Экструзионное оборудование что это такое
Экструдер для производства изделий из пластика и пластмассы
Развитие технического прогресса привело к появлению различных технологий, которые позволяют производить изделия, отличающиеся улучшенными эксплуатационными характеристиками. Одной из востребованных в настоящий момент является экструзия. Собой она представляет технологический процесс переработки пластмасс, из которых изготавливают разнообразные детали, а также производят различную профильную продукцию.
Сама технология состоит в приготовлении сплава из полимерных материалов с последующим его продавливанием через специальные насадки, которые придают ему определенную форму. Основным элементом линии по производству изделий из пластика является экструдер.
Принцип действия и конструкция
Следует сказать, что экструзия является далеко не новой технологией. Ее история насчитывает более шести десятилетий. За это время было создано большое количество конструкций машин, с помощью которых обеспечивается ее реализация. Принцип действия этого прибора базируется на сути самого технологического процесса.
Технологический процесс экструзии является сложным физико-химическим процессом, на который оказывают воздействие механические усилия в условиях высокой температуры и влаги. Нагрев продуктов переработки происходит благодаря тому, что возникающая при борьбе с внутренним трением, а также при пластических деформациях механическая энергия превращается в тепло.
В процессе экструзионной обработки существует несколько сменных параметров. К числу наиболее важных следует отнести:
При протекании экструзионного технологического процесса может происходить изменение:
Принцип работы экструдера
Само по себе такое оборудование представляет электромеханическое устройство, основным предназначением которого является осуществление процесса формовки профильных деталей из пластика или его полуфабрикатов. В своем составе общее устройство экструдера для пластика содержит следующие компоненты:
В качестве исходного материала обычно выступают гранулы и порошок. Они загружаются в оборудование, а далее под действием рабочего органа происходит их перемещение в рабочую зону корпуса. Там под воздействием давления, силы трения и температуры подаваемое извне исходное сырье нагревается, а в процессе его плавления возникает состояние, которое требуется по условиям технологического процесса.
Во время движения исходного сырья в полости корпуса происходит его тщательное перемешивание до состояния однородной гомогенизированной массы.
В условиях высокого давления происходит продавливание расплава при помощи формующих головок и сетчатых фильтров. В результате обеспечивается окончательная гомогенизация и придание материалу заданного профиля.
После этого материал естественным образом охлаждается или же применяется принудительный способ с последующей полимеризацией. В конечном итоге получаются изделия, имеющие необходимую конфигурацию и обладающие заданными механическими и физическими свойствами.
Виды экструдеров
Современные модели экструзионных установок могут различаться между собой как конструкцией рабочего органа, так и назначением.
Одношнековый
Среди всех разновидностей экструзионного оборудования наиболее распространенным является шнековое. Такие машины удовлетворяют всем требованиям экструзионного процесса. В этих агрегатах в качестве основного рабочего органа применяется шнек. Специалисты называют его винтом Архимеда. Многие прекрасно знают этот рабочий элемент по домашним мясорубкам.
При использовании экструдера для производства изделий из пластмассы лопасть шнека захватывает сырье в зоне загрузки, а далее происходит его последовательное перемещение по всей длине цилиндра корпуса, начиная от зоны нагрева через участок гомогенизации и формовки. В зависимости от особенностей технологической карты, которую имеет оборудование, а также вида используемого для производства изделий исходного сырья шнеки могут предусматривать несколько вариантов исполнения — конические, цилиндрические и нормальные быстроходные.
Также могут использоваться шнеки, которые сужаются к выходу. Для этого оборудования в качестве главного параметра специалисты рассматривают соотношение рабочего диаметра шнека и его длины. Также различаются шнеки по шагу витков и их глубине.
Главный недостаток одношнекового экструдера заключается в том, что не всегда имеется возможность для их применения. Например, если в качестве исходного сырья выступают порошковые полуфабрикаты, то наличие одного винта в составе оборудования не позволяет справиться с перемешиванием массы в процессе ее расплавления и последующей гомогенизации. В таких случаях выбор делают в пользу двухшнековых экструдеров.
Двухшнековый
Особенность этого оборудования состоит в том, что в нём винты сцеплены между собой. Поэтому при использовании таких экструдеров имеется возможность совершения шнеками параллельных и встречных вращательных движений. Эти рабочие части оборудования могут быть прямыми или коническими.
Использование подобных машин приводит к тому, что в процессе разогрева исходного сырья его смешивание и гомогенизация осуществляется более тщательно. В конечном итоге на головку для формования изделий поступает однородная и дегазированная масса.
