Екструзійне обладнання

Екструзією називають технологію продавлювання розплаву сировини через формуючий отвір екструдера. Екструдер – це машина, яка дозволяє формувати пластичні матеріали шляхом екструзії через екструзійну головку.

Метод екструзії зазвичай використовується у виробництві полімерних виробів або полімерних напівфабрикатів. Унікальність даного способу полягає в тому, що видавлюючи розплав полімерної сировини через формуючу головку можна досягти необмеженої довжини виробу заданої форми. Екструзійне обладнання застосовується для екструзії полімерних матеріалів, таких як полістиролу, полівінілхлориду, поліетилену та інших термореактопластів. Незважаючи на те, що лиття пластмас під тиском є ​​одним з основних методів виготовлення пластмасових виробів, екструзія впевнено набирає обертів популярності в даній області.

Для переробки полімерів в готові вироби методом екструзії використовуються екструдери різних видів, наприклад одночерв‘ячні, багаточерв’ячні, поршневі і дискові. Для більш ефективного виробництва продукції спільно з екструдером, також використовують допоміжне обладнання, яке створює екструзійну лінію. Найбільш простим і популярним, є одночерв‘ячний екструдер, його широко використовують у виробництві плівок, листів, труб, профілів та іншої подібної продукції.

Формуюча екструзійна головка, фільтр, гвинтовий шнек та циліндр з обігрівом є основними елементами екструдера. У виробництві застосовуються шнеки різного профілю, з різним кроком і глибиною витків. Це залежить від природи і виду полімерної сировини та від технологічних режимів його переробки. Також існують короткошнекові і довгошнекові машини, вибір яких залежить від виду виробу, що випускається.

Продукція нашої компанії виробляється на обладнанні виробництва України, Тайваню та Італії. В даний час наш парк екструдерів складається з семи одиниць, що забезпечує загальну продуктивність у 1000 кг/год. Ми можемо виробляти плівки з поліетилену високого і низького тиску, з первинної і вторинної сировини на одношарових і багатошарових лініях.

Вироблена плівка може бути від 55 мм до 6000 мм шириною та щільністю від 7 мкм до 300 мкм, у форматі рукав, напіврукав і полотно.

Екструзія: технологія і устаткування для переробки полімерів

Для виготовлення виробів з різних типів полімерних матеріалів існує багато технологій і обладнання. Одним з найпопулярніших способів переробки пластику є екструзія.

Екструзія пластика – це технологічний процес безперервного формування продуктів шляхом механічного продавлювання нагрітого полімерного матеріалу через формуючу головку з отвором, що відповідає профілю готового виробу.

Звичайно ж, за допомогою екструзії виробляють не тільки вироби з пластику, але в даній статті ми будемо описувати саме особливості процесу обробки полімерних матеріалів.

Екструзійним способом виробляється велика кількість різних виробів з полімерів: пластикові труби, пвх і композитні профілі, пластикові нитки, вікна, двері, полімерні плівки та інша продукція. Велика популярність екструзії обумовлена високою економічністю і продуктивністю завдяки безперервному процесу виробництва.

Екструдером полімерів називають обладнання для виробництва виробів шляхом екструзії полімерної сировини. Найпоширенішими типами конструкцій екструзійних машин ялвяется екструдери поршневого і шнекового (черв’ячного) типу.

Розглянемо на прикладі конструкцію одношнекового екструдера. Сировина завантажується в зону завантаження через конусоподібну ємність для завантаження сировини (5). Зазвичай полімерну сировину для екструдера є гранульований сипучий матеріал. За допомогою шнека (4) гранули полімеру переміщаються в зону циліндричного корпусу екструдера (2). Шнек обертається за рахунок роботи електродвигуна (7) через редуктор (6).

Корпус екструдера можна умовно поділити на 3 зони. Та область, де полімер завантажується і ще не розплавлений, називається завантажувального зоною. А коли він нагрівається, починається зона плавлення. Третя зона – це зона формування, коли розплавлений полімер видавлюється через формуючу головку і приймає потрібну форму.

