RU2319611C2 - Method of cooling and gauging of profile-molding articles made out of polymeric materials produced by extrusion - Google Patents

Abstract

FIELD: chemical industry; other industries; methods production of profile-molding articles made out of the polymeric materials by extrusion.

SUBSTANCE: group of inventions is pertaining to field of reprocessing of polymers, in particular, to method of cooling and gauging of profile-molding articles made out of polymeric material produced by method of extrusion. In presented method extruded material is fed into combined calibrating device with water grooves in top and bottom of cooling plates. In first along route of extruded material vacuum groove of calibration device through vacuum hole with diameter of 1.0 mm on extruded material feed cooling water. Feeding of cooling water is exercised under pressure of 0.3 MPa at temperature of 12°C. Cooling of extruded material is conducted not only due to heat transfer from material to water circulating in grooves of cooling plates, but also due to contact piece of cooling water with material. Invention allows to reduce the time of crystallization of polymeric material of article at smaller temperature difference of melt material and cooling water.

EFFECT: invention ensures reduction of time of crystallization of polymeric material of article at smaller temperature difference of melt material and cooling water.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области переработки полимеров, в частности к способу охлаждения и калибровки профильно-погонажных изделий из полимерных материалов, получаемых методом экструзии.The invention relates to the field of polymer processing, in particular to a method for cooling and calibration of molded products from polymer materials obtained by extrusion.

Профильно-погонажные изделия используются в строительной отрасли в качестве стеновых панелей. В описываемом способе для охлаждения и калибровки полимерного материала, поступающего из головки экструдера, предлагается применить калибровочное устройство комбинированного типа с охлаждающими водяными каналами и одновременной подачей охлаждающей воды на экструдируемый материал в первый по ходу вакуумный паз через вакуумные отверстия диаметром 1,0 мм в верхней и нижней охлаждающих плитах калибровочного устройства. Охлаждение экструдируемого материала происходит не только за счет теплопередачи от материала профиля к воде, циркулирующей в водяных каналах верхней и нижней охлаждающих плитах, но и за счет непосредственного контакта охлаждающей воды с экструдируемым материалом, имеющим температуру 180-200°С.Molded products are used in the construction industry as wall panels. In the described method for cooling and calibrating the polymer material coming from the extruder head, it is proposed to use a combined type calibration device with cooling water channels and simultaneously supplying cooling water to the extrudable material in the first vacuum groove through the 1.0 mm diameter vacuum holes in the upper and bottom cooling plates of the calibration device. The cooling of the extrudable material occurs not only due to heat transfer from the profile material to the water circulating in the water channels of the upper and lower cooling plates, but also due to the direct contact of the cooling water with the extrudable material having a temperature of 180-200 ° C.

Наибольшее применение в области переработки полимеров находят два типа калибраторов: «мокрые» и «сухие».Two types of calibrators are most widely used in the field of polymer processing: “wet” and “dry”.

Сухие калибраторы широко применяются при производстве профильно-погонажных изделий: вагонка, стеновая панель, подоконники и т.д. Сухие калибрующие устройства предназначены для придания законченной формы профильно-погонажным изделиям за счет циркуляции жидкости в охлаждающих каналах калибрующих устройств. Калибровка изделий осуществляется за счет прохождения расплавленной композиции через профиль калибратора, где при помощи созданного вакуума экструдируемый материал приобретает точную геометрическую форму. Для обеспечения формы профиля на стенках калибратора имеются вакуумные отверстия, которые обеспечивают равномерный прижим профиля по всему контуру к стенкам канала калибратора, что позволяет равномерно отводить тепло с поверхности профиля. Для охлаждения профиля в калибраторе находятся каналы водяного охлаждения. Снижение температуры экструдируемого материала в калибраторе происходит за счет передачи тепла от материала воде, циркулирующей в водяных каналах. Водяные каналы располагают как можно ближе к внутренней поверхности профиля калибратора. («Окна и двери», 2(35)2000 г.). Непосредственного контакта экструдируемого материала с водой в сухих калибраторах нет. Сухие калибраторы хорошо описаны в литературе и патентах.Dry calibrators are widely used in the production of molded products: lining, wall panel, window sills, etc. Dry calibrating devices are designed to give a finished shape to molded products due to the circulation of liquid in the cooling channels of the calibrating devices. Products are calibrated by passing the molten composition through the calibrator profile, where the extrudable material acquires an accurate geometric shape using the created vacuum. To ensure the shape of the profile on the walls of the calibrator, there are vacuum holes that provide uniform clamping of the profile along the entire contour to the walls of the channel of the calibrator, which allows you to evenly remove heat from the surface of the profile. To cool the profile in the calibrator are water cooling channels. The temperature of the extrudable material is reduced in the calibrator due to the transfer of heat from the material to the water circulating in the water channels. Water channels are positioned as close as possible to the inner surface of the calibrator profile. (“Windows and Doors”, 2 (35) 2000). There is no direct contact of the extrudable material with water in dry calibrators. Dry calibrators are well described in the literature and patents.

