Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология переработки пластических масс (теория и практика). Учебное пособие
.pdf
Материальные цилиндры, внутри которых работает шнек,
могут быть цельными или состоящими из двух частей. Большинство одношнековых цилиндров состоят из двух частей – короткой
захватывающей втулки (до 3D) и гладкой трубы цилиндра.
Длина шнеков с системой дегазации, как правило, составляет 30D. Область декомпрессии (средний участок шнека) служит
для отвода летучих компонентов.
Одночервячные экструдеры.
Смесительный эффект в одношн ековом экструдере обусловлен тем, что часть расплава образует противоток в рабочем
цилиндре экструдера.
Противоток возрастает при увеличении сопротивления на
входе в головку, что достигается, в частности, установкой сеток,
создающих дополнительное сопротивление (рис. 8).
Рис. 8. Конструкция одночервячного экструдера
В загруженный бункер засыпают гранулированный термопласт, который захватывается витками вращающегося червяка.
По мере продвижения материала вдоль цилиндра гранулы нагреваются от соприкосновения с горячей стенкой цилиндра, получающей теплоту от электронагревателей, и постепенно переходят
в расплав.
Кроме того, размягченные гранулы подвергаются действию
сдвиговых сил, возникающих при вращении червяка. Выделяемая
21
22
при этом за счет внутреннего трения теплота повышает температуру материала и способствует окончательному переходу твердого полимера в расплав. Образовавшийся расплав гомогенизируется червяком, продвигается вдоль цилиндра, проходит через пакет
сеток и поступает в формующую головку, назначение которой придать расплаву определенный профиль. Сетки и головка оказывают сопротивление потоку, благодаря чему достигается необходимая однородность расплава по вязкости и температуре.
Двухшнековые экструдеры
Принцип действия: смесительный эффект обеспечивается
двумя шнеками, расположенными параллельно в одной рабочей
камере и вращающимися либо навстречу друг другу, либо в одном и том же направлении (рис. 9).
Рис. 9. Расположение шнеков в двухшнековых экструдерах
Двухшнековые экструдеры используются, главным образом,
для экструзии профильных изделий из материалов с низкой термостабильностью (таких как жесткий ПВХ) и для особых операций при
переработке полимеров таких, как смешение, дегазация, химические
реакции и т. д. Двухшнековые экструдеры, используемые для профильной экструзии, имеют малый шаг нарезки шнеков и работают
при относительно низкой частоте вращения шнека: около 20 мин-1. По
сравнению с одношнековыми экструдерами они имеют лучшие характеристики по загрузке и транспортировке, что дает возможность
перерабатывать даже плохосыпучие материалы. Кроме того, они
обеспечивают небольшую продолжительность переработки, а также
узкое распределение времени пребывания. Улучшенные характеристики смешения и теплопередачи позволяют обеспечить хороший
контроль за температурой перерабатываемого материала и временем
переработки, что является очень важным для экструзии профильных
изделий из материалов с ограниченной термостабильностью.
В табл. 2 приведено сравнение характеристик одношнековых
экструдеров и экструдеров с двумя зацепляющимися шнеками.
Таблица 2
Сравнение характеристик одношнековых и двухшнековых экструдеров
Одношнековый экструдер Двухшнековый экструдер
Используется в простой профильной
экструзии
Модульная конструкция шнека и цилиндра используется редко, незначительная гибкость
Предсказание режима работы экструдера является менее трудным
Удовлетворительная загрузка: использование скользящих добавок может
создать проблемы
Удовлетворительное плавление, обусловленное совмещением различных
механизмов плавления твердых материалов
Хорошее дистрибутивное смешение Хорошее дистрибутивное смешение
Хорошее диспергирующее смешение Хорошее диспергирующее смешение
Удовлетворительная дегазация Хорошая дегазация
Нет самоочищения: цилиндр очищается, а основание шнека и стороны лопасти шнека нет
Одношнековый экструдер относительно недорог
Одношнековые экструдеры обычно
работают при скоростях 10-150 мин-1.
Высокие скорости шнека возможны,
но используются редко
Используется в профильной экструзии, при смешении и экструзии реакционноспособных (химически активных) материалов
Часто используется модульная конструкция шнека и цилиндра, обеспечивая большую гибкость
Предсказание режима работы экструдера является затруднительной
Хорошая загрузка : можно использовать грануля, порошки, жидкости
Хорошее плавление, обусловленное
дисперсионным механизмом плавления твердых материалов
Экструдеры с зацепляющимися шнеками могут быть полностью самоочищающимися
Высокая стоимость модульного
двухшнекового экструдера
Экструдеры с двумя однонаправленно
вращающимися шнеками могут работать при очень высоких скоростях
шнека до 1400 мин
-1
23
24
Большинство двухшнековых экструдеров, используемых
для профильной экструзии, имеют шнеки, вращающиеся в противоположных направлениях, с нарезкой с плотным зацеплением
витков, хотя используются также двухшнековые экструдеры с
однонаправленно вращающимися шнеками. Двухшнековых экструдеры различных конструкций используют также для специальных операций по переработке полимеров . Так, высокоскоростные экструдеры с двумя зацепляющимися однонаправленно
вращающимися шнеками используют при смешении и дегазации,
а также как химические реакторы. Они работают при высокой
частоте вращения шнеков, обычно от 300 до 600 мин-1, хотя существуют экструдеры такого же типа, которые могут работать
при еще большей частоте – от 1200 до 1400 мин-1. Очевидно, не
все полимеры могут быть переработаны при таких высоких скоростях.
