerokości do głębokości rowka w wytłaczarce stożkowej o rowkach prostokątnych jest 2 do 7.

Na figurze 8 pokazano przekrój poprzeczny wyrobu zgodnie z wynalazkiem. Ponieważ w rowku 7 ślimaka zgodnie z wynalazkiem ruch okrężny jest łatwy do uzyskania, wynikają z tego dwie korzyści takie jak zmniejszenie oporów tarcia pomiędzy wirnikiem 1 a stojanem, co częściowo wynika z istnienia rowków przeciwbieżnych 8, oraz to, że ruch okrężny i przepływ stwarza strukturę laminamą tworzywa, tzn. znajdujące się w rowku 7 tworzywo o kształcie pręta zachowuje się jak papier nawijany na rolkę. Na przekroju rury widoczna jest pewna ilość poprzecznie usytuowanych pasków będących wynikiem ruchu okrężnego w rowku. Przy grubości ścianki, na przykład 4 mm ustalono ponad 50 warstw laminamych. Na fig. 8 oznaczono cienkimi liniami strukturę laminamą. wyrobu 11 w postaci rury. Struktura laminama daje lepszą udamość i lepszy wskaźnik przepuszczalności, zwłaszcza gdy do tworzywa matrycowego dodamy 1 do 30% tworzywa barierowego, takiego jak poliamid lub LPC.

182 591

Dużo łatwiej uzyskać jest warstwę laminarną, gdy tworzywo matrycowe i barierowe nie ulegają zmieszaniu, lecz gdy łączą się na zasadzie dobrej wzajemnej adhezji.

Odkryto również, że tworzywo barierowe ma w tej samej temperaturze wyższą lepkość. Zalecanym i zastosowanym tworzywem barierowym jest alifatyczny poliketon. Wyrób 11 w postaci rury został na przykład wytłoczony z mieszanki zawierającej 1% polipropylenu w polietylenie.

W przypadku użycia nadtlenków lub składników sprzęgających tworzą się składniki niskomolekulame o nieprzyjemnym smaku i/lub zapachu, przenikające do powierzchni polietylenu. W przypadku konwencjonalnego procesu produkcyjnego rura musi być spłukana lub poddana zabiegom cieplnym przed zastosowaniem do produktów spożywczych. Przy zastosowaniu urządzenia zgodnie z wynalazkiem możliwe jest wytworzenie wyrobu 11 wielowarstwowego z tworzywa sztucznego gdzie zewnętrzna, grubsza warstwa jest wykonana z polietylenu sieciowanego, a warstwa wewnętrzna z tworzywa barierowego, tak że produkty szczątkowe z sieciowania warstwy zewnętrznej są zatrzymywane przez warstwę barierową przed przedostaniem się na powierzchnię wewnętrzną.

Na figurze 9 pokazano widok z boku wirnika urządzenia zgodnie z wynalazkiem. Oznaczenia podane na fig. 9 odpowiadają oznaczeniom na fig. 1 do 7. Wirnik 1 posiada rowek pośredni 7 prostopadły do osi wirnika 1. Rowek pośredni 7 służy do dodatkowego ujednorodniania wytłaczanego tworzywa. W rowku pośrednim 7' masa przemieszcza się na odcinku kilku rowków 7 w kierunku promieniowym zanim przesunie się znowu do rowka 7. Rowek pośredni 7 może być wykonany w wirniku 1 lub w stojanie albo w obu częściach. Zwłaszcza w przypadku wirnika cylindrycznego 1 objętość rowków przeciwbieżnych 8 zmniejsza się do rowka pośredniego 7', a za nim pozostaje stałą. Rowek pośredni 7' powinien być usytuowany za środkiem wirnika 1, w odległości 2/3 długości urządzenia patrząc wzdłuż osi. -Pochylenie rowka 7 wirnika za rowkiem pośrednim 7 powinna być zmienione. Gdy pochylenie rowka 7 jest ostrzejsze, łatwo jest uzyskać taką wydajność jak w przypadku zachowania stałego pochylenia, jednak przy ostrzejszym pochyleniu ilość wytwarzanego wskutek tarcia- ciepła jest mniejsza ponieważ zmniejsza się długość rowka 7. Zgodnie z wynalazkiem przekrój poprzeczny rowków 7 pozostaje zasadniczo niezmienny, a określenie „zasadniczo niezmienny” odnosi się również do przypadku, gdy wirnik i/lub stojan posiadają rowek pośredni 7, w którym następuje przemieszczanie cząstek tworzywa w celu lepszego ujednorodnienia. W przypadku pokazanym na fig. 8 strefa ścinania rozciąga się do rowka pośredniego 7. W rowku pośrednim 7 następuje mieszanie, a dalsze ujednorodnianie odbywa się za rowkiem pośrednim 7.

