close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY11826

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.04.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
B 02C 23/30
B 04C 11/00
B 29C 47/30
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ
ПОЛИМЕРНЫХ ВОЛОКНИСТЫХ ГРАНУЛ
(21) Номер заявки: a 20060593
(22) 2006.06.16
(43) 2008.02.28
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт механики
металлополимерных систем имени
В.А.Белого Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Пинчук Леонид Семенович; Гольдаде Виктор Антонович;
Кравцов Александр Геннадьевич;
Егиазаров Юрий Григорьевич; Черчес Борис Хаймович (BY)
BY 11826 C1 2009.04.30
BY (11) 11826
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт механики металлополимерных систем имени
В.А.Белого Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
(56) US 5476616 A, 1995.
US 4028255, 1977.
RU 2205104 C1, 2003.
BY 2021 C1, 1998.
SU 212512,1968.
RU 2004117599 A, 2006.
GB 1094663, 1967.
(57)
1. Способ получения полимерных волокнистых гранул, включающий плавление полимера, диспергирование его расплава и отверждение гранул, отличающийся тем, что
расплав полимера диспергируют путем продавливания через трубчатые сопла фильеры и
распыления образующихся волокон струями газа, а полученный газо-полимерный поток
направляют в соответствующие форме и размерам получаемых гранул формообразующие
каналы выполненного в виде вращающегося в шаговом режиме барабана приемного устройства, в которых волокнистую массу, находящуюся в вязко-текучем состоянии, подпрессовывают и охлаждают потоком газа до затвердевания, затем извлекают из формообразующих
каналов гранулы.
BY 11826 C1 2009.04.30
2. Устройство для получения полимерных волокнистых гранул, содержащее экструдер, снабженный фильерной распылительной головкой с центральным расположением
трубчатых сопел относительно потоков распыляющего газа, отличающееся тем, что
снабжено приемным устройством в виде вращающегося барабана, в стенке которого выполнены формообразующие каналы, соответствующие форме и размерам получаемых
гранул, причем барабан выполнен с возможностью вращения в шаговом режиме с остановками в фиксированных позициях распыления газо-полимерного потока, подпрессовки
волокнистой массы, охлаждения волокнистой массы до затвердевания и выталкивания волокнистых гранул; экраном, разделяющим барабан и распылительную головку и содержащим отверстия, расположенные соосно осям каждого сопла распылительной головки и
сопряженного с соплом заполняемого волокнистой массой формообразующего канала барабана в позиции распыления газо-полимерного потока, при этом экран снабжен приводом,
синхронизированным с приводом барабана для обеспечения возможности перемещения
экрана в положение, когда он перекрывает зазор между соплом и формообразующим каналом, а также возвращения экрана в исходное положение в периоды остановки барабана;
пуансонами, устанавливаемыми соосно формообразующим каналам в позиции подпрессовки волокнистой массы и снабженными приводом возвратно-поступательного движения, синхронизированным с приводом барабана для возможности обеспечения их входа в
формообразующие каналы и выхода из них во время остановок барабана; источником охлаждающего газа, содержащим щелевое отверстие, располагаемое напротив формообразующего канала в позиции охлаждения волокнистой массы, при этом внутри барабана
закреплен неподвижный эксцентрик, контактирующий при повороте барабана с подпружиненными толкателями, установленными в формообразующих каналах с возможностью
передвижения в них со скольжением по поверхности эксцентрика и выталкивания волокнистых гранул при движении толкателей вниз в позиции выталкивания волокнистых гранул.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что барабан выполнен в виде трубы.
Изобретение относится к технологии диспергирования полимерных расплавов с помощью потоков газа и формирования частиц, имеющих фиксированные форму и размеры,
из волокнистых продуктов диспергирования.
Гранулирование - формирование твердых частиц (гранул) определенных формы и размеров с заданными свойствами. Известны следующие методы гранулирования [1]. Окатывание состоит в смачивании порошковых частиц связующим, в результате чего
образуются агломераты частиц, и уплотнении агломератов в слое перерабатываемого материала. Гранулы получают также распылением диспергированных жидкостей на твердые
частицы, находящиеся в псевдоожиженном слое. Прессованием формируют гранулы из
порошков с помощью валковых и вальцевых прессов.
Недостатки этих методов: необходимость применения технологических жидкостей,
дополнительные затраты, связанные с получением порошковых частиц, нетехнологичность при переработке полимерных материалов.