Дисковые экструдеры
Принцип действия. Смешение происходит при течении полимерного расплава между неподвижным корпусом и вращающимся диском. Смешиваемая масса перетирается тем более интенсивно, чем меньше зазор между корпусом и диском.
В традиционных одночервячных экструдерах движение полимера в канале червяка обусловлено тангенциальными силами,
возникающими в результате смещения полимера относительно
внутренней поверхности цилиндра. Другая поверхность канала –
поверхность сердечника червяка не выполняет никакой полезной
функции, а служит лишь геометрической границей, фактически
снижающей эффективность транспортирующего действия червяка.
В поисках новых решений конструкторам пришлось отказаться от традиционного червяка и разработать аппарат, в котором полимер находится между двумя движущимися поверхностями, являющимися боковыми стенками насаженных на общий
вал дисков. Машины такого типа получили название дисковых
экструдеров (рис. 10).
Экструдер состоит из ряда последовательно соединенных
цилиндрических секций, проходя через которые полимер плавится, гомогенизируется, может подвергаться дегазации и наконец
выдавливается через профилирующее отв ерстие.
Рис. 10. Конструкция дискового экструдера
Каждая экструзионная секция состоит из двух дисков 1 и 1а,
закрепленных на валу 2, вращающемся внутри корпуса 3. Перерабатываемый полимер через окно 5 поступает в рабочее пространство между дисками (полость А) и увлекается ими в направлении
вращения. На пути материала установлен неподвижный выступ 4,
направляющий расплав полимера в канал В. Экструзионная секция
с каналом постоянной ширины обеспечивает работу с максимальной производительностью при транспортировании и плавлении
полимера. Секция с коническими дисками, обеспечивающими постоянное напряжение сдвига по всей глубине канала, позволяет нагнетать расплав под более высоким давлением.
Смесительная секция дискового экструдера состоит из двух
параллельных дисков 5, насаженных на общий вал 6 и расположенных в корпусе 4. Расплав поступает в канал 2 через окно 1,
увлекается дисками и движется по кругу. Натыкаясь на направляющую лопасть 8, расплав поворачивает и выдавливается через
окно 7. В стенках корпуса на пути потока установлены смесительные штифты 3, которые создают значительное сопротивление потоку расплава. Вследствие этого в канале возникает циркуляционное течение, обеспечивающее весьма интенсивное смесительное воздействие.
25
26
Лабораторная работа № 3.
МЕТОД ЭКСТРУЗИИ
Цель работы:
практическое ознакомление с конструкцией и работой экструдера; изучение конструкции экструдера и экструзионной головки; изучение влияния технологических параметров экструзии
на качество экструдата; изучение влияния состава композиции на
качество экструдата.
Материалы и оборудование
Термопластичный материал в виде гранул, крошки, порошка, обрезков пленки. Наполнители, модификаторы. Экструдер,
технические весы, разновес, штангенциркуль, микрометр, разрывная машина.
Описание установки
Одночервячный экструдер состоит из червяка (рис. 11),
приводимого во вращение двигателем через редуктор . Червяк
вращается внутри цилиндрического корпуса, обогреваемого нагревателями. Их работа контролируется термопарами, которые
подают сигнал на показывающие и регулирующие милливольтметры.
Рис. 11. Схема лабораторного экструдера
Между червяком и формующей головкой располагают решетку с пакетом сеток (на рис. 11 не показаны). Сырье подается
через загрузочную воронку в цилиндр машины. Вращаясь, червяк
захватывает материал, продвигает его вдоль экструдера, пластицирует и равномерно нагнетает гомогенный расплав в головку.
Материал плавится за счет теплоты, поступающей от нагревателей и выделяющейся при трении, в процессе перемещения полимера червяком.
Начинающая плавиться, а затем полностью расплавленная
масса должна скользить по поверхности червяка и прилипать к
горячей поверхности корпуса, который должен быть нагрет до
более высокой температуры, чем червяк. Корпус загрузочной воронки и червяк охлаждаются с помощью системы охлаждения.
Проведение испытаний
Установить датчики терморегуляторов на необходимую
температуру. Включить обогрев зон экструдера. Отметить время
включения. Каждые 5-10 мин отмечать изменение температуры
по зонам обогрева. После достижения заданной температуры определить точность регулирования.