Известен также способ изготовления листовых профилированных изделий из полимерных материалов методом экструзии (Патент РФ 2138395, В29С 47/00, 27.09.1999). Данный способ заключается в том, что последовательно производят экструзию расплава полимерного материала через щелевую экструзионную головку с получением экструдированного листа в виде профильной конструкции с продольными полостями и плоскими наружными поверхностями. Затем калибруют полученный экструдированный лист посредством калибровочного устройства, снабженного, по меньшей мере, одной рубашкой охлаждения, для формирования геометрических размеров экструдированного листа и кристаллизации полимера.There is also a known method of manufacturing sheet shaped products from polymer materials by extrusion (Patent RF 2138395, B29C 47/00, 09/27/1999). This method consists in the fact that the melt of the polymeric material is successively extruded through a slit extrusion head to obtain an extruded sheet in the form of a profile structure with longitudinal cavities and flat outer surfaces. Then, the obtained extruded sheet is calibrated by means of a calibration device equipped with at least one cooling jacket to form the geometric dimensions of the extruded sheet and crystallize the polymer.

Близким является способ изготовления профилированных изделий методом экструзии (Патент РФ 2233742, В29С 47/90, 10.08.2004). Данный способ заключается в том, что экструдируемый материал подают в калибровочное устройство, корпус которого содержит верхнюю и нижнюю охлаждающие плиты, герметизирующие планки и охлаждающие каналы, а его формообразующие поверхности размещены на формующих вставках, причем верхнюю и нижнюю охлаждающие плиты, а также формующие вставки выполняют из алюминия или его сплавов, при этом кромки охлаждающих каналов предварительно скругляют и калибруют экструдируемый материал до формирования геометрических размеров изделия и кристаллизации полимера. Непосредственного контакта экструдируемого материала с водой в таких калибраторах нет.Close is the method of manufacturing shaped products by extrusion (RF Patent 2233742, B29C 47/90, 08/10/2004). This method consists in the fact that the extrudable material is fed into a calibration device, the housing of which contains upper and lower cooling plates, sealing strips and cooling channels, and its forming surfaces are placed on the forming inserts, the upper and lower cooling plates, as well as forming inserts, of aluminum or its alloys, while the edges of the cooling channels are pre-rounded and calibrated extrudable material to form the geometric dimensions of the product and crystallization and polymer. There is no direct contact of the extrudable material with water in such calibrators.

К недостаткам вышеперечисленных способов относится ограниченная производительность процесса переработки, определяемая коэффициентом теплопередачи материала, из которого изготовлен калибратор, и температурой охлаждающей воды. Необходимо плиты калибрующих устройств выполнять из материалов, обладающих высокими теплопроводными свойствами. Необходимо температуру охлаждающей жидкости поддерживать как можно ниже, около +8°С.The disadvantages of the above methods include the limited performance of the processing process, determined by the heat transfer coefficient of the material from which the calibrator is made, and the temperature of the cooling water. It is necessary to carry out plates of calibrating devices from materials with high heat-conducting properties. It is necessary to maintain the temperature of the coolant as low as possible, about + 8 ° C.

Мокрые калибраторы применяют в основном при производстве труб. Выходящая из фильеры экструдера пластичная и горячая масса поступает в стальную калибрующую гильзу, вставленную в вакуумную камеру с разбрызгивающими форсунками. Внутренняя поверхность гильзы полированная, имеет поперечные проточки. За счет разницы давления снаружи и внутри поверхность трубы прижимается к калибрующей поверхности гильзы и охлаждается орошаемой водой. Этот способ достаточно хорошо описан в литературе и патентах.Wet calibrators are used mainly in the production of pipes. The plastic and hot mass emerging from the extruder die flows into a steel calibrating sleeve inserted into a vacuum chamber with spray nozzles. The inner surface of the sleeve is polished, has transverse grooves. Due to the pressure difference between the inside and the outside, the pipe surface is pressed against the calibrating surface of the sleeve and is cooled by irrigated water. This method is well described in the literature and patents.

