3. Температурные режимы переработки пластмасс

К важным факторам при наложении изоляции (оболочки) можно отнести подогрев ТПЖ или сердечника кабеля перед вводом в головку пресса. Перед наложением ПЭ или ПВХ жилы нагреваются до 110-150 С. При переработке плавких фторполимеров подогрев заготовки является обязательным условием. Так в зависимости от типа материала температура заготовки должна быть 120-280 С. При недостаточном подогреве ухудшается качество изоляции и снижается стойкость к растрескиванию.

Тепловой режим экструдера, т.е. температура цилиндра, головки и температура охлаждения оказывают влияние на качество и производительность пресса.

По мере перемещения материала вдоль червяка температура полимера должна увеличиваться и достигать максимального значения в зоне дозирования в головке. Величина температуры I зоны должна способствовать быстрому перемещению полимера в зону сжатия, которое связано с коэффициентами трения материала о цилиндр К_мц и материала о червяк К_мч.

Движение материала в области I зоны упрощенно можно представить как движение гайки на вращающемся винте. Когда величина трения между гайкой и средой будет больше силы трения между гайкой и винтом, гайка будет перемещаться по винту. Если же сила трения между гайкой и средой будет меньше силы трения между гайкой и винтом, гайка без перемещения будет вращаться вместе с винтом.

Таким образом, движение материала вдоль червяка будет происходить, когда К_мц>К_мч. Коэффициент трения (К) полимера о сталь зависит от чистоты обработки поверхности червяка и цилиндра и их температуры (рисунок 3)

Рисунок 3 – Зависимость коэффициента трения полимера о сталь от температуры: 1 – ПЭВД, 2 – ПЭНД, 3 – ПХВ

Принимая во внимание зависимость К = f(t) температуру I зоны цилиндра (червяк обычно не охлаждается) выбирают такой, чтобы обеспечить соотношение К_мц>К_мч.

Температура в последующих зонах постепенно увеличивается и достигает максимального значения в головке пресса, но при этом должна быть на 20-50 С ниже температуры термического разложения материала.

Высокая температура в головке снижает вязкость расплава, повышает его скорость истечения через формирующий инструмент, увеличивает производительность. При этом, чем меньше толщина покрытия (изоляции и оболочки), тем больше температура и скорость экструзии. В зоне дозирования вязкость расплава влияет, во-первых, на величину обратного потока и потока утечки, во вторых, на величину напряжений сдвига и соответственно на величину работы (А_р), затраченной червяком при переработке расплава. С повышением напряжений сдвига повышается степень однородности – гомогенизация расплава, повышается стабильность свойств и размеров изделия. Экспериментально установлено, что высокое качество расплава ПЭ получается при А_р> 0,156 л.с.час/кг.

Рисунок 4 I - область плохого качества расплава, II - область удовлетворительного качества расплава, III - область хорошего качества расплава.

Рисунок 4 – Зависимость температуры расплава от удельных энергозатрат

Величина температуры в зоне дозирования (III-IV), влияет на величину кристаллической фазы кристаллизирующихся полимеров и, соответственно, физико-механические и электрические свойства изделия.

Для каждого материала и даже для различных партий одного материала подбираться свой температурный режим. При наложении изоляции из ПЭВП температура берется на 50-60 С выше, чем из ПЭНП. При наложении изоляции из вулканизирующегося полиэтилена температура последней зоны цилиндра и головки не должна превышать температуры начала вулканизации.

Относительная близость температур переработки и разложения у ряда полимеров, в частности фторполимеров, требует высокой точности поддержания температурного режима. Установлено, что колебание температуры не должно превышать + 10 С, а переработка должна проводиться при частоте вращения червяка не выше 30-50 об/мин. В таблице 1 приведены температуры переработки материалов.

Таблица 1 – Температурный режим экструдера

Температура переработки различных фторполимеров находится в пределах: ФДП - 270-390 С, ЭТФ Э - 300-340 С, ЭХТФ Э - 230-280 С, ПВДФ - 210-250 С, ПФА - 400-420 С. Причем любая термообработка при температурах выше 200-250 С приводит к выделению в незначительных количествах HF и фторированных углеводородов. При температурах выше 300-350 С выделяются фтористые монополимеры и весьма токсичные перфторизобутилен, фтористый водород, фтористый карбонил.

Вывод: в ходе выполнения лабораторной работы была изучена технология переработки пластмасс. В настоящее время изоляция и оболочки из кабельных резин накладываются преимущественно методом экструзии. При формовании изделий с постоянным поперечным сечением методика обеспечивает большую гибкость, позволяя выпускать в серийном производстве детали и заготовке, в качестве сырья для которых используется один или несколько видов полимеров.