перевод 1. 1. общие сведения
 Скачать 400.49 Kb.
|
Краткая характеристика основного оборудования. Виды бракаБольшинство термопластов перерабатывается экструзией при соблюдении одного условия: время пребывания расплава полимера в экструдере при данной температуре должно быть меньше времени термостабильности полимера при той же температуре и технологичности полимера (см. прил. 1).При оценке технологичности решающее значение имеет величина высокоэластической составляющей расплава. 1.3.1. Изготовление рукавной пленкиПреимущества рукавного метода производства пленок состоят в универсальности и простоте регулирования как размеров, так и свойств, в отсутствии отходов, возможности выпуска пленок с термоусадочными свойствами и т.п. [1,6]. Основное оборудование. При производстве пленок применяются экструзионные установки с длинными шнеками для устранения пульсации расплава [4]. Применяются экструдеры с L/D = 20 – 25,с Dот 20 до 90 мм (иногда до 120 мм). Пленки получаются после вытяжки и раздува толщиной от 10 до 300 мкм с колебанием толщины 10 % (прил. 6). Основным требованием к экструзионным головкам является постоянство сопротивления текущему расплаву в каналах формующего инструмента и, как следствие этого, постоянство скорости выхода экструдата по всему периметру формующей щели. Режимы экструзии рукавных пленок. В табл. 1 (прил. 1) представлены температурные режимы экструзии рукавной заготовки из ПЭ. Из таблицы видно, что температура зоны 1 выше температуры плавления, хотя полимер здесь не должен плавиться. Причина этого заключается в том, что температурные диапазоны таблицы следуют из показаний термопар, расположенных в теле цилиндра близко к нагревательным элементам. Поэтому они не отражают истинной температуры полимера в этой зоне. Для машин с диаметром шнека более 60 мм предусмотрено охлаждение последнего водой, и, следовательно, температура гранул, примыкающих к его поверхности, ниже. Температурные режимы зависят также от конструкции машин, типа нагревательной системы, месторасположения термодатчиков и т.п. и могут колебаться в широких пределах. Большое значение имеют величины давления расплава до сеток и после них. При переработке ПЭНП давление до сеток может быть в пределах 15…25 МПа, после сеток 10…15 МПа, для ПЭВП соответственно 18…28 и 13…18; для ПП – 20…30 и 15…20 МПа. Частота вращения шнека зависит от его геометрии, от L/D, от D, размеров пленки и т.д. Вытяжка и раздув рукава приводят к утонению заготовки и к ориентации цепей макромолекул в пленке. Количественно вытяжка может быть оценена степенью вытяжки εв: εв= Vпл /Vэ,(9) где Vпл – скорость движения пленки после тянущих валков, равная линейной скорости вращения тянущих волков; Vэ – скорость выхода экструдата из головки. Соответственно степень раздува εр определяется как εр= Dp/dэ,(10) где Dp – диаметр раздутого рукава; dэ – диаметр рукава, выходящего из кольцевого зазора головки. Толщина пленки δпл может быть рассчитана как δпл = δэ/(ε рεв), (11) где δэ – толщина экструдата (пренебрегая разбуханием расплава, можно считать δэ = δщ, где δщ – толщина кольцевого зазора щели головки). Общая величина деформации экструзионной рукавной заготовки оценивается как εобщ = δэ/δпл = εрεв. (12) Предварительно рассчитав производительность экструдера Q, например по уравнению 7, можно подсчитать скорость Vэ: Vэ = Q/(ρdэ δщ), (13) где произведение dэδщ – площадь поперечного сечения рукавной заготовки расплава; ρ – плотность расплава. Практически для получения рукавных пленок из полиэтиленов используются величины εр ≈ 2,5…3,5 и εв ≈ 1,5…3,0. Большие значения εр и εв приводят к снижению стабильности размеров рукава, заметному проявлению недостатков конструкции оснастки и равномерности охлаждения. С увеличением εв и εр возрастает ориентация макромолекул, что ведет к увеличению механических характеристик изделия. Изменяя соотношение εв / εр, удается получать пленки, ориентированные, равнопрочные или с заданной прочностью в продольном и поперечном направлениях. Виды брака при производстве рукавной пленки. Как следует из предыдущего раздела, при изменении технологических параметров процесса свойства пленок могут даже выходить за рамки, оговорённые в технических условиях. Так, причинами пониженной прочности плёнок могут служить: 1) недостаточно высокие значения εв и εр ; 2) перегрев расплава полимера, приводящий к термодеструкции; 3) некондиционное сырье (влажность и т.п.). Повышенная разнотолщинность пленок может быть обусловлена: 1) неравномерностью зазора δщ по периметру и как следствие – исходной разнотолщинностью рукавной заготовки; в этом случае говорят о продольной разнотолщинности; 2) повышенным уровнем пульсации расплава или колебаниями скорости вращения тянущих валков; 3) при очень больших εр и εв пленка может быть разнотолщинной в разной степени в зависимости от гомогенности расплава и его исходной разнотолщинности; 4) нестабильностью геометрического положения раздуваемого рукава, его подвижностью относительно оси симметрии. Оптические дефекты типа «гелики», «рыбий глаз» возникают по нескольким причинам: 1) из-за попадания непроплавленных порций полимеров в головку; 2) из-за слишком большого количества фракций полимеров с высокой молекулярной массой; 3) по причине значительного эластического разбухания расплава появляются искажения поверхности пленки в виде «дымчатости»; 4) из-за плохой гомогенизации расплава во 2-й и 3-й зонах экструдера и на сетках. Грубые дефекты в виде пузырей и сплошных отверстий возникают в пленках из-за большого содержания влаги в исходном сырье. Наиболее частым видом брака является образование искривленных складок рукава в поперечном направлении. Пленка, попадая в контакт с поверхностью складывающихся щек, должна иметь минимальное трение по их поверхности, и угол расхождения щек должен быть таким, чтобы длины по боковым и центральным линиям были равны. Если трение велико и велика разность между длинами этих путей, то по мере складывания рукава на поверхности будут образовываться складки. Для устранения этого дефекта рекомендуется обеспечивать по возможности минимальный угол расхождения щек. Однако уменьшение угла неизбежно вызовет увеличение эффективной длины контакта поверхности щек с пленкой. С увеличением эффективной длины щек растет поверхность соприкосновения их с пленкой, увеличивается сила трения и посередине рукава также образуются складки. Для устранения этого необходимо либо уменьшить длину щек, либо применить специальную распорно-разглаживающую вилку, находящуюся внутри рукава на уровне складывания пленки. Если в процессе пуска производства происходит «спайка» сложенного рукава и полотна плохо разделяются, то причина этого явления заключена в слишком высокой температуре пленки в момент ее попадания в зазор тянущих валков. 1.3.2. Изготовление плоских пленок и листовТехнология изготовления плоских пленок и листов из термопластов заключается в непрерывной экструзии расплава полимера через широкую плоскую щель формующей головки с последующим охлаждением плоского полотна либо на поверхности вращающихся валов, либо в охлаждающей ванне. Между пленками и листами четкой границы нет. Принято считать, что заготовка толщиной менее 1 мм – пленка, более 1 мм – лист. Различие процессов получения пленок и листов начинается с момента охлаждения получаемой экструзионной заготовки. Основное оборудование, применяемое для получения плоских пленок, – экструдеры с типичным отношением L/D = 25/35, а листов – 10/25. Причина применения длинношнековых экструдеров для получения тонких пленок та же, что и для рукавных пленок – уменьшение пульсации расплава. Короткошнековые экструдеры более дешевы, и для получения листа-заготовки допускается определенное колебание ∆Q. Последнее незначительно влияет на качество готовых листов, так как после экструдера заготовка проходит окончательное калибрование по толщине в регулируемых зазорах между валками каландра. Для выравнивания этих скоростей применяют различные механические и редко – технологические способы. Первый способ – уменьшить сечение каналов центральной (по l0) части головки регулировочными болтами; применить накопители расплава в полостях головки, буферные каналы и т.п. Второй способ – несколько уменьшить температуру поверхности центральной части головки, особенно вблизи формования листа (по l0). Предпочтение отдается первому способу. Для получения экструдата с большей устойчивостью, постоянством скорости выхода из щели, релаксации напряжений расплава необходимо применять длинноканальные головки, т.е. с отношением l0 δщ ≥ 30−50. При этом пульсация расплава сводится до минимума. Это особенно важно для получения равнотолщинных заготовок-экструдатов. Поверхность приемных устройств должна быть отполирована до зеркального блеска. Если необходимо получить изделия с рифленой или матированной поверхностью, то поверхность приемного устройства также должна иметь соответствующий профиль. Приемные охлаждаемые валки должны иметь равномерные температурные поля по всей поверхности. При медленном охлаждении на воздухе путь пленки или листа должен соответствовать условиям теплоотдачи и скорости их движения. Каландр – трех- или четырехвалковый агрегат с индивидуальным приводом каждого валка, желательно с Z-образным расположением валков. Рольганг – агрегат с многими валками, вращающимися свободно или с индивидуальным приводом. Технологические режимы получения листов и плоских пленок. Основные технологические режимы экструзии плоских пленок те же, что и для рукавных. Специфика процесса состоит из последующих стадий охлаждения и образования соответствующей надмолекулярной структуры. При получении пленок с аморфизированной структурой применяются охлаждение расплава в ледяной воде или на поверхности холодного барабана. При получении толстых пленок поверхность барабана может иметь большую температуру либо даже дополнительный прогрев. Это необходимо для снижения остаточных напряжений, возникающих при резком охлаждении расплава. Окончательное охлаждение толстых пленок происходит на воздухе по пути их следования от приемного валкового оборудования до намоточного устройства. Расстояние между поверхностью головки и поверхностью приемного барабана или зеркала воды должно быть минимальным для предотвращения самопроизвольного растяжения пленок и сужения расплавленной ленты. Толщину пленок можно менять изменением δщ при соответствующем изменении частоты вращения шнека либо увеличением скорости вращения приемного барабана. В последнем случае пленка или лист утоняются. Для пленок из ПЭ температура воды в охлаждающей ванне составляет 50 – 80 0С. Такова же и температура поверхности валков при получении другим способом. Специфика получения толстых пленок и листов состоит в следующем.
Виды брака при производстве плоских пленок и листов. Главные виды брака при производстве пленок и листов возникают в результате грубых нарушений технологического регламента процесса и чисто механических неисправностей оборудования. Глубокие продольные полосы, грубая поверхность пленок и листов могут быть обусловлены: 1) повреждениями поверхности формующей щели; 2) образованиями большого количества подгоревшего материала на щели; 3) повреждениями поверхности валков каландра, охлаждающего барабана. Поры, раковины, выпуклости образуются вследствие: 1) повышенного содержания влаги; 2) избытка легколетучих примесей. Большая усадка, анизотропия механических свойств обусловлены: 1) повышенной фильерной вытяжкой, вытяжкой на каландре; 2) слишком быстрым охлаждением на рольганге и вследствие этого фиксацией остаточных напряжений. Разнотолщинность пленок и листов образуется из-за: 1) существенной пульсации расплава; 2) большой разнотолщинности экструдируемой заготовки. Повышенная хрупкость толстых пленок из кристаллизирующихся полимеров может возникать по следующей причине: на стороне пленки, которая примыкает к поверхности барабана, фиксируется аморфная структура полимера. Внешняя сторона охлаждается наружным воздухом значительно большее время до той же температуры, и полимер кристаллизуется в различной степени. Пленка приобретает структурную неоднородность по толщине, из-за чего дальнейшая переработка такой пленки затрудняется. 2.1. Расчет экструдеровРасчет экструдеров может быть поверочным или проектным [1,2]. Цель поверочного расчета – исследование возможностей машины при переходе на переработку нового материала или изделия. Цель проектного расчета – выбор основных параметров червяка, режима работы экструдера в зависимости от выбора среднего градиента скорости выбранного перерабатываемого материала и вида изделия. В процессе расчетов определяют следующие параметры: давление на входе в зону питания; давление на выходе из зоны питания, длину зоны питания, давление на выходе из зоны плавления Рпл, длину зоны плавления Lп, давление на выходе из зоны дозирования Рi, температуру на выходе из зоны дозирования. При определении мощности привода рассчитывают производительность экструдера для построения рабочих характеристик червяка; рассчитывают гидравлическое сопротивление формующей головки, длины технологических зон, рабочие характеристики червяка, головки и их «рабочие точки». 2.2. Примеры расчета технологических и конструктивных параметров типовых стадий экструзионных установок Производительность экструзионной установки. Процесс изготовления изделий экструзией – это непрерывный процесс, включающий ряд обязательных вспомогательных операций, от которых зависит качество изделий. Как и в любом непрерывном процессе, каждая последующая стадия может стать определяющей по отношению к общей производительности установки. Поэтому при разработке экструзионной линии для изготовления конкретного изделия необходимо учитывать те закономерности, которые определяют процесс на каждом отдельном участке, и выбирать оптимальные параметры для всех стадий при равной их производительности. При определении общей производительности экструзионной установки за основу можно взять практическую производительность экструдера (кг/ч), которую предварительно можно определить по формуле Q= 6⋅10−2kрнmνn. (2.1) где k – коэффициент заполнения шнека; рн – насыпная плотность, г/см 3 ; m– число заходов червяка (обычно применяются однозаходные шнеки); v – объем спирального канала, см3;n – частота вращения шнека, с –1. Коэффициент заполнения шнека определяется опытным путем для разных изделий и является показателем достигнутой интенсивности ведения процесса |