Зачёт по растительному сырью. Вопросы к зачету_БВГ(2023). 1 Начало промышленного производства ряда полимеров и пластмасс

• Название: 1 Начало промышленного производства ряда полимеров и пластмасс
• Анкор: Зачёт по растительному сырью
• Дата: 17.04.2023
• Размер: 279.02 Kb.
• Имя файла: Вопросы к зачету_БВГ(2023).docx
• Тип: Документы; #1068474
• страница: 6 из 8

Периоды формования

Процесс формования состоит из трех периодов (рис. 4.29):

–

Рис. 4.29. Диаграмма изменения давления Pи температуры Tв литьевой форме: τз – период заполнения формы, τн– период нарастания давления, τсп – период спада давления, τвпд – время выдержки под давлением, τвбд – время выдержки без давления; т. А – заполнения форы, т. С – гидроудара, т. D – максимального давления, т. Е – окончание выдержки под давлением.

• 
  периода впрыска расплава и заполнение оформляющей полости литьевой формы (τ_з) –точка А;
  
• 
  периода нарастания давления (τ_н) и уплотнения материала за счет втекания новых порций расплава под давлением. Точка D – точка максимального давления. В данный момент за счет термической усадки при охлаждении давление уравновешивается притоком новых порций материала.
  
• 
  периода спада давления (τ_сп) – это период интенсивного охлаждения и усадки материала. Характеризуется уменьшением давления в форме и увеличением перепада давления по ее длине. В этот период входит и время выдержки без давления (τ_вбд).
  

Время выдержки под давлением (τ_впд); состоит из периода нарастания давления и части периода спада давления. В точке Е литник “перемерзает” (стеклование материала в литниковом канале) и приток новых порций материала прекращается. Давление литья отключается и давление в детали резко падает. В точке К форма раскрывается, происходит съем изделия из формы.

Технологические параметры впрыска:

• 
  температура расплава на входе в форму;
  
• 
  скорость заполнения и время полного заполнения формы.
  

Эти параметры сильно зависят от конфигурации, размеров и формы литникового канала. Изменение параметров впрыска возможно путем регулирования температуры формы, давления в гидроцилиндре впрыска и скорости осевого перемещения шнека (времени впрыска).

7. 
   Технологические расчеты при литье под давлением
   

4.6.6.10 Технологические расчеты при литье под давлением

1. Расчетный объем впрыска вычисляют по формуле:

, (4.6)

где V_р – расчетный объем впрыска, см³; m_д – масса отливаемой детали, г; m_л.с. – масса литниковой системы, г; n – число гнезд формы; К – коэффициент, учитывающий сжатие расплава полимера и его утечки при впрыске в форму, К =1,21,3; ρ – плотность перерабатываемого полимера, г/см³.

2. Производительность литьевой машины рассчитывают по формуле:

, (4.7)

где m – масса изделия (детали), г; n – число гнезд формы; _ц - продолжительность цикла литья изделия, с.

3. Продолжительность цикла литья под давлением определяют следующим образом:

, (4.9)

где _см,,_р,_впр – время смыкания и размыкания формы, время впрыска (заполнения формы), с; их сумма называется машинным временем _м:

, (4.10)

Время смыкания и размыкания формы берут из технической характеристики машины.

Время впрыска рассчитывают по формуле:

, (4.11)

где Q– объемная скорость впрыска, см³/с (из технической характеристики).

Продолжительность паузы между циклами _п=23 с.

Сумма продолжительности выдержки материала в форме под давлением _выд и продолжительность охлаждения изделия в форме без давления _охл.б/д называется технологическим временем _т, с:

, (4.12)

Технологическое время показывает продолжительность охлаждения до заданной температуры в центре изделия Т_и, при которой возможно извлечение без деформации готового изделия.

Технологическое время рассчитывается на основе закона контактной теплопередачи:

, (4.13)

где h – толщина стенки изделия, м; a – коэффициент температуропроводности, м²/с; T_м – температура расплава полимера, впрыскиваемого в формующую полость литьевой формы – температура литья, ⁰С; T_ф – температура литьевой формы, ⁰С; T_и – температура извлекаемого изделия, ⁰С; К₁ и К₂ – коэффициенты, определяющие скорость охлаждения в зависимости от геометрической формы изделия (плоское изделие, параллелепипед, цилиндр и др.).

Для плоского изделия (пластина), у которого отношение ширины В к толщине h больше, чем f=B/h>2,5:

(4.14)

Для плоского изделия (параллелепипед) при f=B/h≤2,5:

(4.15)

Для цилиндрического изделия:

8. 
   Влияние текучести на перерабатываемость термопластов и свойства изделий
   

4.6.9 Влияние текучести на перерабатываемость термопластов и свойства изделий

Текучесть термопластов является одним из основных факторов, определяющих поведение материалов при переработке и качества получаемых изделий. Полимерные материалы с малой текучестью неудовлетворительно заполняют полости формующего инструмента. При переработке таких материалов требуются высокие температуры и давления формования. Повышение температуры приводит к удлинению производственного цикла, увеличению усадки изделий и возрастанию энергозатрат. Повышение давления способствует росту ориентационных напряжений в изделиях. Поэтому возрастает анизотропия механических свойств, уменьшается стойкость к растрескиванию, понижается температура коробления при эксплуатации изделий.

При литье под давлением пластмасс, имеющих малую текучесть, с целью понижения потерь давления в форме увеличивают площадь поперечного сечения каналов литниковой системы, что приводит к возрастанию потерь материала в виде отходов. При экструзии малотекучих термопластов в формующей головке возникают большие давления, что не позволяет достичь высокой производительности. При недостаточной текучести не всегда получаются изделия с ровной и глянцевой поверхностью.

Если полимерный материал обладает слишком большой текучестью, то вследствие возрастания обратного потока в канале червяка и потока утечки через гребни канала будет уменьшаться пластикационная производительность литьевого и экструзионного оборудования. Кроме того, возрастают утечки материала при впрыске в червячных и поршневых литьевых машинах. Это приводит к уменьшению максимального объема отливки и предельной скорости впрыска. Литьевые и экструзионные изделия из высокотекучих термопластов часто имеют несколько ухудшенные прочностные свойства и менее стойки к износу. Повышенная текучесть способствует получению разнотолщинных изделий и образованию облоя на изделиях.

Меры предупреждения брака при переработке термопластов с пониженной и повышенной текучестью. С целью повышения производительности процесса и улучшения качества изделий при переработке малотекучих материалов наряду с применением модификаторов свойств (фторсодержащих Additive-Masterbatch) можно применить следующее.

Конструктивно усовершенствуют отдельные узлы основного оборудования и формующего инструмента, используют специальные технологические приемы, при составлении полимерных композиций применяют пластифицирующие добавки и смазки.

Так при литье малотекучих полимеров для уменьшения потерь давления используют открытые мундштуки с большим диаметром канала. В литьевых формах увеличивают сечение и предельно сокращают длину каналов литниковой системы, а при литье крупногабаритных изделий увеличивают число впусков. Для получения качественных отливок используют специальные режимы формования – литье со ступенчатым (одно- или двукратным) сбросом давления, литье с предварительным сжатием расплава или режиме инжекционного прессования. При использовании указанных режимов обеспечиваются достаточно высокие давления литья и скорости впрыска на стадии заполнения формы и в то же время реализуются сравнительно небольшие давления формования на стадии выдержки под давлением, что позволяет добиться заполняемости формы при сравнительно небольших внутренних напряжениях в получаемых изделиях.

Для повышения формующей способности литьевого и экструзионного оборудования при переработке малотекучих полимеров можно использовать вибрационный режим формования, при котором благодаря интенсивному динамическому воздействию (ультразвука) на расплав существенно повышается скорости течения расплава в каналах формующего инструмента и предельная длина затекания материала в полость литьевых форм.

При переработке полимеров с очень высокой текучестью литьем под давлением желательно использовать червяки с малой глубиной нарезки, на концах которых устанавливается запорное кольцо или шариковой клапан для снижения утечек при впрыске. Мундштук должен иметь запорный клапан и быть хорошо притертым к литниковой втулке.

При литье под давлением и экструзии высоковязких полимерных материалов рекомендуется применять неохлаждаемые червяки с малой степенью сжатия и большой глубиной нарезки, при этом наконечник червяка должен иметь ровную, хорошо обтекаемую поверхность.

При переработке ряда высоковязких термопластов (в частности, полистирольных пластиков и полиолефинов) некоторого улучшения технологических свойств можно добиться, пропустив предварительно материал через дисковый экструдер, где за счет интенсивного сдвигового деформирования происходит механодеструкция полимера. Она приводит к увеличению низкомолекулярной фракции и сужению молекулярно-массового распределения. Наличие низкомолекулярной фракции, выполняющей роль смазки, улучшает текучесть полимерного материала, но при этом не ухудшаются физико-механические свойства изделий.

Тема Т6 Технология и оборудование для переработки термопластов методом экструзии

1. 
   Конструкции червяков экструдеров
   

Несмотря на большое разнообразие применяемых экструдеров, основные узлы и детали у них общие, и основной частью, от которой зависят производительность, вид и размеры изделия является червяк. В зависимости от перерабатываемого сырья, а также от вида и назначения изделия применяются однозаходные и многозаходные червяки, с постоянным и переменным шагом, с постоянной или переменной глубиной нарезки.

В зависимости от выполняемой задачи червяк по длине делится на следующие функциональные зоны:

• 
  зона транспортировки (загрузки) твердого материала
  

L_з = (2÷10)D;

• 
  зона пластикации (плавления) L_п = (1÷15)D;
  
• 
  зона дозирования L_д = (2÷12)D.
  

На рис. 5.4 показаны конструкции типовых червяков одночервячных экструдеров (поз. 1÷9) и специальные червяки (поз. 10÷12). В ряде случаев переработки и получения полимерных композиций использование червяка без специальных зон или устройств оказывается неэффективным, т.к. не достигается требуемая степень диспергирования и смешения, в некоторых случаях требуется проведение дегазации расплава. Применение дополнительных зон диспергирования, смешения, дегазации позволяет улучшить качество материала, за счет высоких скоростей сдвига.

В зависимости от назначения и вида перерабатываемого материала применяются многочервячные экструдеры с различным расположением и конструкцией червяков (рис. 5.7).

В качестве смесителей для приготовления композиций из термопластов применяют дисковые (эффект Вайсенберга) и дисково-червячные экструдеры (рис. 5.8 и рис. 5.9), смесители типа ‘‘Ко-кнеттер’’ (рис. 5.10) (Швейцария, фирма Buss и К⁰). В этих смесителях червяк наряду с вращательным совершает и возвратно-поступательное движение, благодаря этому зубья в цилиндре многократно проходят через специальные продольные пазы в винтовой нарезке червяка. Намного увеличивается эффективность смешения и смятия полимера, т.к. траектория движения частиц имеет петлеобразное движение.

2. 
   Формующие инструменты экструдеров (экструзионные и формующие головки)
   

5.4 Формующие инструменты экструдеров (экструзионные и формующие головки)

Формующая головка экструдера представляет собой профилирующий инструмент, через который продавливается расплавленная полимерная композиция, принимающая заданную в сечении форму. Формующие головки бывают прямоточные и угловые, в которых поток расплава поворачивается вверх, вниз или в сторону. По типу выходящего профиля головки подразделяются на: круглые, щелевые, фасонные (профильные).

Формующие головки различают по образующемуся в них давлению: низкого давления – до 4 МПа; среднего давления – от 4 до 10 МПа; высокого давления – более 10 МПа. Часть головки, в которой оформляется профиль изделия, называется матрицей. При производстве трубных профилей внутри матрицы устанавливается дорн.

Для очистки расплава от загрязнений и увеличения давления в цилиндре экструдера в начале формующей головки устанавливает пакет фильтрующих сеток, опирающихся на решетку. Кроме того сетки оказывают влияние на степень гомогенизации и пластикации материала.

Трубная головка (рис. 5.11). В ней расплав материала, начиная с зоны втулки, поступает во внутреннюю полость корпуса, далее обтекает дорнодержатель и поступает в зазор между наружной поверхностью дорна и внутренней поверхностью матрицы, приобретает форму трубы. Затем поступает в калибрующий цилиндр, предназначенный для калибрования изделия по диаметру и частичного охлаждения. Калибрование трубы производится при помощи воздуха под давлением 0,015÷0,025 МПа через ниппель и систему каналов во внутреннюю полость трубы. Для предупреждения прилипания термопласта к калибрующему цилиндру подается воздух под давлением 0,005÷0,01 МПа.

Профильная головка для фасонных профилей (рис. 5.12). Для изготовления профильных изделий применяют прямоточные головки. В матрицу головки вставлена втулка, за которой по ходу расплава смонтирована решетка. Экструдируемый материал продавливается через выходное отверстие, приобретая профиль требуемых размеров.

Усадочные явления, которые имеют место при экструзии из-за неравномерного распределения скоростей течения массы, искажают форму профиля экструдируемого изделия. Усадочные явления при экструзии особенно заметны у термопластов, имеющих большую усадку, например полиэтилена. У пластифицированного ПВХ это явление мало заметно. Чтобы профиль выходил по всей ширине мундштука одинаковым, сумма сопротивлений перед мундштуком и мундштуке должна иметь одинаковую величину для каждой элементарной струи потока расплава. Выполнение этого условия достигается сужением поперечного сечения потока в средней части и расширением на краях (рис. 5.12Б).

Плоскощелевая головка для листов и пленок (рис 5.13). Для производства листов и пленок из термочувствительных термопластов применяются плоскощелевые головки. Расплав, нагнетаемый червяком, проходит через решетку, буферные каналы и выдавливается через формующую щель. Толщины получаемых листов или пленок регулируются установочными винтами, изменяющих положение подвижной щеки. Для получения двухслойных и многослойных листов и пленок из нескольких видов термопластов применяются специальные головки, работающих одновременно от двух или пяти экструдеров. На рис. 5.14 показана головка для получения двухслойных пленок. Расплав от двух экструдеров поступает соответственно в каналы “A” и “Б”, обтекает дорн и выдавливается через формующую щель “В”.

Кабельная головка. Для производства кабельной продукции и нанесения изоляции на металлические провода применяются угловые головки (рис. 5.15). Головка может быть установлена по отношению к экструдеру под углом 0,5π; π; 1,5 π. Дорнодержатель и дорн имеют осевые отверстия для прохода металлического провода. Покрытие полимерной изоляцией провода осуществляется при выходе его из дорна.

Головки рукавных пленок конструктивно подразделяются на угловые и прямоточные. В угловой головке (рис. 5.16) расплав поступает через входное отверстие корпуса и распределяется вокруг дорна в кольцевом сборном канале “A”. Затем из сборного канала расплава течет по всей окружности через коническую кольцевую щель “Б”. Из нее масса выдавливается через выходную щель. Она образована верхним формующим кольцом и наконечником дорна. Угловые головки имеют конструктивный недостаток – разную длину путей, проходимых частями расплава от конца червяка до различных участков формующего зазора. Для устранения этого недостатка производят калибровку зазора с помощью регулировочных винтов. Это дает возможность осуществлять торможение массы в соответствующих участках формующего зазора. Величина участка кольцевого зазора, расположенного ближе к головке экструдера, устанавливается меньше, чем у дальнего противоположного участка формующего зазора. Сжатый воздух для раздува рукава пленки подается через штуцер.

В прямоточной головке (рис. 5.17) для получения пленки из рукава гомогенизированный расплав из экструдера поступает в полость головки через решетку, предназначенной для фильтрации (очистки) материала и создания дополнительного сопротивления течения.

3. 
   Агрегаты для грануляции термопластов
   

5.5.1 Агрегаты для грануляции термопластов

При проведении процессов подготовительного производства полимерных материалов из термопластичных полимеров, таких как окраска, введение наполнителей, мягчителей, стабилизаторов и других вспомогательных веществ, а также удаления летучих веществ из полимеров, на экструзионных агрегатах получают из расплавленной полимерной композиции гранулы определенного состава, формы и размеров.

Гранулами называют однородные зерна с преобладающим размером в поперечнике 3 мм. Они являются исходным полуфабрикатом при переработке термопластов литьем под давлением, экструзией и т.п. Гранулы обеспечивают нормальное питание и стабильное ведение технологического процесса переработки. При этом сыпучесть гранул имеет большое значение при заполнении приемных устройств перерабатывающего оборудования и транспортной тары. В зависимости от применяемого способа изготовления гранулы могут быть получены следующей формы: шарообразной, цилиндрической, эллипсоидной, кубической, параллелепипедной (стренговой).

Экструзионные агрегаты для гранулирования состоят из экструдера и собственно гранулирующего устройства (головки). Оно включает в себя формующий инструмент (фильеру), гранулятор (режущее механизм), устройство для охлаждения гранул. Для получения гранул из расплава термопласта, поступающего из полимеризатора, из порошков термопласта, из твердых отходов или при введении в основной полимер небольшого количества вспомогательного вещества чаще используют одночервячные экструдеры. При большой степени наполнения применяют двух- и многочервячные экструдеры или осцилирующие смесители “Ко-кнеттер”.

Технологический процесс получения гранул из многокомпонентных полимерных композиций включает три основные операции:

• 
  приготовление суспензии стабилизаторов в пластификаторе (коллоидная мельница);
  
• 
  приготовление полимерной композиции (двухстадийный центробежный смеситель);
  
• 
  получение расплава и гранул в червячно-осцилирующем смесителе-экструдере или экструдерах с комбинированными червяками или многочервячном экструдере.
  

В процессе гранулирования расплав продавливается вращающимся червяком через сетчатый фильтр, а затем выдавливается через отверстия фильеры гранулирующей головки в виде жгутов цилиндрического, квадратного, или прямоугольного сечения; последние называются стренгами. Далее жгуты либо срезаются вращающимися ножами на фильере (горячая резка), либо вытягиваются и охлаждаются в воде, а затем разрезаются на гранулы (стренговая резка) и сушатся. Агрегаты для грануляции бывают в горизонтальном и вертикальном исполнении.

В промышленности переработки полимерных материалов используют следующие способы гранулирования:

1. 
   Гранулирование непрерывно на фильере. Резка расплава полимера, выходящего из экструдера, осуществляется на мунштуке. Прочность гранул обеспечивается охлаждением их в области резки воздухом, распыление воды, омыванием водой.
   
2. 
   Сухое гранулирование на фильере. Резка расплава непосредственно на фильере осуществляется с помощью вращающихся ножей, установленных соосно с головкой или эксцентрично к ней (рис. 5.18). При соосном расположении режущих ножей отверстия на решетке расположены по концентрическим окружностям, а при эксцентричном расположении ножей отверстия в фильере распределены равномерно по всей плоскости. Охлаждение гранул осуществляется воздухом. Этот способ гранулирования применяется при повышенной прочности расплава и незначительной прилипаемости к металлу (непластифицированный и пластифицированный ПВХ, высоконаполненные полиолефины).
   

3.Горячее гранулирование в увлажненной среде. Резка осуществляется, как и в предыдущем методе, а упрочнение срезов достигается водяной пылью (туманом), окончательное охлаждение – холодным воздухом. Применяют для полимеров с малой прочностью расплава и склонных к прилипанию к металлу (полиолефины, полистирол и др.).

4. 
   Мокрое гранулирование с горячей резкой. Резка также аналогично двум предыдущим, но упрочнение среза осуществляется воздухом, а окончательное охлаждение – водой. Применяют для расплавов полимеров с высокой прочностью, но склонных к прилипанию к металлу (полиолефины, АБС, поликарбонат).
   
5. 
   Полумокрый способ гранулирования с горячей резкой расплава. Горячая резка в водяном тумане, с последующим охлаждением водой (рис. 5.19). Применяют для тех полимеров, что и в способе 4
   
6. 
   6. Подводное гранулирование. Резка проводится соосно расположенными ножами, упрочнение среза и охлаждение гранул осуществляется водой. Применяют для полимеров с малой прочностью расплава и при высокой производительности экструдера.
   
7. 
   7.Холодное гранулирование. Выдавливаются заготовки в виде прутков или лент (стренг), которые предварительно охлаждаются воздухом или водой, а затем режутся специальным режущим устройством (стренговая резка) (рис. 5.20). Применяется при грануляции полиамидов, полистирола, АБС-пластиков, полиэтилентерефталата.
   

В зависимости от типа экструдера и способа гранулирования производительность агрегатов составляет от 100 до 4000 кг/ч.

Гранулирование применяется также при переработке отходов термопластов (прутков, лент, литников, пленки или кусков различной формы). Предварительно кусковые отходы дробятся (измельчаются) с применением ножевых дробилок, а отходы пленки подвергаются паро-воздушной агломерации (получение кусков пленки).

4. 
   Экструзионные агрегаты производства рукавной пленки
   

5.5.3 Экструзионные агрегаты производства рукавной пленки

Преимущество рукавного метода производства пленок состоит в универсальности и простоте регулирования как размеров, так и свойств пленок, возможности их выпуска с термоусадочными свойствами, в отсутствии отходов.

Процесс изготовления пленки рукавным методом основан на непрерывном выдавливании расплава полимера через узкую кольцевую щель формующей головки (рис. 5.16 и 5.17) с последующей вытяжкой рукава в продольном и поперечном направлениях и его охлаждением. При данном методе формования расплав выдавливается в виде тонкостенного цилиндра (рукава), который после растяжения (сжатым воздухом) и охлаждения наматывается сдвоенным полотном или разрезается и наматывается как плоская пленка. Этим методом получают пленки из ПЭНП, ПЭСД, ПЭВП, ПП, ПА, пластифицированного ПВХ.

Конструктивно процесс может осуществляться с вытяжкой рукава в горизонтальном направлении, вверх или вниз.

Горизонтальная схема применяется в агрегатах и автоматизированных линиях для производства мешков, где степень раздува невелика, а толщина пленки превышает 0,2 мм. Способ используется также при производстве пленок из термочувствительных полимеров, например из пПВХ, как показано на рис. 5.27. Недостаток такой схемы трудно равномерно охлаждать рукав.
По горизонтальной схеме в настоящее время производят лист из пенополистирола для производства потолочной плитки. После раздува рукав сразу же разрезается на четыре полотна, которые затем наматываются в бухты (рулоны) и поступают на автоматизированную линию вырубки плитки и штамповки рельефного рисунка.

Вертикальная схема с отводом рукава вниз (рис. 5.28) применяется в производстве тонких пленок небольших размеров, т.к. под действием собственного веса рукав может обрываться на участке, где полимер находится в высокоэластическом состоянии. К преимуществам такой схемы относятся более легкое налаживание технологического процесса и лучшее охлаждение пленочного рукава. Можно использовать жидкостное охлаждение рукава. Такая схема применяется при производстве полиамидных пленок.

Вертикальная схема с отводом рукава вверх (рис. 5.29) нашла наибольшее применение.
Отвод рукава вверх экономит производственные площади; рукав пленки охлаждается по всему периметру и высоте; пленки могут получаться различной толщины и ширины (до 6000 мм). Для получения более качественной пленки (устранение стыковых полос на пленке) применяют установки с вертикальным вращающимся экструдером (рототрудером) (рис. 5.30). Экструдер вместе с прямоточной головкой попеременно поворачивается на угол 324⁰ в обоих направлениях. Вследствие этого пленка равномерно и плотно наматывается на барабаны намоточного устройства. Также устранение стыковых полос на пленке достигается при применении вращающихся (осциллирующих) угловых головках, установленных на обычных горизонтальных экструдерах.

Процесс производства пленки рукавным методом состоит из следующих технологических операций:

1. Подготовка сырья (сушка полимера, окрашивание, смешение гранул);

2. Загрузка гранул в бункер экструдера пневмо- или вакуумными устройствами;

3. Плавление гранул и гомогенизация расплава в экструдере;

4. Формование рукава в формующей головке;

5. Ориентация и охлаждение пленки;

6. Намотка и упаковка пленки;

7. Контроль качества пленки.

Кроме режимов подготовки полимерного сырья и экструзии важными стадиями, определяющие качество рукавной пленки, является раздув, вытяжка и охлаждение заготовки-рукава. Выходящая под небольшим давлением с определенной скоростью экструзионная трубная заготовка подвергается снаружи охлаждению воздухом через кольцо и вытягивается по длине тянущими валиками и раздувается по ширине воздухом. Он подается во внутрь рукава. Поэтому рукав должен обладать максимальной деформационной способностью. Процесс деформирования рукава происходит в интервале между головкой и линией затвердевания (кристаллизации), а охлаждение продолжается вплоть до сжатия пленки (складывания рукава) тянущими валками.

Под линией кристаллизации понимают участок рукава, средняя температура которого равна температуре плавления полимера.

Таким образом, до линии кристаллизации происходит:

1. разбухание (увеличение толщины) экструдата относительно размера кольцевого зазора головки;

2. растяжение (раздув) трубной заготовки;

3. первичное охлаждение рукава;

4. Кристаллизация полимера (затвердевание для аморфных полимеров).

Вытяжка и раздув рукава приводят к утонению заготовки и к ориентации цепей макромолекул полимера в пленке (упрочнению).

Охлаждение и кристаллизация рукава необходимы для регулирования скорости ориентации и кристаллизации макромолекул до линии кристаллизации, а выше ее – для охлаждения твердой пленки до температур, при которых полотно не будет слипаться. Большая часть вытяжки в продольном направлении реализуется ближе к формующей части головки, а раздув (увеличение ширины) – ближе к линии кристаллизации (но не выше ее!).

Изменяя скорость вытяжки, температуру и интенсивность охлаждения и форму рукава, а следовательно и свойства пленки можно получить рукав следующих четырех форм (рис. 5.31):
Форма а соответствует высокому расположению линии кристаллизации Н, что приводит к недостаточному охлаждению деформируемого рукава. Пленка вначале растягивается в длину, а затем в ширину. Это сопровождается частичной переориентацией макромолекул.

Форма б соответствует нормальной величине Н при хорошей интенсивности охлаждения. Продольная и поперечная ориентации при вытяжке и раздуве осуществляются почти одновременно. Пленка – равнотолщинная и близкая к равнопрочной.

Форма в соответствует резкому интенсивному охлаждению рукава, высота Н мала. Пленка имеет преимущественно поперечную ориентацию, а для некоторых видов полимеров происходит уменьшение степени кристаллизации.

Форма г соответствует неравномерному обдуву пленки охлаждающим воздухом по периметру. Пленка разнотолщинная, рукав несимметричен.

Для большинства пленок, отвечающим требованиям к свойствам, в зависимости от их толщины значение Н колеблется в пределах 0,3÷2 м.

Для формирования изотропных пленок полотно перед намоткой разглаживается специальным изогнутым “горбатым” валиком (рис. 5.32), представляющим собой стальную изогнутую трубу, на которой укреплены шарикоподшипники с кольцами. На этот каркас натягивается резиновая трубка. Валику может быть придан изгиб. Это обеспечивает дополнительное вытягивание пленки в поперечном направлении и правильная намотка.

5. 
   Формирование термоусадочных пленок
   

Формирование термоусадочных пленок. Термоусадоч­ными называют пленки, которые при термической обработке сокращается в размерах за счет релаксации напряжений, созданных при их получении. Термоусадочные пленки широко используются для обжимной упаковки различных потребительских и промышленных товаров. В настоящее время термоусадочные пленки изготавливают рукавным методом, в основном из ПЭНП с низким значением ПТР от 1,0 до 0,3 г/10 мин. Основными условиями получения ПЭ-пленок с одинаковыми усадочными свойствами (усадка 30÷40 %) в продольном и поперечном направлении является высокая ориентация макромолекул полимера при формовании пленочного рукава за счет больших степеней раздува (3,5÷5) и вытяжки при резком охлаждении до линии кристаллизации. Наиболее оптимальной формой рукава при этом принято считать грибовидную с вытянутой цилиндрической шейкой (форма а). Практически термоусадочные пленки могут быть получены на обычных установках, предназначенных для получения рукавных пленок. Однако соотношение размеров тянущих валков и диаметра дорна формующей головки должно обеспечивать высокую степень раздува пленочного рукава.

Процесс автоматической упаковки изделия в термоусадочную пленку схематически показан на рис. 5.33.

Подлежащий упаковке предмет (коробка, штучное изделие, банка, т.е. изделие практически любой формы) вводят в зону между двумя полотнами термоусадочной пленки. По выполнении поперечных и продольных сварочных швов изделие оказывается внутри свободного мешка – “чехла”. При использовании рукавной пленки продольных швов не требуется. При прохождении термоусадочной камеры “чехла” дает усадку, и изделие плотно обжимается пленочным материалом. Высококачественная упаковка требует тщательного термостатирования и равномерной со всех сторон подачи нагретого воздуха.

6. 
   Экструзионные линии производства труб
   

5.5.4 Экструзионные линии производства труб, шлангов и профильных изделий

Процесс получения гладких, перфорированных, армированных, гофрированных труб, шлангов, кабельной изоляции и профилей основан на непрерывном выдавливании расплава через соответствующую формующую головку с последующим охлаждением и отводом в соответствующие приемные устройства.

Процесс получения данной продукции имеет множество общих стадий технологической схемы. Основными и общими элементами схемы является:

1. подготовка сырья;

2. плавление и гомогенизация расплава в экструдере;

3. формование исходной заготовки методом экструзии расплава через головку соответствующего профиля;

4. калибровка (для изделий с большой размерной точностью);

5. одно- и двухстадийное охлаждение готового изделия;

6. соответствующее профилю изделия тянущее устройство;

7. маркировка;

8. намотка или резка.

Трубные линии. Наиболее ответственным видом изделий такого рода являются трубные изделия, т.к. предназначены для работы под давлением, под осевым напряжением. Кроме того, их геометрические размеры должно точно соответствовать техническим требованиям при сборке с соединительной арматурой.

Методом экструзии можно изготавливать трубные изделия от десятых долей миллиметра (капиллярные трубки) до труб диаметром 1500 мм с толщиной стенки 52 мм и более. Есть информация, что проработана технология и экструзионное оборудование для производства труб Ø 3000 мм.

Основными материалами для получения трубных изделий экструзией служат ПЭНП, ПЭВП, ПЭСД, ПП, ПВХ, ПТФЭ.

Трубы из ПЭ и ПП применяются для транспортировки воды, воздуха, различных жидких и газообразных продуктов, к которым стойки эти материалы. Трубы из непластифицированного ПВХ (винипласта) применяются для транспортировки технической воды и жидкостей, к которым стоек винипласт.

Фторопластовые трубы (обычно из Ф-4Д) изготавливаются диаметром от 30 до600 мм и применяются для перекачки агрессивных жидкостей.

Широкое применение нашли гофрированные трубы и шланги. Их применяют в сельском хозяйстве, строительстве, электротехнике, станкостроении, медицине, судостроении, в бытовых приборах. Достоинство гофрированных труб и шлангов сочетание продольной гибкости с поперечной жесткостью. Они выпускаются в широком диапазоне диаметров от 16 до 200 мм.
Для придания трубному изделию профиля заданных размеров и исключения его деформации в охлаждающем устройстве его калибруют, т.е. предварительно охлаждают с приданием расплаву определенной конфигурации и размеров. Калибрование труб и шлангов проводят по наружной или внутренней поверхности. Применяются различные системы калибрования. Наибольшее применение получил способ калибрования труб по наружному диаметру, что связано с особенностями сборки труб и соединения с арматурой.

Принцип калибрования трубной заготовки по наружному диаметру заключается в ее протягивании через охлаждаемую втулку, к внутренней поверхности которой заготовка прижимается либо сжатым воздухом, либо атмосферным давлением (вакуумное калибрующее устройство). Схема калибрования сжатым воздухом показа на рис. 5.35.

В протягиваемую через калибрующую втулку трубу по каналу в дорне формующей головки подается сжатый воздух. Он прижимает горячую эластичную трубу к внутренней поверхности втулки. Давление в трубе сохраняется благодаря плавающей пробке. Она удерживается или тросом, присоединенным к дорну, или электромагнитом. В корпус втулки подается охлаждающая вода. Принцип калибрования трубы в вакуумном калибрующем устройстве показан на рис. 5.36. Горячая мягкая труба атмосферным давлением прижимается к той части калибрующей втулки, которая проходит через вакуум-секцию устройства.

Калибрование трубы по внутреннему диаметру производится с помощью охлаждаемого внутри конического удлинителя- дорна, по наружной поверхности которого протягивается трубная заготовка (рис. 5.37).

Технология производства гофрированных от изготовления гладких труб отличается тем, что за формующей головкой вместо калибратора установлен гофратор с двумя рядами движущихся по замкнутому контуру полуформ и готовая гофротруба поступает на намоточное устройство. В технологических линиях применяются гофраторы различных систем, из которых наибольшее распространение получили двухцепные гофраторы (рис. 5.38). Гофратор представляет собой две движущиеся цепи, к которым прикреплены полуформы, создающие профиль гофра. При смыкании полуформ образуется формующий канал. Охлаждение полуформ осуществляется воздухом, нагнетаемым вентилятором. Во внутрь трубы (вначале гофратора эластичной) подается сжатый воздух, удерживаемый “плавающей пробкой”. Воздухом горячая эластичная труба во входной части гофратора прижимается к полуформам и формируется профиль гофра. И по ходу движения по гофратору труба охлаждается. Профиль гофра может быть полукруглым, прямоугольным, треугольным, “кремлевская стена”, трапецевидным. Последний наиболее применим: обеспечивает наиболее удобное извлечение гофротрубы при размыкании полуформ.

7. 
   Инжекционно-выдувное формование полых изделий из литьевых заготовок (преформ)
   

Инжекционно-выдувное формование полых изделий из литьевых заготовок (преформ).

При инжекционно-выдувном формовании вначале отливают тонкостенную заготовку (преформу) в литьевой форме на дорне. Затем дорн с горячей заготовкой переносят в выдувную форму, где под действием сжатого воздуха из заготовки формуются изделие.

Инжекционно-выдувные агрегаты обычно комплектуют на базе литьевых машин для переработки термопластов. Все дополнительные операции, связанные с размыканием и замыканием форм и их перемещениями, а также транспортировкой заготовки и сталкиванием готового изделия автоматизированы.

Инжекционно-выдувной метод менее производителен, чем экструзионно-выдувной, и не позволяет формировать полые изделия больших размеров (до 250 л) и сложной конструкции. К преимуществам этого метода относится возможность формирования изделий с калиброванной горловиной и заданным распределением толщины изделий на различных участках. Изделия обычно более прочные и имеют более чистую поверхность; отсутствуют отходы материала; изделия не нуждаются в зачистке и механической обработке (пример, емкости из ПТЭФ).

Применятся однофазный и двухфазный способы инжекционно-выдувного формования.

Схема однофазного формования приведена на рис. 5.46. В позиции I из червячной литьевой машины пластифицированный материал впрыскивается в замкнутую литьевую форму, обеспечивая формование заготовки для полого изделия. После частичного остывания заготовки литьевая форма размыкается, и переносное устройство поворачивается на 180⁰ вокруг вертикальной оси. При этом отлитая заготовка переносится вместе с дорном в полость разомкнутой выдувной формы (позиция II). Выдувная форма замыкается, и через каналы (а) и (б) в переносном устройстве нагнетается сжатый воздух для формования изделия из заготовки. После охлаждения и затвердевания изделия выдувная форма размыкается, отформованное полое изделие сбрасывается с дорна струей сжатого воздуха или механическим сталкивателем, и цикл формования повторяется.

Более широко применяется двухфазный раздельный способ получения объемных изделий малой емкости из ПЭТ-преформ (пробирок). На специализированных червячно-плунжерных литьевых машинах (широко применятся термопластавтоматы модели“Husky”) в 48-гнездных и более литьевых формах отливаются ПЭТ-преформы, которые затем поставляются на предприятия-производители пищевых жидких продуктов. В специализированных цехах данных предприятий на высокоскоростных ротационных выдувных машинах (SBM-машинах) (рис. 5.47) формуются ПЭТ-бутылки.
Основные узлы SBM-машины – камера ИК-нагрева преформ и блок выдува емкости. Из основного загрузочного бункера преформы поступают в распределитель, в котором автоматически принимают необходимое положение. При помощи подающей спирали они поступают на подающее зубчатое колесо. Каждая преформа захватывается за кольцо на горлышке специальными цапфами и в перевернутом положении подается на карусель нагрева, которая проносит их сквозь камеру нагрева. Внутри камеры преформы постоянно вращаются вокруг своей оси, для того, чтобы нагрев был равномерным. По выходе из камеры нагрева разогретые до температуры около 110 ⁰С преформы в течение определенного времени оставляются для уравнивания (эквилибрации) температуры, а затем подаются в открытые формы для выдува бутылок (а). Как только форма закрывается (б), преформа немедленно вытягивается и предварительно надувается. Растягивание выполняется механически с помощью специального растягивающего стержня, который вставляется в горлышко будущей бутылки и опускается вниз, в сторону ее дна (в). В результате этого размягченная преформа удлиняется. Глубина хода стержня регулируется механически и зависит от размера и формы будущей бутылки. Затем в течение секунды продолжается фаза выдува (г), проходящая при давлении в 2,5 МПа, в ходе которой бутылка приобретает свою окончательную форму. Растягивающий стержень вынимается, бутылка, прижимаясь к холодным стенкам формы, охлаждается и становится достаточно жесткой, после чего форма открывается и выпускает готовую бутылку (д).