Na figurze 10 pokazano wykres zmiany ciśnienia w urządzeniu według wynalazku, gdzie linia ciągła dotyczy urządzenia zgodnie z wynalazkiem, a linia przerywana wytłaczarki konwencjonalnej. W wytłaczarce konwencjonalnej wzrost ciśnienia P następuje przy końcu I wytłaczarki i osiąga oczywiście najwyższą wartość w punkcie A odpowiadającym położeniu dyszy urządzenia. W urządzeniu zgodnie z wynalazkiem wzrost ciśnienia następuje szybko, w początkowym odcinku strefy ścinania. Na końcu ciśnienie może nawet zmniejszyć się w kierunku dyszy.

Na figurze 11 pokazano częściowo przekrój podłużny wytłaczarki zgodnie z wynalazkiem. Oznaczenia na fig. 11 odpowiadają oznaczeniom na wcześniejszych rysunkach. Zarówno wirnik 1 jak i stojan zewnętrzny 2 posiadają kształt cylindryczny. Rowki 7 wirnika posiadają niezmienny przekrój poprzeczny na całej długości wirnika 1. Przekrój poprzeczny rowków przeciwbieżnych 8 w stojanie zewnętrznym 2 cały czas zmniejsza się. Rowki przeciwbieżne 8 występują do około połowy długości, zaleca się do 1/3 długości urządzenia.

Na figurze 12 pokazano przekrój poprzeczny części urządzenia zgodnie z wynalazkiem. Oznaczenia na fig. 12 odpowiadają, oznaczeniom na poprzednich rysunkach. Wirnik 1 i stajany zewnętrzny 2 i wewnętrzny 3 są stożkowe. Wirnik 1 jest tak ukształtowany, że w części końcowej luz między wirnikiem 1 a stojanomi zewnętrznym 2 i wewnętrznym 3 rośnie bardziej niż w części początkowej. Na przykład w części początkowej luz może wynosić około

182 591

0,5 mm, a na końcu około 6 mm. Ponadto rowki 7 i rowki przeciwbieżne 8 w końcowej części wirnika nie występują i tworzywo płynie przez wspomnianą dużą szczelinę. W tym przypadku prędkość obrotowa wirnika 1 może być większa, ponieważ w końcowej części, przy dużym prześwicie, ścinanie tworzywa jest małe. Wydajność wzrasta, co oznacza, że możliwe jest osiągnięcie dużej wydajności z małego urządzenia. Ponadto możliwe jest uzyskanie równomiernego ścinania, a zatem równomiernego rozkładu temperatury w tworzywie, co jest szczególnie ważne na przykład w przetwarzaniu ΡΕΧ. Dalej, możliwe również jest rozpoczęcie, o ile jest to wskazane, sieciowania w wytłaczarce.

Istnieje możliwość otrzymania wyrobu o strukturze całkowicie laminamej, bez elementów eliptycznych. W związku z wysoką prędkością obrotową zespół napędowy urządzenia jest mniejszy, ponieważ przy danej mocy występuje mniejszy moment. Ponadto tolerancje wykonawcze części urządzenia na końcu wirnika 1 mogą być większe, co zmniejsza koszty produkcji. Korzystnie jest, aby cieńsza część wirnika 1 stanowiła co najmniej połowę długości wirnika 1 i zaleca się, aby prosta część wirnika 1 stanowiła 2/3 jego długości. Rowki przeciwbieżne 8 biegną do miejsca zwężenia wirnika 1, tzn. luz zwiększa się. Celem zwężenia wirnika 1 może być również dokonanie ukierunkowania tworzywa, a wirnika 1 może posiadać otwory do przepływu tworzywa.