Необходимо отметить следующий момент: в отдельных технологических процессах могут использоваться экструдеры, имеющие большее количество шнеков — до 4. Помимо этого нередко применяется планетарный автомат, когда число шнеков, вращающихся вокруг центрального винта, доходит до 20.
Необходимость в применении такого оборудования возникает при использовании в качестве исходного сырья отдельных видов пластиков, которые в условиях воздействия высоких температур имеют склонность к разрушению. Говоря другими словами, могут лишаться своих основных физических качеств. Таким образом, использование подобных экструдеров обеспечивает нагрев сырья за счет силы трения и высокого давления.
Производство ПВХ-профилей
В настоящий момент востребованным видом изделий являются пластиковые и композитные профили. В большинстве случаев производители изготавливают их, используя метод экструзии. Для изготовления такой продукции в зависимости от применяемого материала, а также сложности и формы изделия задействуются одно- или двухшнековые аппараты, которые имеют соответствующие формовочные головки.
Ассортимент выпускаемых с использованием экструдеров изделий довольно широкий, начиная от тонких нитей и полос и заканчивая листами крупных панелей, которые имеют профиль сложной геометрии. Пластиковые окна и двери, выпускаемые сегодня многими компаниями, собираются с использованием именно ПВХ-профилей, которые изготовлены на экструзионном оборудовании.
При производстве ПВХ-профилей многие производители добавляют в полимерный состав специальные компоненты, что дает возможность изготовления сложных композитов. Например, сегодня многие производители выпускают дерево-пластиковые изделия, которые довольно часто используются для изготовления разных строительных конструкций.
Изготовление труб
В такой сфере, как производство трубных изделий важным условием является отсутствие пузырьков газа в гомогенизированной смеси. По этой причине экструдеры, которые задействуются при производстве такой продукции, производители оснащают системами дегазации. В большинстве случаев применяются шнековые установки. Помимо прочего используют барьерные шнеки, благодаря которым обеспечивается надежное разделение твердого полуфабриката от полностью расплавленного. За счет этого достигается сохранение однородности состава, что положительным образом отражается на качестве выпускаемой трубной продукции и её эксплуатационных характеристиках.
Экструдеры для полиэтилена
Все плёнки, изготовленные из полимерных материалов, производятся компаниями исключительно с использованием способа экструзии. Для производства подобной продукции применяется выдувной экструдер. У оборудования, используемого для производства стрейч-пленки, формовочный узел может иметь вид узкой щели. При применении такого оборудования на выходе получается однослойная пленка, которая имеет необходимые параметры толщины и ширины.
В отдельных моделях могут использоваться круглые щелевые фильеры большого диаметра. При использовании мини-экструдеров можно получить пленку с шириной рукава до 300 мм и с параметром толщины 600 мкм. Такие устройства обладают компактными размерами, что обеспечивает возможность их установки даже в небольшом по площади помещении.
Экструзионные линии
В условиях промышленных предприятий экструзионное оборудование следует рассматривать в качестве главного компонента линии по осуществлению этого процесса. Помимо основного оборудования — экструдера она включает и целый набор других механизмов и устройств:
В составе оборудования могут использоваться и другие механизмы, а также применяться технологические устройства для автоматизации непрерывного процесса производства.
Подводя итоги
Экструзионная технология является довольно популярной в настоящее время. Ее используют при производстве различных изделий. В основном она применяется для изготовления продукции из пластика. Знакомые каждому в нашей стране пластиковые окна и двери изготавливают с использованием этого процесса. Для производства продукции используется такой прибор, как экструдер. Это оборудование отличается несложным устройством, поэтому изготовить экструдер для пластика своими руками — вполне осуществимая задача.
Особенность этого процесса заключается в предварительном подогреве сырья, которое потом подвергается процедуре плавления в условиях определенного температурного режима и давления. Далее полимерная масса продавливается через формовочные насадки, что и позволяет получить изделия с нужными физическими и качественными характеристиками.
Что такое экструдер и экструзия
Экструзия исключает из производственного цикла трудоемкую механическую обработку. Это быстрый и недорогой способ получения пленок, труб, профиля и других изделий, выпускаемых погонажом из полимерного сырья. В статье расскажем, что такое экструдер, как происходит процесс экструзии полиэтилена, разберем тонкости экструзионной технологии.
Что такое экструзия полимеров?
Процесс экструзии происходит при нагреве полимеров максимум до 250 0 С. Производство идет на скорости до 120 метров/минуту. Около 30 % всего объема полимеров перерабатывается по экструзионной технологии с помощью экструдеров. Попробуем разобраться в тонкостях этого процесса.
