14. Экструзия.
Экструзия - технологический процесс получения изделий путем непрерывного выдавливания расплава материала через формующее отверстие, придание ему необходимой конфигурации и последующем охлаждением изделия. Течение расплава через формующие головки происходит под действием давления, которое создается шнековым или дисковым экструдером. Экструдер ( экструзионная машина) должен обеспечивать передвижение полимера вдоль цилиндра, его плавление и гомогенизацию расплава. Методом экструзии изготавливаются трубы, пленки, профили, сетки в основном из термопластичных полимеров − полиэтилена, полистирола, поликарбоната, поливинилхлорида и др. Поскольку процесс экструзии осуществляется непрерывно, он является наиболее прогрессивным, так как позволяет производить изделия с небольшими трудовыми и энергетическими затратами при незначительных потерях материалов.
В основном для экструзии пластмасс применяют шнековые, или червячные, экструдеры. Также существуют дисковые экструдеры. Червячные экструдеры подразделяются на одношнековые, двухшнековые и многошнековые.
Более подробно об одношнековом экструдере:
1.Наиболее простым оборудованием для экструзии является одношнековый (одночервячный) экструдер без зоны дегазации (рис. 1). Такие экструдеры широко применяются для производства пленок, листов, труб, профилей, в качестве одной из составных частей линий-грануляторов и т.д. Основными элементами экструдера являются обогреваемый цилиндр, винтовой шнек (с охлаждением или без него), сетки, размещаемые на решетке, и адаптер.
2. Двухшнековые экструдеры могут применяться как в тех же случаях, что и одношнековые, так и в специальных условиях, когда одношнековые экструдеры не справляются с задачами
3. Многошнековые экструдеры применяются сравнительно редко. К таким экструдерам можно отнести четырехшнековый экструдер, а также планетарный экструдер. Червячная система последнего состоит из одного центрального червяка и еще, как правило, 6 дополнительных шнеков, расположенного вокруг основного на одинаковом радиальном расстоянии. Эти шнеки называют планетарными, отсюда и название экструдера. Такая конструкция позволяет перерабатывать материалы, склонные к быстрой термической деструкции (часто – композиции ПВХ) без применения высоких температур, но со значительным смесительным эффектом и интенсивной дегазацией расплава.
4. Дисковые экструдеры относятся к достаточно редкому типу экструзионных машин современности. Работа дискового экструдера основана на перемещении полимерного материала и создании давления за счет адгезии полимера к подвижным частям экструдера. Такие экструдеры могут быть как однодисковыми, так и многодисковыми. Последний является наиболее современным вариантом и позволяют давать давление расплава на выходе в несколько раз превышающее давление расплава стандартного одношнекового экструдера. Однако, обычно это преимущество нивелируется высокой стоимостью многодискового экструдера вследствие его конструкционной сложности.
В экструзионных машинах обычно выделяют три рабочие зоны: загрузки, плавления и дозирования.
За зону загрузки обычно принимают длину шнека от загрузочного отверстия до места появления слоя расплава на поверхности цилиндра или шнека. Зона плавления − это участок шнека от начала по- явления расплава до полного плавления слоя гранул или неполного плавления, но разрушения оставшегося твердого слоя гранул на части, распределения его в расплаве и перехода на движение расплава за счет вязкого течения. В зоне дозирования происходит окончательное плавление оставшихся частиц, выравнивание температуры расплава полимера по сечению и его гомогенизация, т.е. тщательное перемешивание расплава и придание ему однородных свойств за счет сдвиговых деформаций вязкого течения в каналах шнека.
Движение полимера в зоне загрузки
В зону питания (I) полимер поступает из бункера машины в виде порошка, гранул или ленты, захватывается нарезкой шнека и переме- щается вдоль цилиндра. Движение полимера, находящегося в твердом состоянии, обусловлено разностью крутящих моментов, возникаю- щих от сил трения между поверхностью шнека и полимером и по- верхностью цилиндра и полимером.
Движение полимера в зоне плавления
В зоне (II) происходит процесс перехода полимера в вязкотекучее состояние. Он начинает- ся на входе в зону плавления, когда вследствие теплоты трения и кон- такта материала с горячей поверхностью появляется слой расплава. Первоначальное появление расплава на поверхности шнека или цилиндра зависит от температуры и скорости скольжения материала, а также возникающего давления.
Зона дозирования (III).
Расплавленная масса полимера продолжает гомогенизироваться, однако она все еще не является однофазной и состоит из расплавленных и твердых частиц. В конце зоны III пластик становится полностью гомогенным и готовым к продавливанию через чистящие сетки и формующую головку.