Нагрівання циліндра екструдера здійснюється нагрівачами (3), які розміщуються зовні і щільно охоплюють всю поверхню. Як електронагрівачі для екструдера застосовують промислові нагрівачі кільцевого типу або ж плоского, якщо циліндр екструдера квадратної форми, але все ж частіше застосовують кільцеві. Також в кожній із зон циліндра екструдера можуть бути використані в конструкції охолоджуючі вентилятори, для того, щоб видалити зайве тепло з нагрівачів. Або ж можна використовувати спеціальний тип кільцевих нагрівачів – хомутові нагрівачі з охолодженням.

Давайте докладніше розглянемо, які типи кільцевих нагрівачів використовуються на екструдерах і в чому їх головні відмінності і особливості.

Кільцеві електронагрівачі для екструдера

Манжетні кільцеві нагрівачі ідеально підходять для екструдерів, так як вони мають циліндричну форму і можуть щільно прилягати до поверхні циліндра в зоні для нагріву. Хомутові Тени виготовляються як в формі повного кільця зі стягуванням, так і у вигляді півкілець або сегментів.

Кільцеві нагрівачі можуть виготовлятися з керамічною або міканітовою ізоляцією, з різними кріпленнями, типами струмовивода, додатковими елементами утеплення або охолодження та іншими особливостями. Як нагрівальний елемент у всіх резистивних кільцевих нагрівачах використовується дріт з ніхрому з високим електричним опором, який нагрівається при проходженні через неї електричного струму. Розглянемо особливості кожного типу кільцевих нагрівачів.

• Манжетні міканітові нагрівачі. Міканіт в цьому типі нагрівальних елементів використовується як ізолятор між гріючою спіраллю і зовнішнім корпусом. Корпус нагрівача виготовляється з нержавіючої сталі і у випадку з міканітовою ізоляцією, може мати дуже велику кількість різних вирізів, отворів і типів підключення. Максимальна потужність таких нагрівачів складає до 4 Вт на см2, а температура нагріву до 350 градусів Цельсія.
• Соплові нагрівачі. Також можливо виготовити міканітові кільцеві нагрівачі з подвоєною гріючою спіраллю, таким чином можна отримати невеликий нагрівач з високою потужністю. Даний тип кільцевих нагрівачів називають сопловими, так як використовуються вони в основному для нагріву сопел екструдерів. Соплові кільцеві нагрівачі також можуть виготовлятися з латунним корпусом, який буде повністю герметичний і не буде боятися потрапляння розплавленого матеріалу на корпус.
• Керамічні хомутові нагрівачі. Нагрівальні елементи з керамічною ізоляцією матимуть вищу потужність (до 9 Вт на см2) і температуру роботи до 700С. Керамічні ізолятори з стеатитової кераміки мають високу термостійкість і ізоляційні властивості. Керамічні кільцеві нагрівачі також можна виготовити з додатковим матеріалом з утеплюючим кожухом, таким чином знизивши споживання електроенергії в них на 25%, що значно скоротить ваші витрати на електрику.
• Кільцеві електронагрівачі з охолодженням. При даній конструкції нагрівачів можуть використовуватися як міканітові, так і керамічні кільцеві ТЕНи. Але додатково виготовляється металевий кожух з нержавіючої сталі і підключається вентилятор для обдування. Конструкція кільцевого нагрівача з вентиляцією дозволяє не тільки отримати максимально рівномірний нагрів, а й швидко охолодити циліндр екструдера при необхідності.
• Кільцеві алюмінієві литі нагрівачі. Литі нагрівачі складаються з трубчастого електронагрівача, який заливається алюмінієм в формі півкілець або кілець. Для алюмінієвих нагрівачів можна додатково передбачити рідинну систему охолодження, яка зможе охолодити нагрівач за короткий час.

Який тип кільцевого нагрівача краще підійде для вашого типу екструдера, які характеристики потрібні і інші питання ви можете задати в формі питання або просто пишіть нам по електронній пошті, ми постараємося відповісти на всі ваші запитання по нагрівачів для екструдерів.

