4.3.4. Адиабатическая экструзия

Экструдеры, работающие без подвода тепла извне, работают за счет тепла, выделяемого при движении твердого материала в зоне загрузки, за счет сил трения при течении расплава полимера (внутреннее трение).

Интерес к адиабатическому режиму объясняется практическим преимуществом таких процессов. Известно, что термический КПД экструдера выше, а перерабатываемый материал нагревается и пластицируется более равномерно, если экструдер работает в адиабатическом режиме. Особенно это проявляется при высоких скоростях вращения червяка.

Для того, чтобы подвести тепло к материалу, находящемуся в экструдере, при помощи теплопередачи от внешних нагревателей, необходимо поднять температурный градиент внутри материала. Это означает, что материал будет нагреваться неравномерно. На выходе из экструдера такой материал по массе будет иметь неодинаковую температуру, что в итоге приведет к ухудшению качества изделия. Если же все подводимое к материалу тепло создается только за счет превращения механической энергии, то считается, что тепло генерируется по мере необходимости, и необходимость в создании температурного градиента отпадает. Кроме того, поскольку температурный градиент в стенке цилиндра в адиабатических процессах имеет обратное направление, то количество тепла, теряемое внешней поверхностью, уменьшается, а, следовательно, имеет место повышение термического КПД.

В адиабатическом режиме хорошо перерабатывается ПЭ, немного хуже – ПВХ. Однако практического применения адиабатическая экструзия не получила. Это обусловлено тем, что один из основных технологических параметров – температура – не может регулироваться произвольно. Если учесть, что разные партии полимера отличаются по вязкости, то ясно, что между потребляемой мощностью и температурой расплава нет однозначной зависимости, а отсюда невозможно поддерживать температуру и давление постоянными. Это приводит к невозможности получения стандартных изделий.

4.3.5. Многошнековые прессы

В последние 40-50 лет разработаны конструкции многошнековых прессов. Это связано с тем, что некоторые материалы на обычных машинах перерабатываются с трудом (ПВХ пасты, тонкодисперсные порошки эмульсионного ПВХ, ПЭВП и др.) – возникают затруднения в зоне загрузки.

Большинство многошнековых машин имеют два шнека, но есть машины с тремя и большим количеством червяков. В многошнековых машинах могут использоваться как взаимозацепляющиеся червяки, так и незацепляющиеся. Если все червяки вращаются в одном направлении, то все они должны иметь одинаковое направление нарезки. Если же червяки вращаются в разных направлениях, то они должны иметь винтовые каналы с различным направлением нарезки. В противоположном направлении обычно вращаются незацепляющиеся червяки.

Экструзионные машины с взаимозацепляющимися шнеками работают подобно объемным насосам, и их производительность мало зависит от противодавления. Так как расход энергии на экструдирование у этих машин значительно меньше, чем у одношнековых, то процессы пластикации в них в большей мере, чем для одношнековых, зависят от тепла, сообщаемого наружными нагревателями.

Двух- и трехшнековые машины находят применение в качестве пластикаторов – они лучше пластицируют и перемешивают трудноперемешиваемые термопласты (Н-ПВХ, ПЭВП, ПП) с наполнителями и красителями.

В настоящее время освоен выпуск многошнековых машин с диаметром червяков 90, 125, 160 мм. Обозначение многошнековых машин: ЧП2-90×12 (L/D=12).

На базе двухчервячных прессов созданы агрегаты для гранулирования полимеров, трубного производства из порошкообразных композиций термопластов.

Частота вращения червяков в двухшнековых машинах (2-40 об/мин) значительно ниже, чем в одношнековых (до 120 об/мин). Поэтому в межвитковых каналах двухчервячных машин выделяется значительно меньше тепла за счет трения, и тепло для нагрева, в основном, поступает от внешних нагревателей, расположенных на цилиндре. Нагрев цилиндра двухчервячной машины осуществляется индуктивными нагревателями. Число температурных зон в зависимости от типоразмера пресса может быть от двух до пяти, для дегазационных прессов – 3-6.

Многочервячные машины можно с успехом использовать для переработки нетермостабильных материалов, в первую очередь – жесткого непластифицированного ПВХ.