Наиболее близким, принятым за прототип, является способ изготовления профилированных изделий методом экструзии посредством мокрого калибратора, который описан в патенте №SU 1224162 А. Однако описанный в патенте калибратор работает исключительно как мокрый и не содержит в своем устройстве части, работающей как сухой калибратор.The closest adopted for the prototype is a method of manufacturing shaped products by extrusion by means of a wet calibrator, which is described in patent No. SU 1224162 A. However, the calibrator described in the patent works exclusively as wet and does not contain a part working as a dry calibrator in its device.

Предложен способ охлаждения и калибровки профильно-погонажных изделий из полимерных материалов методом экструзии, при котором экструзией расплава полимеров получают экструдируемый материал, который подают в комбинированное калибровочное устройство. Комбинированный калибратор представляет собой стандартный сухой калибратор, в котором в первый по ходу экструдируемого материала вакуумный паз через отверстия диаметром 1,0 мм, расположенные равномерно (через 20 мм друг от друга) по всему периметру калибровочного устройства в верхней и нижней охлаждающих плитах, подают под давлением 0,3 МПа охлаждающую воду при температуре 12°С на экструдируемый материал для дополнительного съема тепла и быстрого перехода экструдата из вязкотекучего в твердое состояние. Вода подается с расходом 0,033 м³/сек (120 л/час).A method for cooling and calibration of molded products from polymer materials by extrusion is proposed, in which the extrudable material is obtained by extrusion of a polymer melt, which is fed to a combined calibration device. The combined calibrator is a standard dry calibrator in which, in the first along the extrudable material, the vacuum groove through the holes with a diameter of 1.0 mm located evenly (20 mm apart) around the entire perimeter of the calibration device in the upper and lower cooling plates is fed under 0.3 MPa cooling water at a temperature of 12 ° C on the extrudable material for additional heat removal and rapid transition of the extrudate from a viscous to solid state. Water is supplied with a flow rate of 0.033 m ³ / s (120 l / h).

Меньшее количество воды приводит к снижению производительности процесса. Большее количество воды не успевает отсасываться вакуум-насосом.Less water leads to lower process performance. More water does not have time to be sucked off by a vacuum pump.

Расстояние между отверстиями 20 мм выбрано для наиболее равномерного распределения воды по периметру профиля. Меньшее расстояние невозможно выполнить по конструктивным особенностям калибратора.The distance between the holes 20 mm is chosen for the most uniform distribution of water along the perimeter of the profile. Smaller distance cannot be performed according to the design features of the calibrator.

Большее расстояние приводит к неравномерному распределению воды по периметру профиля.A greater distance leads to an uneven distribution of water along the perimeter of the profile.

Диаметр отверстия менее 1 мм приводит к забивке отверстия. Диаметр отверстия более 1 мм ограничен шириной вакуумного паза равной 1 мм.A hole diameter of less than 1 mm causes the hole to become blocked. The hole diameter of more than 1 mm is limited by the width of the vacuum groove of 1 mm.

Внедрение комбинированного способа калибровки и охлаждения профильно-погонажных изделий, получаемых методом экструзии, позволило увеличить скорость экструзии при производстве стеновой панели 250·10 с 2,5 м/мин до 4,2 м/мин и за счет более интенсивного теплообмена применить охлаждающую воду с температурой 12°С.The introduction of a combined method of calibration and cooling of molded products obtained by the extrusion method made it possible to increase the extrusion rate in the manufacture of a wall panel of 250 · 10 from 2.5 m / min to 4.2 m / min and, due to more intensive heat exchange, use cooling water with temperature 12 ° С.

Увеличить скорость экструзии удалось тем, что в первый по ходу материала вакуумный паз комбинированного калибровочного устройства подают охлаждающую воду, которая, контактируя с нагретым до температуры 180°С-200°С экструдируемым материалом, нагревается и отсасывается вакуум-насосом. Охлаждающая вода подается в первый по ходу экструдируемого материала вакуумный паз через отверстия диаметром 1 мм, расположенные равномерно по всему периметру изделия. За счет высокой теплоемкости охлаждающей воды достигается большой съем тепла от экструдируемого материала, температура которого резко понижается и он быстрее переходит из вязкотекучего состояния в твердое.It was possible to increase the extrusion rate by supplying cooling water to the first along the material of the vacuum groove of the combined calibration device, which, in contact with the extrudable material heated to a temperature of 180 ° C-200 ° C, is heated and sucked off by a vacuum pump. Cooling water is fed into the first vacuum groove along the extrudable material through openings with a diameter of 1 mm located uniformly around the entire perimeter of the product. Due to the high heat capacity of the cooling water, a large heat removal from the extrudable material is achieved, the temperature of which drops sharply and it quickly passes from a viscous flowing state to a solid state.

Возможность осуществления изобретения поясняется с помощью графических материалов, приведенных на фиг.1, 2.The possibility of carrying out the invention is illustrated using the graphic materials shown in figures 1, 2.

На фиг.1 показано комбинированное калибровочное устройство для охлаждения и калибровки профильно-погонажных изделий в разрезе, состоящее из нижней 1 и верхней 2 охлаждающих плит с водяными каналами 3, вакуумными пазами 4, отверстиями для подачи воды 5.Figure 1 shows a combined calibration device for cooling and calibration of molded moldings in section, consisting of lower 1 and upper 2 cooling plates with water channels 3, vacuum grooves 4, openings for water supply 5.

Общее количество тепла, переданного от экструдата 6, будет равно сумме тепла, переданного за счет теплопередачи через стенку (в традиционном сухом калибраторе), и тепла, переданного от экструдата к воде за счет прямого контакта воды с нагретым до 180-200°С материалом.The total amount of heat transferred from the extrudate 6 will be equal to the sum of the heat transferred due to heat transfer through the wall (in a traditional dry calibrator) and the heat transferred from the extrudate to water due to direct contact of water with the material heated to 180-200 ° С.

Часть А калибратора работает в режиме мокрого калибрования, часть В работает как сухой калибратор.Part A of the calibrator works in the wet calibration mode, part B works as a dry calibrator.

Более подробно принцип работы комбинированного калибровочного устройства представлен на фиг.2 и разрезе С-С к фиг.2.In more detail, the principle of operation of the combined calibration device is presented in figure 2 and section CC to figure 2.

Вода через отверстие 5 диаметром 1 мм и давлением 0,3 МПа подается в вакуумный паз, где за счет контакта с нагретым до температуры 180-200°С экструдатом 6 вода нагревается, снимая тепло с экструдата. Температура экструдата резко падает и он быстрее переходит из вязкотекучего состояния в твердое. Отработанная вода с более высокой температурой через вакуумные отверстия 7 отсасывается вакуум-насосом.Water through a hole 5 with a diameter of 1 mm and a pressure of 0.3 MPa is fed into a vacuum groove, where due to contact with the extrudate 6 heated to a temperature of 180-200 ° C, the water is heated, removing heat from the extrudate. The temperature of the extrudate drops sharply and it quickly passes from a viscous flowing state to a solid state. Waste water with a higher temperature through the vacuum holes 7 is sucked off by a vacuum pump.

Использование данного изобретения позволило сократить время кристаллизации профильно-погонажных изделий за счет интенсивного и равномерного охлаждения и повысить производительность процесса в 1,68 раза при температуре охлаждающей воды 12°С.The use of this invention allowed to reduce the crystallization time of molded products due to intensive and uniform cooling and to increase the productivity of the process by 1.68 times at a temperature of cooling water of 12 ° C.

Claims (1)

Способ охлаждения и калибровки профильно-погонажных изделий из полимерных материалов, получаемых методом экструзии, при котором экструзией расплава полимеров получают экструдируемый материал, который подают в калибровочное устройство с водяными каналами в верхней и нижней охлаждающих плитах и калибруют для формирования геометрических размеров изделия и кристаллизации полимера, отличающийся тем, что экструдируемый материал подают в комбинированное калибровочное устройство, в котором в первый по ходу экструдируемого материала вакуумный паз через вакуумные отверстия диаметром 1,0 мм, расположенные равномерно по периметру контура изделия, подают под давлением 0,3 МПа охлаждающую воду при температуре 12°С на экструдируемый материал.A method of cooling and calibrating profile moldings from polymer materials obtained by extrusion, in which extruding material is obtained by extrusion of a polymer melt, which is fed to a calibration device with water channels in the upper and lower cooling plates and calibrated to form the geometric dimensions of the product and crystallize the polymer, characterized in that the extrudable material is fed into a combined calibration device, in which a vacuum is introduced into the first along the extrudable material mny groove through the vacuum holes 1.0 mm in diameter, arranged uniformly along the perimeter contour of the product is fed under pressure of 0.3 MPa at a temperature of cooling water of 12 ° C for extruding material.

Images