Экструзия — метод формования изделий или полуфабрикатов неограниченной длины продавливанием полимера через формующую головку с каналами необходимого профиля. Для этого используют шнековые экструдеры. Производство различных видов изделий методом экструзии осуществляется путем подготовки расплава в экструдере и придания экструдату той или иной формы посредством продавливания его через формующие головки соответствующей конструкции с последующим охлаждением, калиброванием и т.д.
Устройство экструдера
Комбинированные экструдеры имеют в качестве рабочего органа устройство, сочетающее шнековую и дисковую части, и называются червячно-дисковыми. Применяются для обеспечения хорошего смесительного эффекта, особенно при переработке композитов. На них перерабатываются расплавы пластмасс, имеющие низкую вязкость и достаточно высокую эластичность. Шнековые экструдеры могут быть различных типов: одно — и двухшнековые; одно — и двухступенчатые; универсальные и специализированные; с осциллирующим и одновременно вращающимся шнеком; с зоной дегазации и без нее; с вращением шнеков в одну и в противоположные стороны и т.п. Наиболее простым является одношнековый экструдер без зоны дегазации.
Основными элементами экструдера являются обогреваемый цилиндр, шнек, сетки, размещаемые на решетке, и формующая головка. В зависимости от природы полимера, технологических режимов переработки применяются шнеки различного профиля, с различным характером изменения глубины h нарезки по длине шнека
В зависимости от вида выпускаемого изделия применяют либо коротко -, либо длиношнековые машины, т.е. малым или большим отношением длины L к диаметру D шнека. Значения D и L/D являются основными характеристиками одношнекового экструдера.
Процессы происходящие при экструзии., Загрузка сырья
Если при применении порошкообразных материалов они имеют непостоянную сыпучесть, то в бункерах образуются «своды», зависающие на стенках бункера. Питание шнека материалом прекращается. Поэтому в бункер помещают ворошители. Сыпучесть материала зависит от влажности: чем больше влажность, тем меньше сыпучесть. Поэтому материалы должны быть просушены. Для увеличения производительности машины гранулы можно предварительно подогреть. Применяя приспособления для принудительной подачи материала из бункера на шнек, также удается повысить производительность машины. При уплотнении материала в межвитковом пространстве шнека вытесненный воздух выходит обратно через бункер неполным, то он останется в расплаве и после формования образует в изделии полости. Это является браком изделий.
Теоретические основы экструзии. Виды экструдеров
... реферате мы остановимся на таком процессе переработки материалов как экструзия, рассмотрим теоретические основы этого процесса и виды экструдеров. 1 Теоретические основы экструзии Экструзия ... и сочетанию применяемых пластмасс гибридные погонажные изделия. Переработка вторичных полимеров ... шнека материалом прекращается. Для устранения этого необходимо в бункер помещать ворошители. Сыпучесть материала ...
Изменение уровня заполнения бункера материалом по высоте влияет на полноту заполнения шнека. Поэтому бункер снабжен специальными автоматическими уровнемерами, по команде которых происходит загрузка бункера материалом до нужного уровня. Загрузка бункера экструдера осуществляется при помощи пневмотранспорта. Питание шнека зависит от формы частиц сырья и их плотности. Гранулы, полученные резкой заготовки на горячей решетке гранулятора, не имеют острые углов и ребер, что способствует их лучшей сыпучести. Гранулы, полученные холодной рубкой прутка заготовки, имеют острые углы, плоское сечение среза, что способствует их сцеплению и ухудшению сыпучести. При длительной работе экструдера возможен перегрев цилиндра под воронкой бункера и самого бункера. В этом случае гранулы начнут слипаться, и прекратится их подача на шнек. Для предотвращения перегрева этой части цилиндра в нем делаются полости для циркуляции охлаждающей воды.
Зона питания.