После проведения этих работ следует вызвать лаборанта
или преподавателя и с помощью кнопки ПУСК, расположенной
на щите управления, включить электродвигатель, который через
редуктор начнет вращать червяк.
Убедиться, что в загрузочной воронке экструдера нет постороннего материала. Засыпать в воронку гранулы исходного
материала, периодически их помешивая для равномерной подачи
в зону загрузки червяка.
Замерить время от начала работы экструдера до появления
чистого перерабатываемого материала из сопла. Собрать экструдат, взвесить его и найти расход материала на чистку экструдера.
Для изготовления образца (рис. 12) дать расплаву вытекать
свободно. Затем равномерно вытянуть расплав плоскогубцами,
чтобы его диаметр D1 уменьшился примерно втрое (до D2) на
длине 30 мм, и снова дать экструдату вытекать свободно. Для ка-
27
28
ждого режима, указанного преподавателем, необходимо изгото-
1
c
DКD
=×
вить не менее 15 образцов.
Рис. 12. Внешний вид образца, полученного методом экструзии
По образцам, полученным при свободном вытекании расплава, определить коэффициент разбухания струи К по следующей методике. После охлаждения экструдата измерить его диаметр в пяти точках и найти среднее значение D1. Диаметр сопла
головки Dсследует измерить штангенциркулем по окончании работы. Рассчитать коэффициент разбухания по формуле:
Срезать заданное количество экструдатов (не менее 5), точно замечая время их выдавливания. Взвесить полученные образцы на аналитических весах и рассчитать среднее значение производительности (кг/ч) экструдера при заданной температуре (оС).
Образцы, полученные при заданных условиях, испытать на
прочность. Для определения прочности и относительного удлинения использовать только последние пять образцов одного режима или одной рецептуры.
Техника безопасности
Перед началом работы проверить исправность заземления
основных узлов экструдера.
Во время работы экструдера необходимо следить за показаниями терморегулятора. Не прикасаться к нагретым частям
оборудования.
Категорически запрещается: работать на неисправном экструдере; присутствовать во время работы посторонним лицам;
эксплуатировать установку без резинового коврика; стоять напротив сопла головки или заглядывать в нее.
Задание
1. Охарактеризовать материал, применяемый при перера-
ботке методом экструзии (базовый полимер и добавки).
2. Изучить влияние технологических параметров (температура по зонам и в головке экструдера) процесса экструзии на
свойства образцов.
3. Определить коэффициент разбухания экструдата в зависимости от температуры по зонам, вида и количества добавок.
4. Построить графики зависимости прочности образца от
производительности экструдера, температуры по зонам или других факторов (по указанию преподавателя).
5. Дать заключение об изменении внешнего вида экструдата в зависимости от режима переработки и состава материала.
6. Описать внешний вид поверхности экструдата, протяженность участка кристаллизации, характер изменения размеров
при вытяжке.
Лабораторная работа № 4.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ МЕТОДОМ
ДИСКОВОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
Цель работы:
практическое ознакомление с конструкцией и работой установки дисковой экструзии; определение производительности
установки дисковой экструзии; создание композиционных смесей
полимеров и исследование их свойств.
Материалы и оборудование
Полимерные материалы: полиэтилен, ударопрочный полистирол. Установка для дисковой экструзии, весы, длинномер
ИЗВ-1, разрывная машина МР-05-01.
29
30
Описание установки
Рабочая часть дискового экструдера (рис. 13) состоит из
двух профилированных дисков – вращающегося и неподвижного.
Подвижный диск установлен на шпинделе. Неподвижный диск
может перемещаться при помощи штанги. В него ввинчена формующая головка. На шпинделе и неподвижном диске имеются
спиральные канавки, препятствующие высыпанию и вытеканию
материала. Подача материала из бункера в загрузочное отделение
регулируется заслонкой вручную. Перед началом работы установка должна прогреться до температуры, заданной преподавателем.
4
8
2
1
7
5
9
10
Рис. 13.Схема дискового экструдера Рис.14.Схема щита управления
3
6
Проведение испытаний
Перед началом работы поставить тумблеры и выключатели
в исходное положение (выключить). Включателем сети (рис. 14)
подать напряжение на пульт управления. Включить цепь измерения температуры, при этом загорится сигнальная лампа 3. Включить нагреватель экструдера, при этом загорается сигнальная
лампа 5 . Регулятором мощности нагрева 6 установить ток силой
1,5-2,0 А. Когда корпус экструдера разогреется до температуры
плавления материала (контроль температуры по шкале потенциометра), поворотом выключателя включить цепь управления
электроприводом 8. Должна загореться сигнальная лампа 9.
Кнопкой ПУСК кнопочной станции 10 подать напряжение
на выпрямительное устройство (загорается сигнальная лампа 11).
Ручку регулировки скорости вращения главного двигателя вывести в крайнее положение (против часовой стрелки). Включить
цепь возбуждения выключателем 12 (сигнальная лампа 13) и
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]