Вопрос № 10. Оборудование для переработки полимерных материалов: Экструдеры и экструзионные агрегаты.
Изготовление изделий из полимерных материалов осуществляется главным образом следующими методами: литье под давлением, экструзия, выдувное формование, прессование, каландрование, пневмо- и вакуумформование.
В процессе переработки термопласты претерпевают ряд превращений. Сначала происходит плавление и в процессе пластической деформации ему придается конфигурация будущего изделия. После охлаждения приданная изделию форма фиксируется. Процесс формования термореактивных материалов сопровождается нагреванием до температуры отверждения. При этом внутри материала протекают химические реакции, приводящие к образованию пространственной молекулярной структуры.
Экструдеры
Экструзия – один из наиболее распространенных способов переработки полимерных материалов. Методом экструзии получают трубы, пленки, листы, выдувные изделия, многословные армированные материалы, кабельная изоляция. Машины, на которых осуществляется этот процесс, называются экструдерами. Термопластичный материал в экструдере, не претерпевая химических превращений, последовательно переходит сначала из твердого состояния (в виде гранул или порошка) в расплав, а затем вновь в твердое состояние – после выхода из профилирующего инструмента. Экструдеры применяются также для дегазации, окрашивания, обезвоживания, смешения, пластикации и пластификации термопластов, реактопластов и эластомеров.
Рис.3.2.1. Принципиальная схема одночервячного экструдера:
1 – гильза; 2 – электронагреватель; 3 – червяк; 4 – загрузочный бункер; 5 – упорный подшипник; 6 – редуктор; 7 – электродвигатель; 8 – материальный цилиндр; 9 – фланец; 10 – профилирующая головка
На рис.3.2.1 показана схема одночервячного экструдера. Видно, что рабочим органом такого экструдера является обогреваемый материальный цилиндр 8, внутри которого вращается червяк 3. Загрузка перерабатываемого материала производится с помощью загрузочного устройства 4, конструктивное оформление которого определяется состоянием и формой частиц перерабатываемого материала. Формующий инструмент 10 устанавливается на фланец 9 материального цилиндра 8, обогреваемого при помощи нагревателей 2. Привод червяка, закрепленного в упорном узле 5, осуществляется от электродвигателя 7 через редуктор 6 и муфту.
Рис.3.2.2. Разделение червяка на зоны и его основные параметры
Червяк (рис.3.2.2) является основным рабочим органом экструдера. Он забирает непластифицированный материал от загрузочного отверстия, пластицирует его и равномерно подает в виде гомогенного расплава к головке. Основными параметрами червяка являются диаметр D, длина L, глубина канала в зоне питания b и в зоне дозирования e. Червяки применяются с относительной длиной L/ D = 15…35. По характеру процессов, протекающих на каждом участке червяка, его обычно можно разделить по длине на три основные зоны:
зона питания (или зона загрузки) – участок, на котором перерабатываемый материал находится в твердом состоянии;
зона сжатия (или зона пластикации) – участок, на котором почти полностью происходит плавление материала;
зона дозирования – участок, на котором материал находится в вязкотекучем состоянии.
При выборе экструдера следует учитывать температурный режим, частоту вращения червяка, давление в головке, конкретный вид изделия и производительность.
При переработке полимерных материалов используют следующие типы экструзионных агрегатов:
грануляторы;
пленочные агрегаты (для получения рукавной пленки; плоской пленки и т.д.);
агрегаты для получения дублированных пленок (например – бумага-полиэтилен или фольга-полиэтилен);
листовальные агрегаты;
трубные агрегаты;
агрегаты для экструзии профилей;
кабельные агрегаты;
агрегаты для получения волокна.
Остановимся кратко на перечисленных типах экструзионных агрегатах.