Q a N,
где Q — производительность машины;
- плотность полимера;
- объем нарезки одного витка шнека;
- N — частота вращения шнека;
- a — коэффициент заполнения шнека
Зона пластикации и плавления
Конец зоны II характеризуется распадом пробки на отдельные фрагменты. Далее расплав полимера с остатками твердых частиц попадает в зону дозирования. Уменьшаются глубина нарезки шнека создает давление, которое необходимо для продавливания расплава через фильтрующие сетки подачи его в головку, уплотнения и в итоге — для выхода сформованного изделия. Основной подъем давления Р расплава происходит на границе зон I и II. На этой границе образующаяся пробка из спрессованного материала как бы скользит по шнеку: в зоне I это твердый материал, в зоне II — плавящийся. Наличие пробки и создает основной вклад в повышение давления расплава. Запасенное на выходе из цилиндра давление расходуется на преодоление сопротивления сеток, течения расплава в каналах головки и формования изделия.
Зона дозирования
Часть материала перетекает в направлении противотока в зазор между гребнем шнека и поверхностью цилиндра. Производительность Q экструдера с учетом распределения скоростей различных потоков составляет:
Q Q — Q — Q
где Q, Q, Q — производительность экструдера от прямого потока, противотока и утечек расплава
Q, Q, Q — зависят от технологических параметров и характеристик экструдера:
Q = б N — P/з,
где N — частота вращения шнека; Р — давление на выходе из шнека; з — средняя вязкость расплава; б, в, г — постоянные коэффициенты, зависящие от геометрических параметров шнека;
- D — диаметр;
- L — длина;
- h — глубина нарезки;
- ц — угол подъема винтовой линии шнека;
- д — зазор между гребнем и поверхностью цилиндра;
- е — ширина гребня шнека
Анализируя уравнение Q = б N — P/з и значение коэффициентов б, в, г, можно проследить влияние геометрических параметров шнека и свойств расплава полимера на производительность Q и характер изменения Q от Р. При небольшом колебании Р, которое может возникнуть при практической работе, последнее сказывается на величине колебания Q1 или Q2. Чем больше Q, тем больше пульсация расплава, т.е. больше неравномерность во времени скорости и выхода расплава. Это сказывается на разнотолщинности получаемых изделий. Разнотолщинность тем больше, чем выше Q. Из уравнения следует, что при прочих равных условиях у экструдеров с большим L/D колебания Q, т.е. пульсация, меньше, чем у экструдеров с меньшим L/D. Аналогичное влияние оказывает изменение глубины витка шнека в зоне дозирования.
Технология литья полимеров под давлением и ее особенности
... подразделяется на пять этапов: Пластикация и дозировка расплава полимера. Впрыск накопленной дозы. Вспенивание внутри формы. Охлаждение ... как нагрет, так и охлажден. Литье вспененных полимеров, Машины, используемые для литья вспененных термопластов Для переработки вспененных ... пластикации шнек захватывает гранулят, расплавляет его, а затем подает расплав в инжекционный цилиндр. В цилиндре расплав ...
При равенстве D первый тип экструдера называется длинношнековым, второй — короткошнековым. Увеличение L способствует получению расплава более гомогенного, т.к. время воздействия на него больше, чем в короткошнековых экструдерах. Изделия, получаемые из гомогенного расплава, обладают лучшими свойствами.
Течение расплава через сетки и формующую оснастку.
После прохождения сеток гомогенизированный расплав под остаточным давлением продавливается в формующую оснаску и, приобретая определенный профиль, выходит практически под небольшим избыточным давлением из фильерной части головки. Количество расплава Qгол, выходящего через головку:
Qгол = К Р/з
где Р = Р — Рвых перепад давения в головке; з — вязкость расплава в головке; К — постоянная, характеризующая сопротивление течению расплава в каналах и формующей части головки.
Если в головке имеется только один цилиндрический канал то:
К = р R /
Для участков головки с плоской формующей щелью:
К = w дщ /
С кольцевой: К = р /
где Rн — наружный радиус щели; Rв — внутренний радиус щели; w — ширина щели; дщ — толщина щели; lф — длина формующей части щели
Из этих трех форм сечений участков головок можно рассчитать К головки, состоящей из их сочетаний. Для получения качественных изделий необходимо, чтобы заключительный отрезок пути lф расплава перемещался при постоянной толщине дщ формующей части. В этом случае происходит наиболее полное выравнивание скоростей движения расплава, проходят релаксационные процессы, ликвидируется пульсация и т.д. Чем длиннее lф тем меньше пульсация расплава.