Гранулирование полимеров осуществляют с помощью устройств, состоящих из экструдера, укомплектованного формующей головкой, гранулятора и блока охлаждения гранул. Различают следующие способы гранулирования пластмасс [2]: 1) резка прутка или
ленты на выходе из экструзионной головки с одновременным охлаждением среза воздухом или водой; 2) "сухое" гранулирование с помощью вращающихся ножей и последующим воздушным охлаждением гранул; 3) резка в водяном тумане с последующим
охлаждением гранул холодным воздухом или водой; 4) подводное гранулирование; 5)
"холодное" гранулирование предварительно охлажденных прутков или лент.
Недостатки перечисленных способов гранулирования полимеров связаны с тем, что
механическое отделение гранулы от длинномерного прутка происходит после (или в мо2
BY 11826 C1 2009.04.30
мент) его предварительного охлаждения, что увеличивает работу резания и энергозатраты
процесса.
Прототипом изобретения является способ получения композитных полимерных гранул [3], состоящий из операций: 1) образование дискретных капель полимерной наполненной
композиции; 2) отверждение капель; 3) сепарация отвержденных капель и отделение из
всей их совокупности частиц с требуемым размером; 4) перевод оставшихся частиц в
жидкую фазу; 5) возвращение последней на операцию 1).
Недостатки прототипа:
малая удельная поверхность гранул;
технологическая сложность формирования дискретных капель из расплава полимеров;
значительные затраты энергии на отверждение капель.
Задачи, на решение которых направлено изобретение:
формирование гранул из полимерных волокон, когезионно соединенных в точках касания;
использование в качестве основы способа высокопроизводительной технологии экструдирования;
жесткое регулирование размеров гранул и исключение из нового способа операций
сепарации и отбраковки гранул.
Поставленные задачи решаются тем, что известный способ формирования гранул,
включающий плавление полимера, диспергирование его расплава и отверждение гранул,
дополнен новыми операциями. Расплав полимера диспергируют путем его продавливания
через трубчатые сопла фильеры и распыления образующихся волокон струями газа. Полученный газо-полимерный поток направляют в соответствующие форме и размерам получаемых гранул формообразующие каналы барабана приемного устройства, который
вращается в шаговом режиме. Волокнистую массу, находящуюся в формообразующих каналах в вязко-текучем состоянии, подпрессовывают и охлаждают потоком газа до затвердевания, затем из формообразующих каналов извлекают гранулы.
Предложенный способ может быть реализован с помощью устройств, позволяющих
диспергировать расплавы полимеров потоками газа. Такая технология создана в 1950-х
годах в США и получила название melt blowing. Классическая схема установки для melt
blowing включает экструдер с фильерной распылительной головкой и приемное устройство [4]. Установка работает следующим образом: из отверстий фильеры выдавливаются
волокна полимерного расплава; они транспортируются и одновременно подвергаются вытяжке двумя потоками газа, истекающими из щелей головки; вязко-текучая волокнистая
масса осаждается на бесконечной ленте приемного устройства; после отверждения она
превращается в конструкционный материал, состоящий из волокон, когезионно соединенных в точках касания. Чтобы интенсифицировать диспергирование расплава, наконечник
головки устанавливают между полюсов электромагнитного вибратора [5]. Для заполнения
волокнистой массой полостей в корпусных деталях фильеру распылительной головки выполняют вращающейся [6].
Недостаток этих устройств состоит в том, что они не предназначены для формирования волокнистых полимерных гранул. Последние можно получить лишь дроблением
(штамповка, разрезание) листовых или блочных заготовок, изготавливаемых с помощью
устройств [4-6].
Прототипом изобретения является устройство [7] для получения однородных волокнистых материалов из термопластов. Оно состоит из экструдера, снабженного фильерной
распылительной головкой, и приемного устройства в виде вращающегося с постоянной
скоростью барабана. Фильерный узел представляет собой комплект трубчатых сопел, выступающих из торцевой стенки головки. Они окружены кольцевыми щелями, через которые истекают потоки газа. Сопла находятся на таком расстоянии друг от друга, что
каждое волокно, выдавленное из сопла и транспортируемое газовым потоком, не взаимодействует с потоком, истекающим из соседней кольцевой щели.
3
BY 11826 C1 2009.04.30
Недостатки прототипа:
невозможность формирования волокнистых частиц заданных формы и размеров;
узкий диапазон параметров перемещения приемного устройства;
единственный - стационарный - режим работы головки.
Задачи, на решение которых направлено изобретение:
1) создать конструкцию устройства для формирования волокнистых полимерных гранул методом melt blowing;
2) расширить диапазон регулируемых движений приемного устройства;
3) обеспечить возможность работы распылительной головки в импульсном режиме.
Поставленные задачи решаются тем, что известное устройство для диспергирования расплава полимеров потоком газа, состоящее из экструдера, снабженного фильерной распылительной головкой с центральным расположением трубчатых сопел относительно
потоков распыляющего газа, содержит новые элементы конструкции. Устройство снабжено приемным устройством в виде вращающегося барабана (как вариант - в виде трубы), в
стенке которого выполнены формообразующие каналы, соответствующие форме и размерам получаемых гранул. Барабан выполнен с возможностью вращения в шаговом режиме
с остановками в фиксированных позициях распыления газо-полимерного потока, подпрессовки волокнистой массы, охлаждения волокнистой массы до затвердевания и выталкивания волокнистых гранул. Устройство снабжено также экраном, разделяющим барабан и
распылительную головку и содержащим отверстия, расположенные соосно осям каждого
сопла распылительной головки и сопряженного с соплом заполняемого волокнистой массой формообразующего канала барабана в позиции распыления газо-полимерного потока.
Экран снабжен приводом, синхронизированным с приводом барабана для возможности
перемещения экрана в положение, когда он перекрывает зазор между соплом и формообразующим каналом, а также возвращения экрана в исходное положение в периоды остановки
барабана. Устройство снабжено пуансонами, устанавливаемыми соосно формообразующим
каналам в позиции подпрессовки волокнистой массы и снабженными приводом возвратнопоступательного движения, синхронизированным с приводом барабана для возможности
обеспечения их входа в формообразующие каналы и выхода из них во время остановок
барабана. Устройство снабжено также источником охлаждающего газа, содержащим щелевое
отверстие, располагаемое напротив формообразующего канала в позиции охлаждения волокнистой массы. Внутри барабана закреплен неподвижный эксцентрик, контактирующий
при повороте барабана с подпружиненными толкателями, установленными в формообразующих каналах с возможностью передвижения в них со скольжением по поверхности
эксцентрика и выталкивания волокнистых гранул при движении толкателей вниз в позиции выталкивания волокнистых гранул.
Сущность изобретения состоит в том, что распыление полимерного расплава потоком
газа осуществляют адресно: в полости, соответствующие форме и размерам гранул, которые
необходимо получить. Устройство для их формирования позволяет регулировать плотность гранул путем подпрессовки волокнистой массы, в автоматическом режиме удалять
их из полостей и отказаться от операций классификации и отбраковки гранул.
Примеры осуществления способа и конструкции устройства.
Схема устройства приведена на фигуре.
Устройство состоит из следующих элементов. На цилиндре с парой шнек 1-цилиндр 2
закреплена головка 3, снабженная полостью 4, с которой соединен рабочий объем экструдера. В головке имеется вторая полость 5, посредством штуцера 6 сообщенная с источником 7 сжатого газа. В полость 4 входят расположенные в горизонтальный ряд сопла 8,
которые закреплены пайкой в головке. Передняя стенка 9 головки выполнена с отверстиями, соосными соплам 8, так, что между соплом и стенкой отверстия образован кольцевой канал 10.
Приемное устройство имеет вид вращающегося барабана, в трубчатом корпусе 11 которого имеются расположенные через 90° четыре ряда цилиндрических каналов 12. Они
4
BY 11826 C1 2009.04.30
открыты с наружной стороны, а с внутренней перекрыты вставками 13, наружный торец
которых выполнен в форме сегмента шара. Вставки по скользящей посадке сопряжены со
стенками каналов 12 и закреплены на стержнях 14, снабженных шаровыми головками, образуя толкатели. На толкателях с опорой в корпус 11 и головку смонтированы цилиндрические пружины 15. Барабан вращается вокруг оси 16, на которой неподвижно закреплен
эксцентрик 17. При вращении барабана он может контактировать с одним из рядов толкателей.
Между барабаном и головкой установлен плоский экран 18 с возможностью возвратно-поступательного движения по вертикали. В нем имеются отверстия 19, которые в одном из стационарных положений экрана расположены соосно каналам в соплах. Передняя
стенка 20 держателя, несущего экран, выполнена в виде ножа, лезвие которого контактирует с плоскостью экрана.