Экструзия полимеров — это технология получения формовочных изделий из термопластов и их композиций на шнековых прессах. Осуществляется путем продавливания (под давлением) однородного расплава через щель формовочной головки экструдера.
Щель имеет определенную форму, которая определяет геометрию изделия — сайдинг, пленка, оконный ПВХ профиль. В качестве сырья используются гранулы полиэтилена ПВД и ПНД, полипропилена, ПВХ, полистирола и других полимеров.
Экструзия включает в себя следующие этапы:
Устройство и принцип работы экструдера, что это такое
Уже по тому, что слова «экструдер» и «экструзия» являются однокоренными, становится понятным, что экструдер — это основной рабочий орган экструзионной линии.
По длине экструдер для полимеров условно делится на три зоны: загрузки, сжатия расплава и дозирования.
Важно! Экструдер может различаться по типу и количеству шнеков. Выпускаются: одношнековые, двухшнековые и многошнековые, дисковые и многодисковые экструдеры.
О конструкции одношнекового экструдера.
Внутри толстостенного корпуса (трубы) вращается шнек — металлический стержень с винтовой навивкой. Шнек перемещает гранулы по направлению к экструзионной головке. Корпус опоясывают секции хомутовых нагревателей, которые греют металл и плавят полимер, прижимаемый винтом к внутренней поверхности трубы. «Горячую» часть оборудования помещают в водоохлаждаемый кожух, и сверху утепляют термочехлом.
Экструзия пленки
Наиболее популярными формовочными изделиями, которые получают с применением экструзии, являются пленки. Их изготавливают из полистирола, полипропилена, полиамида, лавсана, поликарбоната, ПВХ, но самыми востребованными из них являются, конечно же, пленки из экструдированного полиэтилена высокого и низкого давления. Именно на их примере мы рассмотрим, какие этапы этот материал проходит на выходе из экструдера.
Существует два метода экструдирования пленок:
Читайте также какие дефекты могут возникнуть при экструзии пленки и как их устранить.
Метод раздува рукава.
Полимер выдувается из экструдера для пленки через кольцевую щель в формующей головке. Визуально это выглядит, как из фильеры поднимается сплошной пленочный цилиндр, раздуваемый изнутри воздухом. Воздух подается под давлением через дорн — отверстие в центре головки.
Охлаждение при экструзии полиэтилена, в зависимости от ориентации рукава, может производиться по двум схемам:
После остывания пленка складывается с помощью специальных «щек» в полотно и протягивается через отжимающие воздух валки. Готовый материал отправляется на намотку.
Чем быстрее охладить расплав полиэтилена на выходе из экструдера, тем выше будет прозрачность и блеск пленки. Почему так происходит? Дело в том, что при остывании в пленке образуется два вида молекулярных структур — кристаллическая и амфорная. Когда материал охлаждают медленно, то макромолекулы полимера успеют сформироваться в кристаллы, и экструдированная пленка будет мутной и неэластичной, но прочной. При быстром охлаждении кристаллы не успевают соединиться и пространство между ними заполняют амфорные связи, придающие пленке прозрачность, хорошую эластичность и гибкость.
Метод плоскощелевой экструзии.
Отверстие в фильере плоскощелевого экструдера протачивают в виде тончайшей щели. Пленка из формовочной головки выходит в виде непрерывного полотна определенной толщины и ширины.
Существует два варианта охлаждения пленки полученной плоскощелевым методом:
После охлаждения и сушки полиэтилен протягивается через натягивающие валы и идет на намотку.
Соэкструзия и коэкструзия.
Соэкструзия — это технология, использующаяся для получения многослойных пленок.
В качестве сырья может использоваться: полиэтилен низкой и высокой плотности, полипропилен, полиамидная пленка и др. полимеры. Гранулят этих пластических масс плавится в разных экструдерах, после чего соединяется и проходит через одну формовочную фильеру (головку). Для прочного склеивания нужно, чтобы молекулярная сетка полимеров была похожа по структуре. Но если нужно связать барьерный слой, например, EVOH и линейный полиэтилен, то потребуется специальные вяжущие сополимеры.
Соэкструзионные многослойные пленки используются для вакуумирования продуктов, как транспортная упаковка, с/х пленка (для мульчирования, пленка с эффектом антифог), упаковка фармацевтических препаратов.
