Одним из основных способов переработки пластмасс является экструзия. Основана на изготовлении деталей путем продавливания расплавленных термопластичных полимеров через специальные экструзионные головки (сопла, фильеры), которые придают материалу нужную форму.
Экструдер — самая популярная машина для производства пластмассовых изделий.
Рассмотрим, как работает экструзионное оборудование, что это такое.
Рис. 1. Экструзионная линия для переработки пластика.
Особенности экструзионного оборудования
Основные способы экструзии — холодный, теплый, горячий.
Холодный способ применятся в пищевой отрасли для производства макаронных изделий или в сельском хозяйстве для выпуска комбикормов. Он основан на принципе мясорубки, когда поступающее сырье перемешивается до пластичного однородного состояния и выдавливаются через фильеры — специальные отверстия для формовки материала.
Экструзионные линии для переработки термопластичных полимеров отличаются усложнённой конструкцией. Технология дополнительно включает в себя этап разогрева термополимеров до пластичного состояния.
Плоские пленочные экструдеры снабжены формирующим узлом, представляющим собой узкую щель. Пластичная масса, проходя через прессы, превращается в пленочный материал нужных параметров. Для выпуска пленки типа двойного рукава применяются щелевые круглые формовочные фильеры.
К сырью и линиям по производству тонких пленок предъявляются особые требования. Должна соблюдаться идеальная чистота, так как малейшая соринка может привести к браку.
Экструзионные линии для выпуска пластикового оконного профиля являются технически сложными. К изделиям предъявляются повышенные требования. Проверка и контроль качества осуществляется при помощи ультразвуковых приборов.
Экструдеры для труб оснащаются барьерными шнеками, разделяющими твердое сырье от расплавленного, для обеспечения однородности состава. Так же необходима система дегазации.
Область применения
Изготовление изделий путем экструзии используется в различных сферах:
- Электротехническая промышленность — создание оболочек для кабелей, деталей инструментов и оборудования.
- Строительная отрасль — производство труб, ПВХ профиля, полимерных пленок, тепловых изоляционных материалов.
- Пищевая отрасль — изготовление макарон, лапши, батончиков из шоколада;
- Сельское хозяйство — комбикорма, топливные брикеты.
- Медицина, фармакология — трубки, батончики гематоген, таблетки.
Экструзионные линии работают одинаково. Различия в конструктивном исполнении, технических параметрах и режимах зависят лишь от требований к конечному продукту.
Классификация
Экструзионные линии имеют различные исполнения и характеристики.
По конструкции делятся на типы:
По взаимному положению центральной оси червяка относительно заготовки различают экструдеры:
Рис. 2. Виды формующих головок: а) прямоугольная; б) косоугольная; в) прямоточная.
Подающие устройства бывают:
По скорости вращения шнека:
Рис. 3. Схема двухшнековых экструдеров.
Принципы работы
Метод экструзии является самым популярным способом создания пластиковых изделий.
Сырьем могут быть различные термопластичные полимеры: полипропилен, полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол.
Современное экструзионное оборудование работает по технологии горячей, теплой или холодной экструзии.
В камеру загрузки подается измельченный материал.
Далее полимерные гранулы поступают в рабочий цилиндр, в котором есть три зоны:
Измельченный материал, захватывается винтами шнека. Вращаясь внутри цилиндра, он разогревается, становится плотнее, затем перемещается в зону пластификации.
Постепенно плавясь и спрессовываясь, далее скользит по шнеку в зону прессовки, затем выдавливается через формирующую экструзионную головку.
Устройство экструдера
Любой экструдер состоит из основных рабочих модулей, в число которых входят:
Рис. 4. Основные модули.
Винт, шнек или червяк — это главный рабочий орган экструдера.
Винты выпускаются в виде цилиндров или конусов, сужающихся к выходу. Они различаются по диаметру, длине, глубине и шагу витков.
Машины настраиваются на определенные параметры по консистенции, степени вязкости, текучести, другим параметрам плавления.
Управляется производственная линия пультом в автоматическом режиме. Встроенные датчики осуществляют производственный контроль.
Процесс дегазации
Дегазация выполняется для предотвращения возникновения воздушных пузырьков в расплаве, и как следствие — пустот и полостей в готовых изделиях.
Удалении влаги и воздуха происходит путем выпаривания под действием повышенных температур искусственно созданного вакуума.
Дегазаторами оснащаются устройства для изготовления сложных изделий, к качеству которых предъявляются повышенные требования: оконные пластиковые профили, трубы для трубопроводов, пленки.
Роль шнека
Именно шнек является главным рабочим органом. Захватывая материал, он перемещает его по корпусу агрегата к экструзионной головке, формирующей изделие. Двигаясь по цилиндру, материал уплотняется, нагревается, размягчается, становится однородным. В результате работы шнека на формирующий узел поступает однородный гомогенизированный расплав.
Преимущества одношнековых и двухшнековых экструдеров
Количество и вид шнеков — главные параметры, определяющие характеристики устройства.
Одношнековые экструдеры — самый простой и распространенный вариант машины, используемый при выпуске полимерных пленок, простых пластмассовых изделий. Все этапы работ осуществляет один оператор, поскольку все узлы машины располагаются компактно.
Двухшнековые машины более мощные и производительные, с высокой теплопроводностью. Их винты могут находиться во взаимном зацеплении, двигаться параллельно или встречно. Устройства способны перерабатывать порошковый ПВХ, с которым не справятся одношнековая техника.
Применяются для смешивания нескольких видов полимерного сырья. Двухшнековые агрегаты подходят для переработки гигроскопичных гранул. В них часто есть камеры дегазации.
Задачи оператора
Экструзионные машины оснащены системой управления с датчиками регулировки температуры, скорости подачи сырья и движения шнека. Оператор должен выставить требуемые параметры, отслеживать показания приборов, поддерживать их работу на протяжении всего производственного цикла.
1. Контроль температуры
Автоматическая система управления обеспечивает необходимые температурные параметры во всех зонах агрегата и формующей головке фильеры.
Каждый рабочий модуль оснащен независимыми приборами, позволяющими более точно настраивать параметры работы машины, для получения качественного результата
2. Регулировка вращения шнека
От диаметра и скорости вращения шнека зависит производительность экструдера. Повысить её помогут барьерные шнеки или дополнительные встроенные витки, разделяющие шнек на зоны.
Нужно учитывать, что повышение скорости может отрицательно повлиять на качество продукции. Важно соблюдать оптимальный баланс этих параметров, чтобы в погоне за скоростью и производительностью не снизить качество продукции.
3. Изменение диаметра и формы
Форму изделиям придают специальные отверстия — формирующие фильерные головки. Заданные поперечные параметры выставляет оператор. По длине изделия нарезаются после завершения сушки.
Высокая производительность экструзионного оборудования и незначительные эксплуатационные расходы открывает большие возможности для развития бизнеса.
