2.2. Экструдеры и агрегаты на их основе

2.2.1. Сущность метода

Экструзия – технологический процесс, сущность которого состоит в превращении материала в непрерывное изделие с поперечным сечением необходимой формы, путём продавливания материала через формующий инструмент – головку. Выдавливание как технологический процесс применяется для продавливания плёнок, листов, труб, профилей, наложение изоляции на провода и др. Экструдеры также используются для смешения, пластикации, гранулирования, окрашивания.

От загрузочного бункера при вращении червяка гранулы материала перемещаются внутри каналов червяка. В результате трения между материалом и поверхностями цилиндра и червяка, а также за счёт подвода тепла от электронагревателей цилиндра материал по мере продвижения к головке плавится, сжимается, переходит в вязко-текучее состояние, и пройдя сетку и решётку выдавливается через профилирующую головку.

Для перемещения материала вдоль цилирндра необходимо, чтобы его трение о стенки цилиндра было большим, чем о поверхность червяка. Если это требование не выполняется, то полимер будет вращаться вместе с червяком, не продвигаясь в осевом направлении. Самостоятельно экструдеры, как правило, не эксплуатируются, а входят в состав специализированных агрегатов, состоящих из ряда машин, работающих согласованно. Например, агрегат для производства труб включает в себя помимо экструдера охлаждаемые ванны, тянущее устройство, маркирующее устройство, отрезное устройство, намоточное устройство.

2.2.2. Общее устройство и работа одночервячного экструдера

Любой экструдер включает в себя следующие узлы: загрузочный бункер, рабочие органы – червяк и цилиндр, привод червяка, узел упорного подшипника. Кинематическая схема одночервячного экструдера представлена на рис. 67. От электродвигателя 1 крутящий момент через редуктор 3 передаётся на червяк 4, который находится в цилиндре 4. Упорный подшипник 5 воспринимает возникающие при работе экструдера силовые нагрузки.

Рис. 67

Принципиальная схема одночервячного экструдера для переработки термопластов представлена на рис. 68

Основным органом одночервячного экструдера (рис. 68) является обогреваемый материальный цилиндр 1, внутри которого вращается червяк 2. Загрузка перерабатываемого материала производится с помощью загрузочного устройства 3, конструктивное оформление которого определяется состоянием и формой частиц перерабатываемого материала. Формующий инструмент 4 устанавливается на выходе из материального цилиндра 1, обогреваемого при помощи нагревателей 5. Привод червяка, закрепленного в опорном узле 6, осуществляется от электродвигателя 7 через редуктор 8 и муфту 9.

Рис. 68

В процессе переработки исходный материал из загрузочного устройства поступает в червяк и перемещается в осевом направлении в винтовом канале червяка, образованным внутренней поверхностью материального цилиндра и нарезкой червяка. При движении материал уплотнятся, расплавляется, происходит удаление воздуха и гомогенизация расплава, развивается давление, под действием которого подготовленный расплав продавливается через формующий инструмент. Соответственно в одночервячном экструдере в направлении движения материала могут быть выделены зоны: питания (загрузки), плавления (пластикации), дозирования (выдавливания) длиной соответственно (см. рис. 68). В ряде случаев для экструдеров специального назначения могут быть выделены зоны дегазирования, смешения, диспергирования и т.д.

В зоне загрузки происходит прием перерабатываемого материала и его перемещение в направлении зоны плавления и уплотнения. Для повышения производительности зона загрузки выполняется с большим объемом винтового канала червяка, а также используются устройства для принудительной запитки экструдера.

В зоне плавления происходит расплавление полимера, его уплотнение и удаление воздушных включений. Для эффективного проведения указанных процессов, канал червяка в зоне плавления выполняется с постепенно уменьшающимся объемом, канала , т.е. .

В зоне дозирования происходит гомогенизация расплава и развивается давление, под действием которого расплав продавливается через формующий инструмент.

Червяки, диаметр D которых может быть от 20 до 500 мм и более, характеризуется геометрией (профилем) поперечного сечения канала, длиной нарезки, шагом t, степенью сжатия i и числом заходов нарезки.