По похожей технологии, которая получила название коэкструзия, изготавливают панели сайдинга и профиль ПВХ. Поливинилхлорид — основа профиля, занимает около 80% толщины панели, оставшиеся 20% — акрил. Как и в случае соэкструзии, используется работа двух коэкструдеров, где отдельно плавят ПВХ и акрил. Соединяются эти расплавы в щелевой филере, откуда выходят уже готовым спаянным изделием.
Коронарная обработка пленки после экструзии
Химическая инертность и малая поверхностная энергия пленки делают ее невосприимчивой к типографской или любой другой краске. Нанесение покрытия на поверхность полиэтилена станет возможным, если его поверхностная энергия будет хотя бы на 10 дин/см выше энергии наносимой краски. В ином случае краска будет просто собираться в капли. «Подзарядить» пленку можно коронированием. Каждая экструзивная линия оборудована активатором обработки коронным разрядом, который состоит из: генератора, трансформатора и электродов. При пропадании пленки в область электромагнитного поля растет ее поверхностная энергия и повреждается верхний слой макромолекул (микротравление).
Применение технологии экструзии
Развитие экструзионного производства сейчас идет сейчас по трем направлениям. Это: усовершенствование существующего оборудования, применение новых композиций полимеров, совершенствование автоматизированных систем управления. Последнее направление представляется наиболее актуальным — уже сейчас в России появились установки оборудованные АСУ на основе микропроцессора. Они позволяют автоматически контролировать не только работу экструдера, но и системы подготовки сырья, калибровки и обрезки готовых изделий.
Разновидности экструдеров и их назначение
Незаменимым оборудованием при изготовлении изделий из пластмассы является экструдер.
Внутри этого аппарата происходит расплав полимерной основы, которая, приобретя нужную консистенцию, проходит через сопла (фильеры), формирующие изделия заданной формы. Таким образом, изготавливаются и профили, и самые разнообразные детали.
Принцип работы экструдера
Чтобы понять, как работает экструдер, достаточно представить себе привычную мясорубку. Принцип действия этих устройств во многом совпадает. Экструдер представляет собой электромеханический аппарат, который состоит из нескольких главных блоков:
Типы экструдеров
Как было упомянуто выше, шнековые экструдеры иногда называются «червячными». Это название происходит от того, что полимерная масса в цилиндре перемешивается и перемещается при помощи винта Архимеда.
В большинстве своём экструдеры имеют один шнек и работают по тому же принципу, что и мясорубка. Однако, производство некоторых видов продукции требует более тщательного перемешивания сырья, и в этом случае используются механизмы с двумя (а иногда и больше) шнеками. Это необходимо, например, в том случае, если сырьё подаётся в порошковом состоянии. В таком случае одношнековый экструдер не сможет достаточно хорошо перемешать его и соответственно создать нужное давление на выходе.
Виды экструдеров
Экструдер для профиля из поливинилхлорида (ПВХ)
Самым простым и дешёвым способом производства полимерного или композитного профиля является, как раз экструзия. Характер используемого сырья и сложность получаемого изделия определяют необходимость выбора одношнекового или двухшнекового экструдера, а также соответствующих фильерных пластин.
Таким способом производят тончайшие нити, полосы, листы, панели и профили сложной геометрии. Принцип везде одинаков. Иногда в полимерную основу добавляют различные примеси, которые позволяют производить композитные материалы различного назначения.
Трубный экструдер
Пластиковые трубы также производят на похожих линиях. Особенность их изготовления заключается в специальном требовании к полимерной смеси. В готовой смеси не должно быть пузырьков газа, которые могут сделать стенки труб неоднородными и непрочными. С этой целью в данных экструдерах устанавливается специальный дегазатор. Кроме того, в экструдерах для труб применяются двухшнековые установки с барьерными шнеками, которые позволяют добиться однородного и равномерно прогретого до нужной температуры сырья.
Изготовление полиэтилена
Экструзионным способом производятся и все виды полимерных плёнок. На производстве с этой целью используют выдувной экструдер, который позволяет устанавливать необходимую толщину и ширину продукта. Формирующий узел представлен тонкой щелью. Иногда применяются щелевые фильеры, выдувающие плёнку в форме рукава. Аппараты для изготовления плёнки небольшой ширины компактны и не потребляют много энергии.
Технологическая линия
На производстве экструдер является основным элементом экструзионной линии, которую также составляет ряд прочих устройств.
Производственные линии также включают:
Систему приготовления сырьевых материалов и их подачи. Особенно важен этот узел при производстве материала из композита. Порой сырьё нуждается в дополнительной просушке, калибровке, дроблении.