182 591

182 591

FIG. 8

FIG. 9

182 591

182 591

7a

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 4,00 zł.

Claims (32)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Wyrób z tworzywa sztucznego zawierający tworzywo matrycowe oraz 1% do 30% tworzywa barierowego i mające strukturę laminamą, znamienny tym, że tworzywo barierowe jest ułożone w wyrobie (11) w postaci struktury laminamej o kształcie spłaszczonych walców.
2. 2. Wyrób według zastrz. 1, znamienny tym, że tworzywem matrycowym jest polietylen, a tworzywem barierowym jest poliamid zgrzewalny z polietylenem.
3. 3. Wyrób według zastrz. 1, znamienny tym, że tworzywem matrycowym jest polietylen, a tworzywem barierowym jest polipropylen.
4. 4. Wyrób według zastrz. 1, znamienny tym, że tworzywem barierowym jest alifatyczny poliketon.
5. 5. Wyrób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że tworzywem matrycowym jest usieciowany polietylen.
6. 6. Wyrób według zastrz. 1, znamienny tym, że tworzywo matrycowe i tworzywo barierowe są niemieszalne ze sobą.
7. 7. Sposób wykonywania wyrobu z tworzywa sztucznego, w którym tworzywo do wytłaczania podaje się w formie proszku, tabletek lub granulek, co najmniej jednym urządzeniem podającym do przestrzeni roboczej, znamienny tym, że względnym ruchem obrotowym stojana (2, 3) i wirnika (1) tworzywo przemieszcza się wzdłuż osi wirnika (1) i wytwarzanym w strefie ścinania ciepłem tarcia topi się część tworzywa, tworząc podłoże złożone głównie z cząstek nie stopionych oraz z rozmieszczonego wokół nich stopionego tworzywa, oraz wypełnia się przestrzeń roboczą w przekroju poprzecznym na pewnym odcinku od końca urządzenia i podniesionym ciśnieniem przepycha się tworzywo wzdłuż osi wirnika (1) przez dyszę.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że tworzywo złożone ze stopionych i nie stopionych cząstek ujednorodnia się i miesza się w sekcji za strefą ścinania, przy czym ścinanie w sekcji ze strefą ścinania jest mniejsze niż w strefie ścinania.
9. 9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że za strefą ścinania ciśnienie utrzymuje się zasadniczo stałe.
10. 10. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że przepływ tworzywa wzdłuż rowka (7) wirnika (1) zmienia się przemieszczeniem tworzywa poprzez rowek pierścieniowy (7) do nowego zespołu rowków spiralnych (7).
11. 11. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że tłoczone tworzywo przetwarza się w małym stopniu i płynące tworzywo zawiera na końcu wyjściowym wytłaczarki, przed urządzeniem grzejnym (12) tworzywo, częściowo niestopione cząstki i tworzywo spieka się w sposób ciągły łącząc niestopione cząstki wzajemnie, głównie powierzchniami.
12. 12. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że wirnik (1) i/lub stojan (2, 3) chłodzi się w sekcji podawania.
13. 13. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że temperaturę tworzywa w strefie urządzenia grzejącego (12) zwiększa się do poziomu wyższego niż temperatura tworzywa w wytłaczarce.
14. 14. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że ujednorodnia się wypływające tworzywo ustawiając temperaturę urządzenia grzejącego (12) i czas przetrzymania tworzywa w strefie oddziaływania urządzenia grzejącego (12).

    182 591
15. 15. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że wprowadza się do wnętrza wyrobu (11) trzpień (10) i ustawia się go osiowo odginając drążek skrętny (14) podparty na powierzchni wewnętrznej już ustawionego wyrobu (11).
16. 16. Urządzenie do wykonywania wyrobu z tworzywa sztucznego, zawierające zespół zasilania, co najmniej jeden wirnik i co najmniej jeden stojan oraz szczelinę podającą między nimi oraz rowki umieszczone z jednej strony szczeliny podającej, przy czym pole przekroju poprzecznego rowka jest stałe, a także posiadające rowek przeciwbieżny umieszczony z drugiej strony szczeliny podającej, co najmniej na długości szczeliny, którego kierunek nacięcia jest przeciwny do kierunku rowka znajdującego się po drugiej stronie szczeliny podającej, znamienne tym, że za strefą podawania jest usytuowana strefa ścinania, zaś rowki przeciwbieżne (8) są rozmieszczone na całej długości strefy ścinania, a obejmująca objętości rowków (7) w wirniku (1), rowków przeciwbieżnych (8) w stojanie (2,3) i prześwit między nimi powierzchnia przekroju poprzecznego przestrzeni roboczej, jest coraz mniejsza, co najmniej częściowo w sposób ciągły wzdłuż długości wirnika (1).
17. 17. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że objętość przestrzeni roboczej jest coraz mniejsza wzdłuż osi wirnika (1), co najmniej aż do końca strefy ścinania, korzystnie, w połowie całkowitej długości wirnika (1), a korzystniej w przedziale 1/3 do 2/3 długości wirnika (1).
18. 18. Urządzenie według zastrz. 17, znamienne tym, że objętość przestrzeni roboczej za strefą ścinania jest stała lub powiększa się.
19. 19. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że wirnik (1) i stojan (2, 3) są walcowe, a powierzchnia przekroju poprzecznego rowków przeciwbieżnych (8) zmniejsza się równomiernie do końca strefy ścinania.
20. 20. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że szerokość rowków przeciwbieżnych (8) jest mniejsza niż szerokość powierzchni zgarniających (7a) pomiędzy rowkami (7), po przeciwnej stronie szczeliny podającej (4).
21. 21. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że szerokość rowka przeciwbieżnego (8) jest od 30 do 50% mniejsza niż szerokość rowka (7) po drugiej stronie szczeliny podającej (4).
22. 22. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że pochylenie rowka przeciwbieżnego (8) jest od 1 do 90°, korzystnie równe połowie wielkości pochylenia rowka (7) po drugiej stronie szczeliny podającej (4), korzystniej 3 do 10°.
23. 23. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że umieszczona po jednej stronie rowków (7) szczelina podająca (4) jest stożkowa co najmniej na pewnej długości, a średnica szczeliny podającej (4), na końcu, od strony zasilania tworzywem jest większa od średnicy na końcu bliższym wyjściu tworzywa, zaś stosunek średnicy szerszej części stożka do średnicy węższej jest zbliżony do stosunku gęstości masy tworzywa w stanie stałym do gęstości nasypowej tworzywa.
24. 24. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że zawiera kilka urządzeń zasilających (6) umieszczonych w różnych miejscach w kierunku osiowym i/lub obwodowym urządzenia.
25. 25. Urządzenie według zastrz. 23, znamienne tym, że stosunek szerokości rowka (7) do jego głębokości wynosi 2 do 7.
26. 26. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że rowki (7) posiadają kształt półkolisty.
27. 27. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że rowki (7) posiadają kształt trójkątny.
28. 28. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że przynajmniej niektóre z powierzchni zgarniających (7a) rowków (7) są pochylone, a szczelina pomiędzy wirnikiem (1) a stojanem (2, 3) jest większa na przedniej krawędzi powierzchni zgarniającej (7a) niż na tylnej krawędzi powierzchni zgarniającej (7a).

    182 591
29. 29. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że na zewnątrz wirnika (1) znajduje się zewnętrzny stojan (2), a wewnątrz znajduje się stojan wewnętrzny (3), zaś wirnik (1) posiada szczeliny podające (13) z ukośnymi ścięciami (13a) rozciągającymi się na zewnątrz wirnika (1), od co drugiej szczeliny podającej (13) i do wewnątrz wirnika przez pozostałe szczeliny.
30. 30. Urządzenie według zastrz. 24, znamienne tym, że urządzenie zasilające (6) jest urządzeniem ze ślimakiem podającym.
31. 31. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że wirnik (1) i stojan (2, 3) są pokryte środkiem odpornym na zużycie, a materiały z których są wykonane mają lepszą przewodność cieplną niż stal narzędziowa.
32. 32. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że za strefą ścinania rowki (7) w wirniku (1) i rowki przeciwbieżne (8) w stojanie (2,3) są ustawione w tym samym kierunku.

    * * *