Plasttek, Полезна информация

Екструзия

Метод на полимерна екструзия

Екструзия - метод за получаване на продукти или полуготови продукти от полимерни материали с неограничена дължина чрез изстискване на полимерната стопилка през формовъчна глава (матрица) с желания профил. Екструдирането, заедно с шприцването на пластмаса, е един от най-популярните методи за производство на пластмасови изделия. Почти всички основни видове полимерни материали, както термопласти, така и термопласти, както и еластомери, се подлагат на екструзия.

По принцип за екструдирането на пластмаси се използват шнекови или червячни екструдери. Има и дискови екструдери. За успешното производство на продукти чрез екструдиране не е достатъчен само един екструдер. В допълнение към него е необходимо да има още няколко съоръжения, които заедно съставляват линията за екструдиране. Освен това има екструдери с издухване, които се използват в инсталации за производство на продукти чрез екструзионно издухване. Тяхното описание не е включено в тази статия. На практика няма екструдери с вертикални шнекове.

1. Шнековите екструдери се делят на едношнекови, двушнекови и многошнекови.

Най-простото оборудване за екструдиране е едношнеков (едношнеков) екструдер без дегазираща зона (фиг. 1). Такива екструдери се използват широко за производството на филми, листове, тръби, профили, като един от компонентите на гранулаторни линии и др. Основните елементи на екструдера са отопляем варел, винтов винт (с или без охлаждане), сита, поставени върху решетка, и адаптер.

В зависимост от естеството на полимера, технологичните режими на обработка се използват винтове с различни профили с различна стъпкаи дълбочина на резбата. В зависимост от вида на произвеждания продукт се използват машини с къси или дълги винтове, т.е. с малко или голямо съотношение на дължината L към диаметъра D на винта (L / D). Стойностите D и L/D са основните характеристики на едношнеков екструдер. Диапазонът на размерите на екструдерите, произведени в Съветския съюз, се основава на диаметрите на шнека: D = 20; 32; 45; 63; 90; 125; 160; 200; 250 и 320 мм.

2. Двушнековите екструдери могат да се използват както в същите случаи като едношнековите екструдери, така и при специални условия, когато едношнековите екструдери не могат да се справят със задачите. В българските реалности двушнековите екструдери в по-голямата част от случаите се използват за екструдиране на PVC (поливинилхлорид) в строителни продукти. Технологията за процес на PVC екструдиране често включва използването на прахообразна основна суровина (PVC състав), която не може да бъде обработена на стандартна едношнекова екструзионна линия. По правило двушнековите екструдери са задължително оборудвани с дегазиращо устройство. Има два основни вида двушнекови екструдери:екструдери със зацепващи се винтове (еднопосочни или противоположно въртящи се винтове);ектрудери с незахващащи се винтове (еднопосочни или противоположно въртящи се винтове).

3. Многошнековите екструдери се използват сравнително рядко. Тези екструдери включват четиришнеков екструдер, както и планетарен екструдер. Червячната система на последния се състои от един централен червяк и, като правило, 6 допълнителни винта, разположени около основния на същото радиално разстояние. Тези шнекове се наричат ​​планетарни, откъдето идва и името на екструдера. Такивадизайнът позволява обработка на материали, склонни към бързо термично разграждане (често PVC състави) без използване на високи температури, но със значителен смесителен ефект и интензивно обезгазяване на стопилката.

4. Дисковите екструдери са доста рядък тип екструдерни машини в нашето време. Работата на дисковия екструдер се основава на движението на полимерния материал и създаването на налягане поради адхезията на полимера към движещите се части на екструдера. Такива екструдери могат да бъдат както еднодискови, така и многодискови. Последният е най-модерният вариант и ви позволява да дадете налягане на стопилката на изхода няколко пъти по-високо от налягането на стопилка на стандартен едношнеков екструдер. Това предимство обаче обикновено се компенсира от високата цена на многодисковия екструдер поради сложността на дизайна му.

Поведение на полимера по време на екструдиране

Поведението на полимера вътре в екструдера ще бъде разгледано с помощта на примера за едношнекова екструзия на гранулиран материал. Технологичният процес на екструдиране се състои от последователно пластифициране и движение на материала чрез въртящ се шнек в зоните на материалния цилиндър. Разграничават се следните зони - хранене (I), пластификация (II), дозиране на стопилка (III).

Може да се каже, че разделянето на шнека на зони I-III е доста произволно, то се извършва по технологичен признак и показва каква операция основно изпълнява тази секция на шнека. Цилиндърът също има определени дължини на нагревателни зони. Дължината на тези зони се определя от разположението на нагревателите на повърхността му и тяхната температура. Границите на зоните на винта I-III и нагревателните зони на цилиндъра може да не съвпадат. За да се осигури успешното движение на материала, условията за насърчаване на твърдия материал са от голямо значение.материал от зареждащия бункер и запълване на междуоборотното пространство под фунията на бункера.

Зареждане на суровини. Полимерният материал за екструдиране, подаван в бункера, може да бъде под формата на прах, гранули, ленти. Последният вид суровина е типичен за преработката на отпадъци от промишлено производство на филми и се извършва на специални екструдери, оборудвани с принудителни захранващи устройства-дозатори, монтирани в бункери. Равномерното дозиране на материала от бункера осигурява добро качество на екструдата.