Систему охлаждения. Сырьё, покидая экструдер, всё ещё разогрето до высокой температуры. Для его скорейшего охлаждения применяются системы воздушного или водяного охлаждения. К примеру, ПВХ профиль может охлаждаться при помощи воздушных или водяных ванн. Обязательное охлаждение предусмотрено и при использовании пресс-форм. В противном случае формы могут разогреваться до высоких температур, и готовое изделие может потерять заданную форму, если не снизить достаточно его температуру.
Что такое экструдер, как он устроен и где применяется
Экструзия – это технология изготовления изделий из полимерного сырья, основанная на продавливании расплавленных гранул через формующие отверстия (кольцевые, щелевые фильеры), чтобы придать материалу заданную форму или профиль. Промышленность выпускает большое количество электромеханических экструдеров, отличающихся по конструкции, производительности, назначению, типу сырья, технико-эксплуатационным характеристикам и другим важным признакам.
Виды экструдерных машин
Все экструдеры, независимо от области применения, состоят из основных рабочих механизмов:
Современные экструдеры классифицируются по нескольким категориям, в зависимости от типа транспортирующего механизма они разделяются на:
Шнековые машины являются самыми простыми и востребованными. Шнек занимает центральную часть всего устройства. Его работа напоминает принцип обычной мясорубки.
Шнековые экструдеры бывают:
На сайте «Промышленные системы и компоненты» представлен широкий ассортимент экструдерных машин различного назначения.
Наиболее популярные модели:
Для малых предприятий
Упаковочная пленка небольших размеров
Рукавная ПЭ пленка для гибких упаковок
Кабельные каналы орошения
ПНД/ПВД рукавные пленки
Упаковка стекла, электроники и других деликатных изделий
Полимерные пленки EVA
Области применения экструдеров
Технологии переработки материалов методом экструзии активно используются в самых разных сферах:
Форма готового изделия зависит от типа сечения отверстия в калибрующем устройстве. Если экструдат проходит сквозь щелевидное сечение, на выходе будет получена листовая продукция. Если сечение канала имеет форму кольца, получаются трубы (макароны).
Принцип работы экструдеров
Схема устройства экструдера
Конструктивно машина разделена на три отсека:
Далее, в зоне дозирования экструдера расплавленная масса продавливается сквозь сетчатые фильтры с мелкими и крупными отверстиями, расположенные перед головкой. Главная задача пакета сеток – улучшение гомогенизации расплава и удаление мельчайших загрязняющих частиц. Это особенно важно при изготовлении тончайших супер прозрачных пленок, которые при наличии инородных частиц склонны к разрушениям структуры и образованию дырок в полотне.
На конечном этапе экструдированный материал выходит наружу через формующее сопло с отверстием определенного сечения в зависимости от конфигурации выпускаемого изделия.
Расплавление полимерного гранулята в основном происходит вследствие мощных деформаций сдвига уплотненного сырья. Нагревательные элементы экструдера всего лишь ускоряют процесс плавления. Если при внутреннем трении массы выделяется настолько большое количество тепла, что его становится достаточно для стабильного расплавления полимера, то электронагреватели автоматически отключаются, и система входит в термодинамический адиабатный режим.
Зачем проводится дегазация при экструзии
Качество готовой продукции зависит от химического состава и кондиции сырья, загружаемого в экструдер. Термическая обработка и выпаривание полимеров в вакуумных камерах называется дегазацией. После прохождения дегазации в гранулах существенно снижается количество воздуха, уменьшается процент влаги, сырье максимально избавляется от вредных примесей.
В экструдерных машинах, оснащенных шнековыми парами с системами дегазации, предусмотрены специальные зоны сжатия и расширения. Газообразные компоненты в зоне расширения выводятся через отверстия в самом шнеке или цилиндре с помощью вакуумных насосов. Использование таких шнеков позволяет совмещать этапы экструзии с одновременным отводом газов без прерывания всего технологического процесса.
Последовательность операций следующая:
Если дегазация будет неполной, пузырьки воздуха останутся в расплавленной массе. В результате чего в готовых изделиях образуются полости, пустоты, раковины. Такая продукция является бракованной.
Конструкция шнека и его роль в экструзии полимеров
Стандартный шнек экструдера представляет собой металлический стержень со спиральной канавкой, вырезанной по всей длине детали. Между наружным диаметром витков шнека и стенками рабочего цилиндра предусмотрен небольшой зазор. Главная задача шнековой пары (шнека+цилиндра) – беспрерывная подача расплавленной пластичной массы на формующую головку.
Рабочие характеристики шнека экструдера: