Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Оборудование и основы проектирования предприятий по переработке пластмасс. Учебное пособие
.pdf
51
В процессе переработки исходный материал из загрузочного
устройства поступает в червяк и перемещается в осевом направлении
в винтовом канале червяка, образованном внутренней поверхностью
цилиндра и нарезкой червяка.
Червяк (шнек, рис. 2.5) является весьма важной рабочей частью
экструдера. Порошкообразный или гранулированный материал
должен транспортироваться червяком от загрузочной воронки в зону
плавления, пластицировать его и рав
номерно, без пульсации подавать
в виде расплава к формующей головке экструдера. Составными
частями червяка являются сердечник, винтовая нарезка и хвостовик.
В одночервячном экструдере общая длина винтового канала в
направлении движения материала делится на зоны питания (загрузки), плавления (пластикации), дозирования (выдавливания материала
в головку экструдера).
Рис. 2.5. Общее устройство червяка экструдера:
1 – сердечник червяка; 2 – винтовая нарезка червяка;
3 – хвостовик червяка
В зоне питания происходит прием перерабатываемого материала
(в твердом агрегатном состоянии) и его перемещение к зоне плавле-
ния и уплотнения. Для повышения производительности экструдера
зона загрузки выполняется с большим объемом винтового канала
52
червяка, а также используются устройства для принудительной подачи материала в экструдер.
В зоне плавления происходит переход полимера в вязкотекучее
состояние, его уплотнение и удаление воздушных включений. Для
эффективного проведения указанных процессов канал червяка в зоне
плавления выполняется с постепенно уменьшающимся объемом.
В зоне дозирования происходит гомогенизация расплава полимера и развивается давл
ение, под действием которого расплав продав-
ливается через формующую головку.
От конструкции, геометрических размеров (рис. 2.6) и частоты
вращения червяка зависит производительность экструдера.
Рис. 2.6. Геометрические характеристики червяка (шнека):
1 – винтовая нарезка червяка; 2 – сердечник.
Основные геометрические параметры червяка: D – диаметр червяка;
d – диаметра сердечника; h – глубина канала; t – шаг винтовой нарезки;
φ – угол подъема винтовой нарезки; L – длина нарезанной части червяка
(на рисунке показана не полностью); l – толщина гребня нарезки
Диаметр червяка D является главным параметром, характеризующим червячные (шнековые) машины. С увеличением диаметра червяка увеличивается объемная производительность машины.
l
53
Длина нарезной части (винтового участка) червяка L определяет
не только габариты экструдера, но также и его производительность.
Увеличение L приводит чаще всего к росту производительности
машины, но увеличение длины винтовой нарезки возможно лишь до
определенного предела. Длина винтовой части червяка L выполняется
различной для многих конструкций экструдеров, но не выходит за
пределы 15–30 диаметров че
рвяка D (L/D = 15–30). Выбор длины
рабочей (нарезной) части червяка в указанных пределах обеспечивает
нормальное течение процесса экструзии. При дальнейшем увеличении L возрастает вероятность термодеструкции материала и увеличивается металлоемкость и энергоемкость машины.
От шага винтовой нарезки червяка t зависит величина создавае-
мого червяком напорного усилия (в виде давления распл
ава). Большое напорное усилие можно создавать, уменьшая шаг, но при этом
снижается производительность машины. Кроме того, червяки с переменным шагом нарезки отличаются трудностью их изготовления.
Большинство червяков одночервячных машин изготавливается с
постоянным шагом t и переменной глубиной нарезки h.
При переработке пластмасс шаг винтовой линии t назначается в
пределах (0,7–1,5)D. Указан
ным величинам шага нарезки соответ-
ствуют углы подъема винтовой линии φ, равные 17–24
о
.
Глубина винтового канала h зависит от типа перерабатываемого
материала и диаметра червяка D. Глубокую нарезку применяют для
мягких материалов при низких давлениях. Червяки с мелкой нарезкой
обеспечивают хорошее смешение, однако при этом уменьшается производительность и повышается давление.
54
В применяемых в настоящее время одночервячных экструдерах
глубина канала червяка в зоне загрузки колеблется в интервале
(0,12–0,16)D. При проектировании червяков с переменной глубиной
винтового канала следует помнить об уменьшении прочности червяка
в зоне загрузки, что может привести к деформации червяка при эксплуатации машины. Толщина гребня нарезки (толщина витка) e при
переработке пластмасс принимается в п
р
еделах (0,08–0,12)D. Практически установлено, что при неизменных диаметре D и длине нарезной части червяка L эффективность работы машины зависит от профиля и закона изменения объема винтового канала по длине червяка
(шнека).
Геометрическая компрессия (геометрическая степень сжатия)
есть отношение объемов винтового канала одного витка червяка в
зонах заг
р
узки и дозирования.
Для каналов переменной глубины и постоянного шага геометрическая степень сжатия ε определяется по формуле
22
11
22
22
ε ,
Dd
Dd
где D
1
, D2 – наружные диаметры червяка в зонах загрузки и дозиро-
вания соответственно; d
1
, d2 – диаметры сердечника червяка в этих
зонах.
При переработке различных полимерных материалов геометрическая степень сжатия различна и ориентировочно может выбираться
по экспериментальным данным [11]:
смеси полимеров.............................................................
....1,5
гранулированный полиэтилен высокой плотности.....1,5–3
порошкообразный полиэтилен высокой плотности…...3–5
55
полиэтилен низкой плотности.....................................2–2,5
поливинилхлорид..........................................................2,5–3
тефлон...............................................................................5–6
Заметное влияние на производительность червячной машины
оказывает величина зазора между гребнем винтовой нарезки и внутренней поверхностью материального цилиндра экструдера.
Величина потока межвитковых утечек, снижающая производительность экструдера, пропорциональна третьей степени величины
указанного зазора. Новые цилиндр и червяк должны иметь этот зазор
в предел
ах от 0,002 D до 0,005 D
(первое значение рекомендовано для
червяков больших диаметров). Меньшие величины зазора нежелательны из-за возможного заедания червяка в цилиндре и задиров их
рабочих поверхностей.
Червяки изготавливают из стали 40ХН2МА, их поверхности за-
тем азотируют и шлифуют.
На рис. 2.7 показано общее устройство рабочего цилиндра чер-
вячного экструдера.
Материальный цилиндр червячных машин представляет собой
литую деталь (корпус цилиндра) с запрессованной закаленной (или
азотиров
анн
ой) и шлифованной гильзой (втулкой). На наружной
поверхности корпуса выполняют пазы для размещения электронагревателей. Над загрузочной зоной червяка располагается загрузочное
окно цилиндра, имеющее каналы для циркуляции воды, чтобы
предотвратить налипание гранул на стенки окна. Толщ
ина стенки
корп
уса рабочего цилиндра должна быть достаточной, чтобы выдер-
живать давление расплава до 60 МПа.
56
Рис. 2.7. Материальный цилиндр одночервячного экструдера:
1 – фланец для присоединения формующей головки; 2 – литой корпус;
3 – кожух цилиндра; 4 – отверстия для термопар; 5 – пазы для электронагрева-
телей; 6 – гильза (втулка) из износостойкой стали; 7 – загрузочное окно
цилиндра; 8 – фланец для крепления корпуса подшипников
Для каждой зоны цилиндра в стенке корпуса сверлится несквоз-
ное отверстие для установки термопар.
2.2.4.3. Краткая характеристика формующих головок
червячных машин
Конструкции головок червячных машин должны обеспечивать:
легкость и удобство надежной установки на корпус и снятия с
корпуса цилиндра;
плавные переходы от одних размеров (диаметров) к другим;
отсутствие «мер
твых» зон и застойных пространств;
57
одинаковое гидравлическое сопротивление внутренних кана-
лов от червяка до выхода из головки по всем линиям потока;
высокий класс чистоты поверхности внутренних полостей го-
ловки и ее деталей.
Ниже приведена классификация формующих головок по двум
признакам.
1. По направлению движения материала на выходе из цилиндра и
из головки:
прямые (прямоточные);
угл
овые (поперечные и скошенные).
2. По величине сопротивления головки (течению материала):
головки низкого давления (р
гол
< 5 МПа);
головки среднего давления (р
гол
= 5–10 МПа);
головки высокого давления (р
гол
> 10 МПа).
В прямой головке направление течения материала совпадает с
направлением оси червяка машины. Такие головки применяются при
очистке и гранулировании материалов и в производстве большинства
профильных полуфабрикатов и изделий.
В поперечной головке направление течения материала по отношению к оси червяка меняется на 90
о
, а в скошенной головке – чаще
всего на 60
о
. Подобные головки применяются главным образом при
изоляции проводов и кабелей, при обкладке шлангов, рукавов и т. п.
Поверхности внутренних полостей головки и формующих деталей обрабатываются по высокому классу чистоты, и лучше всего,
когда они хромируются и полируются.
58
2.2.4.4. Варианты применения одночервячных
экструдеров в агрегатах и поточных линиях
С учетом производимых операций и выпускаемой продукции
экструзионные агрегаты и линии можно подразделить на следующие
виды:
стрейнеры и грануляторы;
агрегаты для производства пленок;
агрегаты для получения листов и плит;
трубные агрегаты;
агрегаты для производства профильных изделий;
линии для на
несения полимерных покрытий;
агрегаты для производства выдувных изделий.
2.2.4.5. Двухчервячные и дисковые экструдеры
В середине 1930-х годов появился новый тип экструдера – многочервячный, в конструкцию которого заложен иной механизм продвижения материала по сравнению с одночервячным экструдером.
Наибольшее распространение среди многочервячных экструдеров
получили двухчервячные*, имеющие следующие преимущества перед
одночервячными машинами:
хороший захват материала в зоне загрузки независимо от его
агрегатного состояния и формы ча
стиц;
принудительное продвижение материала к формующему
инструменту;
взаимная очистка червяков.
* В учебных пособиях [10, 11] описаны принципы действия, основные
конструкции и методы расчетов основных узлов двухчервячных экструдеров,
производительности машин.
59
С 1960-х годов в качестве смесителей-пластикаторов непрерывного действия стали применять дисковые эктрудеры.
Принцип действия дискового (бесчервячного) экструдера основан
на использовании упругости расплавов полимеров (эффекта Вайс-
сенберга). Сущность данного эффекта заключается в том, что при течении расплавов и растворов полимеров (вязкоупругих жидкостей) в
условиях простого сдвига возникают не только касательные, но и
нормальные напряжения, ортогональные к плоскости сдвига [10, 11].
2.2.4.6. Оборудование для формования выдувных изделий.
Основы классификации и краткая характеристика
экструзионно-раздувных агрегатов
В связи с использованием полимерной тары для транспортирования и хранения пищевых продуктов и товарной продукции различных
отраслей промышленности (химической, фармацевтической, фармакопейной и др.) резко возросла потребность в увеличении производства объемных (полых) изделий из термопластов методом экструзии с
разд
увом трубчатой заготовки в выдувной форме. Многие объемные
изделия из термопластов (бочки, фляги, канистры, бутылки и т. д.)
невозможно экономично изготовить ни одним из известных методов,
кроме метода выдувного формования.
Преимуществами данного метода являются:
относительная простота производства;
высокая производительность оборудования;
возможность автоматизации производства;
невысокая стои
мость оснастки.
На
и
лий за
к
ченной
выдувн
у
Рис. 2.8.
1, 3
–
Пр
и
устрой
с
агрегат
ы
пользу
е
*В
выдувно
устройс
т
для фор
м
для сам
и
мы, выд
у
более
р
лючает
с
экстру
з
у
ю фор
м
Схема эк
с
экструд
5 –
п
меняе
м
тва об
ъ
» (ЭР
А
тся абб
р
пособии
го форм
о
вом, то
«
, в кото
х издел
и
вные из
д
аспрост
я в раз
д
ией в о
т
у (рис.
трузион
н
еры; 2 –
у
олуфор
м
ые в
п
единя
ю
), хотя
евиату
р
[10] та
вания п
выдувно
й
рых пол
у
й более
т
елия.
р
аненн
ы
увани
и
крыто
е
2.8).
о-раздув
гловая г
о
ы; 6 – н
и
роизво
д
тся по
д
при ма
р
а АВ (
а
часть аг
р
лых из
д
машин
о
чают по
л
очным
я
60
й мето
д
возду
х
простр
ного агр
е
ловка;
4
ппель;
7
стве в
ы
назва
н
ркиров
к
грегат
в
регата,
в
елий, н
а
й» (!). П
ые изде
л
вляется
э
произ
в
ом тру
б
анство
и
гата фир
м
– плиты
– трубч
а
дувны
х
ием «э
е отече
с
ыдувно
й
которо
й
зываетс
я
о мнени
ю
ия (мет
о
питет «
в
одства
о
чатой з
перен
е
ы «Кау
т
е
приемно
г
тая загот
о
изде
л
струзи
о
твенн
ы
) [10].*
осуще
с
то «пр
и
авторо
в
дом раз
д
ыдувны
е
объемн
ы
аготовк
и
сенной
кс Верк
е
о устро
й
овка
ий ма
ш
нно-ра
з
х агрег
а
твляется
емно-ра
з
данного
ува заг
о
»: выдув
х изде
-
, полу
-
затем
в
Хаген»:
ства;
ины
и
дувны
е
тов ис
-
процес
с
дувным
»
пособия
,
товок),
и
ые фор
-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]