2.3. Принципиальная конструкция дискового и поршневого экструдеров

Перерабатывающие машины, чьи названия вынесены в заголовок, объединяет лишь одна общая особенность — малая распространенность.

Д исковые или эластодинамические экструдеры устроены и действуют следующим образом (рис. 6.12). Основной рабочий элемент — диск 2 — вращается в массивном корпусе 1, в котором имеется загрузочное отверстие, расположенное тангенциально к окружности диска. Полимерный материал 3 захватывается вращающимся с частотой до 45 с^-1 диском и увлекается в кольцевой конический зазор. Под действием силы трения материала у поверхности диска и корпуса происходит его быстрый нагрев и расплавление. Расплав испытывает как пластическую, так и вязкоэластическую деформации. Последняя вызвана распрямлением макромолекулярных цепей и поэтому является обратимой. Результирующая микроусилий в распрямленных макромолекулах действует по радиусу к центру вращения диска (эффект Вайсенберга). В результате расплав испытывает давление, смещающее его к центру вращения и выдавливающее его через формующее отверстие. На выходном узле дискового экструдера устанавливают кольцевой электронагреватель 4.

Д остоинством дисковых экструдеров является высокий коэффициент полезного действия, а недостатки состоят в малом значении давления на расплав (до 1 МПа), в чувствительности к гранулометрической неоднород-ности перерабатываемого полимер-ного материала и наличию в его составе наполнителей.

Поршневые экструдеры используются для переработки определенных марок фенопластов и фторопластов. При производстве трубок и капилляров из фторопласта 4 применяют машину, схема которой представлена на рисунке 6.13. Ее основными элементами являются материальный цилиндр 4 (в данном случае не обогреваемый), плунжер 3, совершающий возвратно-поступательное движение, и дорн 5 с дорнодержателем 6. Порошковый полимер 1 из бункера 2 самотеком через загрузочное отверстие поступает в цилиндр. При движении плунжера перекрывается загрузочное отверстие, создается значительное давление на полимер, под действием которого он уплотняется и перемещается по кольцевому зазору к выходу из цилиндра. При возвратном движении плунжера загрузочное отверстие открывается, и новая порция порошкового полимера поступает в рабочий цилиндр. При необходимости (отверждение реактопластов, спекание изделий из фторопластов) экструдер комплектуется необходимым количеством нагревателей, а дорн существенно удлиняется.

Лекция 3.

Тема 2 (продолжение).

2.4. Движение полимера в экструдере.

2.4.1. Общие сведения

Исходное сырье для экструзии, подаваемое в бункер, может быть в виде порошка, гранул, лент. Последний вид сырья характерен для переработки отходов промышленного производства пленок, которая осуществляется на специальных экструдерах, снабженных принудительными питателями-дозаторами, устанавливаемыми в бункерах. Равномерное дозирование материала из бункера обеспечивает хорошее качество экструдата.

Переработка полимера в виде гранул — наилучший вариант питания экструдера. Это объясняется тем, что гранулы полимера меньше склонны к "зависанию", образованию пробок в бункере, чем порошок.

Порошкообразный материал может слеживаться в процессе хранения и транспортировки, в том числе и при прохождении через бункер. Гранулированный материал в отличие от порошка имеет постоянную насыпную массу. Загрузка межвиткового пространства под воронкой бункера происходит на отрезке длины шнека, равном (1-1,5)D.

При переработке многокомпонентных материалов для загрузки их в бункер применяются индивидуальные дозаторы: шнековые (объемные), вибрационные, весовые и т. п.

Если при применении порошкообразных материалов последние имеют непостоянную сыпучесть, то в бункерах образуются "своды", зависающие на стенках бункера. Питание шнека материалом прекращается. Для устранения этого необходимо в бункер помещать ворошители.

Сыпучесть материала зависит в большой степени от влажности: чем больше влажность, тем меньше сыпучесть. Поэтому материалы должны быть вначале подсушены.

Для увеличения производительности машины гранулы можно предварительно подогреть, но не доходя до температуры, при которой они начнут слипаться. Применяя приспособления для принудительной подачи материала из бункера на шнек, также удается существенно повысить производительность машины.

При уплотнении материала в межвитковом пространстве шнека вытесненный воздух выходит обратно через бункер. Если удаление воздуха будет неполным, то он останется в расплаве и после формования образует в изделии полости. Это является браком изделий.

Изменение уровня заполнения бункера материалом по высоте также влияет на полноту заполнения шнека. Поэтому бункер снабжен специальными автоматическими уровнемерами, по команде которых происходит загрузка бункера материалом до нужного уровня. Загрузка бункера экструдера осуществляется, как правило, при помощи пневмотранспорта.

Питание шнека зависит от формы частиц сырья и их плотности. Гранулы, полученные резкой заготовки на горячей решетке гранулятора, не имеют острых углов и ребер, что способствует их лучшей сыпучести. Гранулы, полученные холодной рубкой прутка-заготовки, имеют острые углы, плоское сечение среза, что способствует их сцеплению и, как следствие, ухудшению сыпучести. При длительной работе экструдера возможен перегрев цилиндра под воронкой бункера и самого бункера. В этом случае гранулы начнут слипаться, и прекратится их подача на шнек (образуется так называемый "козел", т.е. слипшийся комок гранулированного термопласта, находящийся в загрузочном отверстии и мешающий поступлению гранул на шнек).

Для предотвращения перегрева этой части цилиндра в нем делаются полости для циркуляции охлаждающей воды.