Основные параметры процесса экструзии., Технологичность полимера
При слишком высокой вязкости расплава получать изделия методом экструзии трудно из-за большого сопротивления течению расплава, возникновения неустойчивого режима движения потока. Все это приводит к образованию дефектов изделий. Повышение температуры переработки может привести к термодеструкции расплава, а увеличение давления, мощности привода при более низких температурах к механнодеструкции, т.е. для экструзии расплавов должны применяться полимеры с довольно узким интервалом колебания вязкости. Выходящий из головки экструдант должен обладать формоустойчивостью. Требования к формоустойчивости зависят от технологических операциях: деформациирасплава в свободном состоянии либо в калибрующем приспособлении. Формоустойчивость зависит от температуры и молекулярной массы полимера. Поэтому для получения различных видов изделий рекомендуется перерабатывать расплав с различным ПТР.
Метод экструзии как основной метод для получения пленок из полиамидов
... охлаждением, калиброванием и т. д. По устройству и принципу работы основного узла, продавливающего расплав в головку, экструдеры подразделяются на шнековые, бесшнековые и комбинированные.[1] ... определяют направленность процесса переработки. Целью данной работы является рассмотрение метода экструзии - как основного метода, для получения пленок из полиамидов. Среди многочисленных методов получения ...
Фракции полимера с большой молекулярной массой труднее плавятся, что приводит к образованию мест оптической неоднородности и ухудшению свойств изделий.
Ассортимент изделий
Оснастка
Рукавный метод.
В данной конструкции головки при слиянии потоков образуются два шва, которые ослабляют прочность пленки и ухудшают ее внешний вид. Обычно такие головки применяются в том случае, когда пленка разрезается на два полотна, и кромки с линиями спаев срезаются. Для получения рукавных пленок можно применять конструкции головок с центральным подводом расплава и симметричной подачей его к формующей щели.
Головка имеет радиальную решетку дорнодержателя 2, в которой расплав разделяется на несколько линий спаев, которые необходимо устранить. В отличие от предыдущей головки, подводящий канал плавно изменяет диаметр, а следовательно нормальные тангециальные напряжения будут иметь малую величину и ориентация макромолекул в поперечном направлении будут незначительная. На рис. 5, б угловая пленочная головка с несимметричным распределением расплава. Дорнодержатель 4 на поверхности имеет канал со смещенным подводом к кольцевому каналу, за счет чего перепад давления частично выравнивается. В подобных головках иногда применяют коллекторное распределение расплава вокруг дорнодержателя или кольцевой зазор на более коротких участках уменьшается, т.е. дорнодержатель устанавливается эксцентрично. При несимметричном течении или при смещении дорна относительно мундштука появляется разнотолщинность. Разнотолщинность и продольные риски на пленочном полотне не только снижают его качество, но и затрудняют ровную и гладкую намотку пленки. Устраняют линии спаев за счет применения головок с вращающимся мундштуком, а разнотолщинность равномерно распределяют по ширине рулона за счет специальных приемно-намоточных устройств. Подобные устройства повышают стоимость оборудования, но обеспечивают равномерное распределение по всей ширине рулона участков пленки, имеющих отклонения по толщине от номинального размера и позволяют получать рулоны с гладкой поверхностью.
Регулирование равнотолщинности пленки по периметру проводится смещением формующего кольца 6 винтами 8. Поскольку смещение мундштука должно осуществляться с большой точностью, то применяют винты с мелкой резьбой или дифференциальную винтовую пару, рисунок 6
Шаг нарезки втулки и шаг нарезки винта обычно отличаются на 0,25 мм, поэтому за полный оборот втулки мундштук смещается относительно дорна на 250 мкм. Для удобства регулирования винт 5 закрепляется неподвижно во вкладыше 3, а шаг резьбы на втулке должен быть больше, чем на винте: t1 > t2. Чтобы исключить перекос винтов при смещении мундштука, в нем делают пазы, в которые вставляют вкладыши 3.
Для регулирования разнотолщинности в корпусе мундштука устанавливают нагревательные элементы, расположенные равномерно по всему периметру. В местах утолщения пленки температура повышается, вязкость полимера уменьшается и при раздувании рукава толщина пленки в этом месте становится тоньше. В головках с боковым подводом расплава конструкция распределительных каналов обусловливает различные скорости течения, т.к. по внутренней и по внешней траектории расплав совершает различный путь. Чтобы выровнять потоки, распределительные каналы по периметру дорнодержателя изготавливают различной глубины, что усложняет конструкцию.
Производство пленок и полиэтилена низкой плотности
... 1—20 1—20 1—20 Ширина обрезанной пленки, мм 1000 1500 3000 Червячный пресс Головка должна превратить поток расплава, выдавливаемого из канала червяка, в тонкостенный ... определенном положении. На выдавливаемый из головки стык непрерывно наплывают смежные струи потока, вследствие чего в пленке исчезает стыковая полоса. Для производства пленок разработаны также вертикальные осциллирующие машины. ...
Угловая головка с коллекторным распределением расплава аналогична трубной, в ней разность скорости расплава частично ликвидируется, однако несимметричность каналов сохраняется. Более равномерное распределение достигается при использовании цилиндрической решетки дорнодержателя или головки с радиальными распределительными каналами. В такой головке расплав из углового патрубка 4 течет по центральному осевому каналу, а затем разделяется на несколько радиальных потоков, которые переходят в спиральные винтовые каналы переменной глубины, вследствие чего ликвидируются линии спаев и обеспечивается симметричность потоков. Чтобы расплав двигался по винтовым канавкам, радиальный зазор между корпусом и дорнодержателем около выхода радиальных потоков, должен быть очень небольшим.
Технологичные расчеты головок включают определение диаметра дорна D и радиального зазора h. Используя коэффициенты вытяжки и раздувания, а также размеры пленки находим:
h = дn Кр Кв, D = В /р Кр
где дn — толщина пленки, Кр, Кв — коэффициент раздува и вытяжки, — ширина пленки, В = р Dn
Коэффициенты вытяжки и раздува равны:
Кв = нn/нэ Кр = Dn/ Dэ,
пленка экструзия расплав полимер
где нn и нэ — скорость движения пленки и экструдата, Dn, Dэ — диаметр дорна и пленочного рукава
Длина формующих элементов пленочных головок влияет на мутность пленок. При малой длине каналов, если при изменяется площадь их сечения, на входе возникают значительные напряжения сдвига, которые обуславливают периодический срыв расплава или появление шероховатости. При увеличении длины формующего канала напряжения сдвига частично перед выходом из головки релаксируют и мутность пленки уменьшается. На качество пленки оказывает влияние фильтрующий пакет. Фильтрующий пакет не пропускает в формующий канал и расплавленные частички полимера. Для улучшения качества необходимо использовать сетки с более мелкими отверстиями, но они быстрее забиваются и требуют частой очистки или замены сеток. Фильтрующие пакеты должны монтироваться в узлах, которые можно демонтировать без разбора головки.
Перспективным является применение фильтров, рабочие элементы которых представляют собой пластины или диски, выполненные из металлокерамических материалов. Такие «сита» обладают большой рабочей поверхностью и длительным сроком службы.
Наиболее сильное влияние на качество пленки оказывают температура и скорость течения расплава, коэффициент раздувания. При увеличении температуры расплава мутность пленки понижается и тем сильнее, чем толще пленка. Мутность, или величина светорассеивания — это часть падающего светового потока, выраженная в%, которая рассеивается под углом, большим чем 2,5° к направлению падающего светового потока. При повышении температуры снижаются напряжения сдвига, и возрастает поверхностный блеск пленки, т.к. уменьшаются явления «эластической турбулентности струи», изменяются также условия кристаллизации. При увеличении скорости течения расплава мутность пленки возрастает, однако при большом коэффициенте раздува рукава эта зависимость становится обратной. Это объясняется тем, что ориентация макромолекул при растяжении уменьшает мутности пленки сильнее, чем скорость течения.
Методы получения тонких пленок
... объеме используется технологический процесс нанесения тонких пленок в вакууме – тонкопленочная технология. В данной работе представлены основные методы получения тонких пленок, их схемы работы, а так ... заданной толщины. 1.2 Ионно-плазменные методы получения тонких пленок Ионно-плазменные методы получили широкое распространение в технологии электронных средств благодаря своей универсальности и ряду ...
При увеличении производительности и коэффициента растяжения пленочного полотна заметно возрастает степень ориентации макромолекул, поэтому физико-механические свойства пленок повышается. При большей степени раздувания рукава ориентация макромолекул вдоль направления экструзии уменьшается, поэтому прочность при раздире и одноосном растяжении становятся меньше. На качество пленки должны влиять конусность формующего канала, скорость вращения дорна или мундштука головки. Но последующее значительное растяжение и продольная вытяжка расплава уменьшают это влияние. В основном качество пленки зависит от скорости охлаждения расплава во время ориентации макромолекул при растяжении и раздувании рукава после выхода из головки.
Щелевой метод
Формование пленок наиболее часто осуществляется в коллекторных головках, когда расплав из патрубка экструдера растекается по коллектору, а из него перетекает в плоский формующий зазор.
Поскольку при течении расплава в коллекторе возникает перепад, давления, выход расплава по ширине щели может быть неравномерным. Анализируя траектории струй течения расплава, то видно, что самый короткий путь течения от патрубка до выхода находится в центре головки. Наибольший перепад давления возникает по краям головки, так как расплав течет вначале по коллектору, преодолевая его сопротивление, а затем попадает в формующий канал. При разности перепада давления расход расплава по ширине будет различным и это приведет к появлению разнотолщинности.
Для выравнивания потока применяют регулировочные вкладыши. Расплав из патрубка попадает в коллектор, а затем через плоский канал, образованный плитами к формующему каналу. В верхней плите имеются гнезда, в которые вставляются вкладыши, плотно прилегающие друг к другу по ширине головки. Чтобы выравнить поток, центральные вкладыши винтами сдвигают по ходу движения расплава, уменьшая зазор между нижней плитой и вкладышем. При этом увеличивается сопротивление течению расплава в центре головки и расход расплава по ширине выравнивается. Чтобы в кольцевой щели не образовались застойные зоны, вкладыши делают обтекаемой формы. Торцевые части коллектора обычно закрывают вставками, которые плавно поворачивают поток расплава вдоль головки и также исключают образование застойных зон. Для регулирования толщины пленки имеется подвижная губка, при смещении которой относительно корпуса изменяется зазор щели и толщина пленки.
При изготовлении пленок из полимеров с высокой вязкостью расплава для выравнивания потока применяется коллекторная головка со шнеком.
Массивную плиту корпуса головки прорезают фрезой, оставляя около коллектора тонкую перемычку, по которой происходит изгиб формующей части губок под действием болтов 9. Для облегчения изгиба плиту 3 дополнительно разрезают поперечными пазами 3. Для облегчения изгиба упругой губки 10 плита 3 по всей ширине имеет продольные пазы. Плита по ширине разделена на секции, в которых установлены дифференциальные винты 8 и 9, обеспечивающие точное регулирование зазора. При вращении винта 9 упругая губка смещается на величину, пропорциональную разности шага нарезки винтов t2 — t1. Упругая губка смещается относительно плиты 2, уменьшая или увеличивая формующий зазор h. Во время работы формующий зазор заполнен расплавом, то его ширина h может определяться по изменению размера Н, специально предусмотренного в корпусе плиты 3. для изменения толщины пленки предусмотрены винты 5, 7, равномерно установленные по всей ширине головки. Вворачивая винты 5, происходит смещение плиты 3, относительно шарнира 12 и глубина формующего зазора изменяется. Величина зазора h изменяется пропорционально расстоянию Н между вкладышами на тыльной стороне корпуса головки. Это позволяет производить регулировку зазора и измерять его во время работы агрегата при заполненном расплавом формующем канале. Для обеспечения равномерной температуры на щелевых головках необходимо установить продольные нагреватели 4 и 6, располагая их по всей ширине плит, а не секциями. При отключении продольных нагревателей не возникает перепадов температур по ширине головки и исключается появление разнотолщинности пленки. Коллекторные головки с упругой губкой можно использовать при изготовлении пленок большой ширины, однако внутри коллектора следует устанавливать распределительный шнек.
Технологический процесс регулировки теплового зазора привода клапанов
... 1. Рисунок 1. Автомобиль КамАЗ-4310 Таблица 1. Характеристики автомобиля КАМАЗ-4310 Двигатель Дизель, четырехтактный, 8-ми цилиндровый, V-образный 90°, верхнеклапанный, жидкостного охлаждения Сцепление ...
Расплав полимера из патрубка поступает в два коллектора переменного сечения, которые расходятся в стороны под определенным углом. Коллекторы по всей длине сообщаются с плоским каналом, поэтому расплав из них равномерно распределяется по всей ширине головки, а затем направляется в формующий зазор. Размеры коллекторов и глубину плоского канала рассчитывают чтобы перепад давления при движении расплава по всем траекториям был постоянным.
Толщина пленки обеспечивается изменением формующего зазора с помощью подвижной губки 4. изменить толщину пленки можно за счет вытяжки экструдата тянущими валками, однако при этом появляется значительная анизотропия свойств пленочного полотна и поперек направления экструзии.
Из технологических параметров сильно на качество пленки влияет температура расплава. Чем выше температура расплава, тем меньше мутность пленки, однако при этом снижается прочность пленки при растяжении по направлению экструзии и увеличивается относительное удлинение. В поперечном направлении эти показатели изменяются незначительно. При повышении температуры вытяжка расплава происходит при более низкой вязкости, поэтому нормальные напряжения вдоль направления экструзии уменьшаются. Снижаются напряжения сдвига при течении расплава в формующем зазоре, и происходит более быстрая их релаксация. Все это обусловливает меньшую степень ориентации макромолекул и снижение прочности пленки, особенно в направлении экструзии. На процесс ориентации наиболее сильное влияние оказывает продольная вытяжка расплава. Экструзия без глубокой вытяжки и закалки не сопровождается значительными ориентационными процессами и пленка не обладает изотропными свойствами. При переработке линейных и разветвленных полимеров изменяется характер образования кристаллических структур, и прочность пленок в продольном и поперечном направлениях изменяется от направления ориентации макромолекул не однозначно.
При изготовлении тонких пленок перед их охлаждением проводят значительную вытяжку расплава, поэтому, чтобы уменьшить ориентацию макромолекул и снизить анизотропию свойства пленки, полотно формуют при высоких температурах. Получить такие пленки без вытяжки только за счет уменьшения формующего зазора невозможно, т.к. в этом случае чрезмерно возрастает перепад давления в головке. При изготовлении пленок с большими анизотропными свойствами, производят быстрое охлаждения расплава после выхода из головки и последующее его растяжение.
Системы стабилизации и ориентации
... и на многие типы нелинейных систем. При проектировании систем стабилизации ЛА чаще всего используются алгебраические ... ??? w ????????? ? ??????????????? ????????, ??? ????????? ??????? ? 10 ??? ?????????? ???????, ????????? ??????????? ? ????????? ? ???? q ? ????????. 1.4 ?????? ???????????? ??????????? ? ?????????? ?????? Системы стабилизации должны обеспечивать устойчивость и заданную точность ...
Литература
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/na-temu-ekstruziya/
1. Бортников В.Г. Производство изделий из пластических масс: учеб. пособие для студентов вузов: в 3 т. В.Г. Бортников. — Казань: Дом Печати. изд-во, 2001. — 3 т.
2. Бортников В.Г. Основы технологии переработки пластических масс
В.Г. Бортников. — Л.: Химия, 1983. — 304 с.
3. Технические свойства полимерных материалов В.К. Крыжановский. — 2_е изд., испр. и доп. — СПб.: Профессия, 2005. — 248 с.
4. Оссвальд Т.А. Литье пластмасс под давлением Т.А. Оссвальд, Ш. Тунг, П. Дж. Грэмани. — СПб.: Профессия, 2006. — 712 с.
5. Производство изделий из полимерных материалов В.К. Крыжановский. — СПб.: Профессия, 2008. — 460 с.
