Polscy inżynierowie zwiększają możliwości wytłaczarek
Wynalazek toruńskich naukowców podnosi wydajność wytłaczarek oraz ułatwia stosowanie napełniaczy.
Zespół pod kierownictwem dra inż. Zbigniewa Frąszczaka z toruńskiego Instytutu Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników opatentował układ grzewczo-chłodzący segmentu cylindra zespołu uplastyczniającego, który pozwala na znaczny wzrost wydajności maszyn do przetwórstwa tworzyw sztucznych. Dotyczy to zwłaszcza wytłaczarek dwuślimakowych, gdzie wydajność może wzrosnąć niemal dwukrotnie. Ponadto wynalazek ułatwia stosowanie różnych napełniaczy oraz poprawia jakość produktów końcowych.
Układ będący przedmiotem wynalazku składa się z kolektora zasilającego, który połączony jest poprzez filtr osadnikowy, zawór elektromagnetyczny, precyzyjny zawór dławiący, zawór zwrotny i przewód ciśnieniowy z segmentem cylindra. Z segmentu cylindra do kolektora odprowadzającego układ składa się z odpornego na wysokie temperatury przewodu ciśnieniowego i zaworu zwrotnego. Do utrzymania zadanej temperatury segmentu cylindra służy automatyczna regulacja składająca się z czujnika temperatury przekazującego informacje o jej wartości do regulatora temperatury, który zgodnie ze swoim algorytmem działania regulatora trójstawnego (proporcjonalno-całkująco-różniczkującego) PID, zależnie od przebiegu procesu technologicznego, steruje ilością dostarczanego ciepła za pośrednictwem grzejnika elektrycznego lub ilością odbieranego ciepła za pośrednictwem medium chłodzącego, jakim w tym przykładzie jest woda chłodząca, poprzez zawór elektromagnetyczny. Wysoką dokładność regulacji temperatury podczas procesu technologicznego wymagającego chłodzenia zapewnia właściwy dobór nastawy przepływu wody precyzyjnego zaworu dławiącego, temperatury i ciśnienia wody chłodzącej oraz parametrów dynamiki regulatora temperatury.
Po zadaniu na regulatorze PID nastawy temperatury T włączony zostaje układ grzewczy, przez co segment cylindra jest nagrzewany do temperatury T. Gdy wartość temperatury zbliża się do wartości zadanej, regulator temperatury steruje ilością dostarczanego ciepła. Jeśli wymaga tego proces technologiczny, zostaje wysłany sygnał z regulatora temperatury do układu chłodzenia i woda chłodząca z schładzalnika o ciśnieniu 4 bar przepływa do kolektora zasilającego, a następnie – poprzez filtr osadnikowy i otwarty zawór elektromagnetyczny oraz zawór precyzyjny i zawór zwrotny – przepływa przewodem ciśnieniowym przez kanały segmentu cylindra. Odpływ medium chłodzącego z segmentu cylindra następuje przez przewód ciśnieniowy i zawór zwrotny do kolektora, a następnie do schładzalnika. Regulator temperatury steruje utrzymaniem wartości temperatury na podstawie sygnału z czujnika temperatury z dokładnością zależną od prawidłowości doboru elementów automatycznej regulacji.
Zastosowanie rozwiązania pozwala przede wszystkim na zwiększenie wydajności wytłaczarek. Szczególnie udało się to osiągnąć przy układach dwuślimakowych. W porównaniu do dotychczasowego układu chłodzenia powietrznego zastosowanie wynalazku pozwoliło na prawie dwukrotny wzrost wydajności przy tej samej średnicy ślimaka. Uzyskanie większej wydajności przekłada się na jednostkowe zużycie energii elektrycznej, a tym samym – na koszty wytworzenia wyrobów.
Ponadto istotną korzyścią z zastosowania takiego rozwiązania jest możliwość przetwarzania tworzyw napełnianych różnymi dodatkami. Odbywa się to często w warunkach podwyższonego tarcia, co powoduje wydzielanie dużej ilości ciepła, które trzeba odprowadzić. Aby możliwe było wytwarzanie wyrobów o określonych właściwościach, niezbędne okazało się zastosowanie prezentowanego sposobu chłodzenia, który zapewnił efektywniejszą stabilizację temperatury.
Zastosowanie wynalazku pozwoliło na wprowadzenie na rynek znacznie udoskonalonych wytłaczarek dwuślimakowych współbieżnych. Dzięki nim przetwarzać można tworzywa napełniane nanozwiązkami zmieniającymi np. mechaniczne czy dielektryczne właściwości materiałów bądź nadające właściwości specjalne (np. bioaktywne).
Wynalazek układu grzewczo-chłodzącego pozwala także na uzyskanie lepszej jakości przetwarzanych tworzyw, poprawiając ich jednorodność materiałową i termiczną. Umożliwił także wytwarzanie tworzyw o określonych właściwościach. Dzięki temu rozwiązaniu poszerzono asortyment oferowanych urządzeń oraz technologii o wyższej funkcyjności dyspersyjno-dystrybutywnej układu uplastyczniającego chłodzonego wodą.
Wynalazek został wdrożony w wytłaczarkach dwuślimakowych na liniach do wytwarzania innowacyjnych kompozycji tworzywowych np. o właściwościach biobójczych, modyfikowanych napełniaczami mineralnymi. Praktyczne powyższe rozwiązanie zastosowano w recyklingu przy dewulkanizacji gumy.
Wynalazek został zgłoszony 12.03.2012 roku, zaś patent został udzielony 23.06.2014 roku. Oprócz dra inż. Zbigniewa Frąszczaka, kierownika projektu, w skład zespołu badawczego wchodzili: mgr inż. Sławomir Miszewski, inż. Roman Cybulski oraz inż. Jerzy Przytuła.