Виробництво різних типів виробів з полімерів на екструдері

Залежно від різних отворів на формуючої голівці екструдера можна виготовляти найрізноманітніші типи виробів із пластику. Кільцева форма головки дозволяє виробляти прутки, циліндрична – пластикові труби і плівки, плоска щілинна – плівки і профілі, складні форми головки екструдера також можливі при виготовленні віконних профілів та іншої продукції.

Виробництво полімерної плівки на екструдері

Плівка – це один із самих основних типів продукції, які виготовляють на екструдерах. Для виробництва пластикової плівки можуть використовуватися кілька технологій, деякі з яких розглянемо докладно.

Виробництво плівки шляхом екструзії з роздуванням рукава

На схемі нижче ви можете розглянути детально екструдер для виробництва пластикової плівки з роздуванням рукава. При формуванні пластика використовується екструдер (1) з кільцевої формою отвору на формуючій голівці. Щоб кільце розплавленого пластику ще більше розширювалося після продавлювання через головку, всередину кільця подається струмінь повітря через пристрій (2). Внаслідок цього пластик труби розтягується в рукав (5).

Повітря всередину рукава повинно подаватися охолодженим, щоб у плівки були рівномірна товщина стінок. Тому для охолодження використовується в конструкції охолоджувач (3). Після того, як рукав роздує, його буде потрібно скласти і скрутити. При цьому застосовуються напрямні (6), які прибирають повітря валки (7) і пристрій для намотування (9).

Виробництво плівки шляхом екструзії з поливом на валки

Формуюча головка (2) екструдера (1) при даному типі виробництва плівки береться щілинної форми, яка дуже вузька в висоту і досить широка (близько 1,5 м) в ширину. Тонка плівка розплавленого полімеру подається на охолоджуючі за допомогою води вали (3) і дуже швидко там застигає.

Товщинометр (4) служить для контролю за товщиною плівки перед намотуванням її на намотувальну станцію (6). Формована таким способом пластикова плівка буде набагато більш прозорою, ніж вироблена рукавним способом. Також контролювати намотування тут набагато простіше і немає ризику склеювання.

Виробництво плівки шляхом екструзії з поливом в ванну з водою

Екструзія в ванну з водою – це ще один спосіб отримання пластикової плівки. При його застосуванні полімерні плівки виходять ще більш якісними. В конструкції даного екструдера формуюча головка щілинного типу направляє пластикову плівку при виході в ванну з рідиною, де плівка моментально охолоджується і застигає.

Екструзія пластикових труб

Для формування пластикових труб використовують переважно Одношнекові або двошнекові екструзійні машини з особливою конструкцією кільцевої формуючої головки.

Всередину формуючої головки для пластикових труб поміщається Дорн (4), який служить для подачі стисненого повітря всередину труби. Зовні розміщуються додаткові кільцеві нагрівачі, які розплавляють полімер при проходженні через дану зону.

Також в обладнання для формування труб входять пристрої для розтяжки, скручування або нарізки труб.

ОСОБЛИВОСТІ ЕКСТРУЗІЇ НА ДВОШНЕКОВИХ ЕКСТРУДЕРАХ

Екструзія – виробничий метод одержання погонажних полімерних виробів з постійним поперечним перерізом. Метод заснований на безперервному видавлювання розплавленого полімеру (розплаву) крізь формотвірні елементи (фільєра) з наступним охолодженням і фіксацією розмірів полімерного виробу. Екструзія є найпродуктивнішим методом перероблення полімерних матеріалів у вироби і наряду з литтям під тиском найпоширенішим. Методом переробляються термопластичні полімери, композити на їх основі, а також реакційноздатні полімерні матеріали. Наша компанія також пропонує виготовлення виробів з пластмаси на замовлення методом екструзії і коекструзії.

Залежно від механізму створення тиску на фільєрі екструдери поділяються на шнекові, плунжерні, дискові тощо. Сьогодні найбільшого поширення набули шнекові екструдери, які в свою чергу поділяються на одношнекові і багато шнекові, серед яких найпоширеніші – двошнекові.

Принцип роботи одношнекового екструдера доволі простий: полімерний матеріал подаєтья під дією тяжіння вниз із завантажувального бункера в робочу камеру екструдера (матеріальний циліндр) – зону завантаження . Матеріальний циліндр і шнек всередині нього складають так звану «Шнекову пару». Слід відзначити, що основною характеристикою шнека є співвідношення його довжини L до діаметру D (L/D). В матеріальному циліндрі полімер знаходиться в закритому просторі між стінкою циліндру і шнеком який обертається. Завдяки підводу тепла до циліндру і як наслідок розігріву полімерного матеріалу та тертя полімер переміщується по циліндру і плавиться – це відбувається в зоні пластикації . В подальшому розплав полімеру подається в формуючу головку (фільєру) – зона дозування .

З розвитком технологічного прогресу з’являється новий тип екструдера для переробки полімерів – багатошнековий, зокрема, найбільше поширення набув двошнековий екструдер в конструкцію якого був закладений новий механізм транспортування полімеру до формуючої головки – примусовий. Головна перевага двушнекового екструдера – хороше захоплення вихідного матеріалу в зоні завантаження незалежно від його агрегатного стану і форми частинок і примусове транспортування матеріалу до формуючої головки.

Різниця в принципах роботи дво- і одношнекових екструдерів пов’язана також з різними механізмами створення тиску в матеріалі. Якщо у одношнекового екструдера тиск розвивається з внаслідок в’язкої течії полімерного матеріалу, яка викликана відносним рухом шнека і циліндра, то в двошнекових екструдерах до цього фактору додається видавлююча дія витків спряжених шнеків. Крім того, двошнекові екструдери забезпечують невелику тривалість переробки полімеру, а також вузький розподіл часу перебування. При цьому, покращені характеристики змішування і теплопередачі дозволяють забезпечити хороший контроль температури і часу переробки, що є дуже важливим для екструзії профільних виробів з матеріалів з обмеженою термостабільністю, зокрема, полівінілхлориду (ПВХ).

У цей же час, різновидів двошнекових екструдерів дуже багато. Найбільш поширеними є:

а) екструдери витісняючої дії із шнеками що знаходяться в зачепленні. Залежно від напрямку обертання шнеків можуть бути з різнонаправленим обертанням (низькошвидкісні екструдери для виготовлення профілів, високошвидкісні для компанування сировини) та з однонаправленим обертанням шнеків (екструдери з конічними шнеками, екструдери з паралельними шнеками).

б) екструдери з шнеками без зачеплення, які в свою чергу поділяються на екструдери з різнонаправленим обертанням шнеків (з однаковою довжиною шнеків або різною); екструдери з співосними шнеками (екструдери з внутрішнім переміщенням розплаву полімеру в напрямку екструзії; екструдери з внутрішнім переміщенням розплаву полімеру в напрямку протилежному екструзії, екструдери з внутрішньою пластикацією).

Нижче наведена порівняльна характеристика двошнекових екструдерів залежно від конфігурації шнеків.

Варто відмітити, що доля двошнекових екструдерів з шнеками в зачепленні у процесах перероблення полімерних і композиційних матеріалів є значно більшою ніж екструдерів з шнеками які працюють без зачеплення.

Також наведено порівняльну характеристику двошнекових екструдерів залежно від напряму обертання шнеків.

Двошнекові екструдери знаходять також застосування в спеціальних операціях хімії і технології полімерних і композиційних матеріалів, зокрема, в екструзії реакційно здатних полімерів, полімеризації олігомерних продуктів, дегазації і модифікування полімерної сировини тощо.\

Компанія Репласт має досвід роботи з виготовлення виробів з пластмаси на замовлення методом екструзії і коекструзії як на двошнекових так і одно шнекових екструдерах.

Автор – головний технолог ТОВ Репласт, к.т.н. Масюк Андрій

головний технолог ТОВ Репласт

Науковий співробітник Національний університет “Львівська політехніка”.

Технічний редактор наукового журналу “Хімія, технологія речовин і їх застосування”.

Науковий ступінь – кандидат технічних наук за спеціальністю: технологія полімерних і композиційних матеріалів.

Освіта: Національний університет “Львівська політехніка”
Хімічні технології високомолекулярних сполук, Львів.