Зърнестите пластмаси най-често се обработват чрез екструзия. Рециклиращият полимер под формата на гранули е най-добрият вариант за захранване на екструдер. Полимерните гранули са по-малко склонни към "увисване" и блокиране в бункера, отколкото прахообразните, а също така гранулите се пластифицират и хомогенизират по-лесно.

Зареждането на междуоборотното пространство на шнека под фунията на бункера става на дължината на шнека, равна на (1 - 1,5)D. При обработката на многокомпонентни материали се използват отделни дозатори за зареждането им в бункера: шнекови (обемни), вибриращи, тегловни и др. Течливостта на материала силно зависи от съдържанието на влага: колкото по-висока е влажността, толкова по-ниска е течливостта. Следователно хигроскопичните материали трябва да бъдат изсушени преди да бъдат заредени в екструдера.

Използвайки устройства за принудително подаване на материал от бункера към материалния цилиндър, също е възможно значително да се увеличи производителността на машината. Когато материалът се уплътни в междинното пространство на шнека, изместеният въздух излиза обратно през бункера. Ако отстраняването на въздуха е непълно, той ще остане в стопилката и след преминаване през матрицата ще образува нежелани кухини в продукта.

Екструдерът може да прегрее, когато работи дълго време.цилиндър под фунията на бункера и самия бункер. В този случай гранулите ще започнат да се слепват и подаването им към шнека ще спре. За да се предотврати прегряването на тази част от цилиндъра, в него се правят кухини за циркулация на охлаждаща вода. Обикновено зоната за зареждане е единствената охлаждана зона в съвременните екструдери.

1. Хранителна зона (I). Гранулите или полимерният прах, идващи от бункера, запълват междузавъртящото пространство на винта на зона I и се уплътняват.

2. Зона на пластификация и топене (II). В зона II се извършва топенето на полимера в близост до повърхността на цилиндъра. В тънък слой от полимерната стопилка възникват интензивни деформации на срязване, в резултат на което материалът се пластифицира, което води до интензивен ефект на смесване.

Основното повишаване на налягането P на стопилката се случва на границата на зони I и II. На тази граница получената тапа от компресиран материал, така да се каже, се плъзга по винта: в зона I е твърд материал, в зона II се топи. Наличието на тази тапа създава основния принос за увеличаването на налягането на стопилката. Налягането, съхранявано на изхода на цилиндъра, се използва за преодоляване на съпротивлението на решетките, потока на стопилката в каналите на главата и формирането на екструдирания профил.

3. Зона на дозиране (III). Разтопената маса на полимера продължава да се хомогенизира, но все още не е еднофазна и се състои от разтопени и твърди частици. В края на зона III пластмасата е напълно хомогенна и готова за преминаване през почистващите сита и формиращата глава.

Основни параметри на процеса на екструдиране :

Технологичните параметри на преработката на пластмаси чрез екструдиране включват:температура по зони на екструдераналягане на стопилка,температура на зони на матрицаРежими на охлаждане на екструдиран профил

Основните технологични характеристики на екструдера са дължината на шнека L, диаметърът на шнека D, отношението L/D, скоростта на въртене на шнека N, както и профилът на шнека и степента на изменение на обема на шнековия канал.

Основната характеристика на инструмента за формоване, който обикновено се състои от екструзионна глава (заедно с филтърни мрежи) и оразмеряващ блок, е коефициентът на съпротивление на потока на стопилката K. Падът на налягането през филтърните мрежи е индикатор за запушване, т.е. увеличаване на съпротивлението на мрежите и следователно сигнал за тяхната подмяна.

Разширен показател за работата на всеки екструдер може да се нарече неговата ефективност, измерена като съотношението на производителността на екструдера към неговата консумация на енергия.

Поддръжка на екструдери

Поддръжката на стандартен едношнеков екструдер е лесна. Обучението на оператор на екструдер обикновено отнема от един до няколко месеца. Ремонтът и поддръжката на едношнеков екструдер се свежда до подмяна и почистване на филтърни сита, подмяна на редукторно масло в задвижването, подмяна на електрически предпазители, ремонт или подмяна на нагреватели на цилиндри. След броя машинни часове, предписан от производителя на екструдера, е необходимо да разглобите екструдера и да смените шнека и цевта, ако е необходимо.

Необходимата техническа документация за екструдера включва:Паспорт за екструдера, произведен от производителяСхема на свързване на екструдераОписание на работата на екструдера (често включено в паспорта)Монтажен чертеж на екструдера

Заключение

В заключение си струва да се спрем отново на факта, че в съвременните условия екструдерът като такъврядко е в състояние да реши проблемите, пред които са изправени преработвателите на пластмаси. В съответствие с използваните днес технологични схеми е необходимо използването на екструзионни линии. В допълнение към екструдера, те могат да включват:Устройство за калибриранеКоекструдериОхлаждащи ваниУстройство за изтеглянеУстройство за маркиранеУстройство за ламиниранеУстройство за рязане/навиванеДруги спомагателни технологични единици

За съжаление индустриалното производство на екструдери и екструдерни линии в България е почти свито. Фирмите, предлагащи екструзионно оборудване на нашия пазар, като правило се занимават със закупуване на оборудване в чужбина и последваща продажба в България. Малко по-различна ситуация се наблюдава в Украйна, където все още съществуват специализирани машиностроителни предприятия.

---