Над барабаном находится ряд пуансонов 21, расположенных соосно каналам 12 и
подвижно сопряженных с их стенками. Пуансоны снабжены приводом 22 возвратнопоступательного движения. Со стороны барабана, противоположной экрану, расположен
источник 23 охлаждающего газа с горизонтальным щелевым выпускным отверстием.
Приводы 22, 24 и 25 пуансонов, барабана и экрана соединены с синхронизатором 26
их включения.
Устройство работает следующим образом. Вращение барабана осуществляется от привода 24, управляемого синхронизатором 26, в шаговом режиме так, что каналы 12 последовательно проходят фиксированные позиции напыления, подпрессовки, охлаждения и
выталкивания.
В позиции напыления горизонтальный ряд каналов 12 устанавливается соосно соплам 8
распылительной головки. Включают экструдер, источник 7 сжатого газа, и выдавливаемые из сопел вязко-текучие полимерные волокна распыляются в виде индивидуальных
газо-полимерных потоков 27. Когда экран 18 находится в положении "открыто", оси каждого сопла 8, отверстия 19 и канала 12 совпадают, и каждый газо-полимерный поток 27
направляется в сопряженный с ним канал, охлаждаясь в нем в виде волокнистой массы.
По команде от синхронизатора 26 срабатывает привод 25, и экран в положении "закрыто"
перекрывает траекторию потоков 27. Одновременно включается привод 24, и барабан поворачивается в следующую фиксированную позицию. После того как следующий ряд каналов 12 установится соосно соплам 8, экран приходит в положение "открыто", и цикл
напыления повторится. Волокнистая масса 28, осевшая на "закрытом" экране, снимается
ножом 20 и поступает в экструдер на вторичную переработку.
В позиции подпрессовки срабатывает привод 22, и пуансоны 21 входят в каналы 12,
подпрессовывая находящуюся там вязко-текучую волокнистую полимерную массу 29, и
выходят из полостей.
В позиции охлаждения горизонтальный ряд каналов устанавливается напротив щелевого отверстия источника 23. При его включении поток газа, истекающий из щели, охлаждает волокнистые заготовки, и они затвердевают вследствие перехода полимера в
высокоэластическое или стеклообразное состояние.
В позиции выталкивания шаровые головки толкателей приходят в контакт с эксцентриком 17. Толкатели движутся вниз, сжимая пружины 15, а вставки 13 выталкивают волокнистые гранулы 30 из каналов 12.
Удельная поверхность волокнистых гранул на основе ПЭВД, определенная по изотермам низкотемпературной адсорбции азота (БЭТ метод), составила 150-170 м2/кг. Удельная
поверхность гранул, полученных из ПЭВД способом-прототипом (определяли обмером и
взвешиванием), оказалась на полтора порядка меньше.
Таким образом, задачи, поставленные при создании изобретения, решены.
Способ и устройство для формирования полимерных волокнистых гранул найдут применение в химической и нефтехимической промышленности как средство формирования
5
BY 11826 C1 2009.04.30
волокнистых подложек для осаждения катализаторов, адсорбентов, ПАВ и других веществ, участвующих в химических реакциях текучих реагентов.
Источники информации:
1. Классен П.В. Гранулирование // Химическая энциклопедия: в 5-ти т., Т. 1. - М.:
Большая Российская энциклопедия, 1998. - C. 1187-1189.
2. Техника переработки пластмасс / Под ред. Н.И.Басова и В.Броя - М.: Мир и Лейпциг: Дейтчер Ферлаг, 1985. - C. 528.
3. Patent 4028255 US. Method of composite particle preparation / Mitcham B.A.B.,
Moorabbin R.J.E. IPC В 01 D 39/02, H 01 F 1/00. Publ. 1977 (прототип).
4. Patent 4526733 US. Melt-blown die and method / Lau J.C. IPC В 29 В 5/00. Publ. 1985.
5. А.с. СССР 388918. Устройство для нанесения покрытий / В.П.Шустов, В.А.Белый,
Т.В.Ставрова, В.П.Ставров, МПК В 44 D 1/08. Опубл. 1973.
6. Патент РБ 2996. Экструзионная головка / Л.С.Пинчук, В.А.Гольдаде, А.Г.Кравцов,
МПК В 29 С 47/30. Опубл. 2000.
7. Patent 5476616 US. Apparatus and process for uniformly melt-blowing a fiberforming
thermoplastic polymer in a spinnerete assembly of multiple rows of spinning orifices /Schwarz
E.C.A. IPC В 29 С 47/30. Publ. 1995 (прототип).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
352 Кб
Теги
by11826, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа