Экструзия

Значительная часть термопластичных полимеров перерабатывается в изделия методом экструзии с использованием экструзионных машин (червячных прессов) различных типов. При переработке гранулированных или порошкообразных термопластов экструдеры предназначаются для непрерывной пластикации и гомогенизации полимера, получения однородного расплава, перемешивания его и выдавливания через формующие головки в виде спрофилированного изделия. С помощью экструдеров производится нанесение тонкослойных покрытий на бумагу, ткани, картон, нанесение изоляции на провода и кабели. Экструдеры применяются и для дегазации, окрашивания, обезвоживания, смешения, пластикации термопластов, реактопластов и эластомеров.

Непрерывность и высокая производительность процесса экструзии создают возможность максимальной автоматизации и поэтому червячные экструдеры - это один из наиболее распространенных и перспективных видов оборудования для переработки полимерных материалов.

Основные особенности экструзионной машины на примере одночервячного экструдера представлены на рис.3.

Рис.3. Одночервячный экструдер (а) и червяк (б): 1 - двигатель, 2 - канал для охлаждения зоны бункера, 3 - канал для выхода расплава в профилирующую головку, 4 - нагреватели цилиндра, 5 - цилиндр, 6 - червяк, 7 - загрузочная камера, 8 - бункер, 9 - упорный подшипник, 10 - редуктор; зоны червяка: I - питания, II - плавления, III - дозирования. D - диаметр, L - длина, h₁, h₃ - глубина винтового канала, e - ширина гребня витка, t - шаг нарезки

Установка состоит из червяка, вращающегося внутри обогреваемого цилиндрического корпуса, на конце которого устанавливается головка с профилирующим инструментом. Между червяком и головкой располагается решетка с пакетом фильтрующих сеток. Материал поступает в загрузочное отверстие, где захватывается червяком и, продвигаясь по каналу червяка, разогревается за счет тепла, выделяющегося вследствие вязкого трения и тепла, подводимого от расположенных на корпусе нагревателей. В процессе уплотнения из материала удаляется захваченный вместе с гранулами воздух, и удельный объем композиции уменьшается. Для компенсации уменьшения удельного объема композиции канал червяка выполняют с уменьшающимся объемом витка (шнек с переменным шагом нарезки или шнек с переменной глубиной нарезки).

Одной из наиболее важных характеристик пресса является отношение длины червяка к диаметру, которое равно отношению длины червяка от края загрузочного отверстия, на наружный диаметр червяка (L/D).

Соответственно характеру процессов, протекающих на каждом участке червяка, его можно разделить по длине на три основные зоны: I - питания, II - плавления, III - дозирования (рис.3,б).

Зона питания - участок, в котором материал находится в твердом состоянии. Зона плавления - участок, в котором почти полностью происходит плавление материала. Дозирующая зона - участок, в котором материал находится в вязкотекучем состоянии.

Червячные экструдеры классифицируются по ряду признаков и разделяются следующим образом: одночервячные и многочервячные; одностадийные и многостадийные; одноцилиндровые и многоцилиндровые; с простым профилем червяка или со сложным.

По величине скорости вращения червяка различаются нормальные (до 150 об/мин.) и скоростные (свыше 150 об/мин.). На большинстве экструдеров червяки неподвижны в осевом направлении, однако на некоторых машинах кроме вращательного движения червяк осуществляет возвратно-поступа­тель­ное (осциллирующее).

В зависимости от конструктивного исполнения различаются экструдеры горизонтальные и вертикальные, стационарные и вращающиеся.

Одночервячные экструдеры применяют, главным образом, при получении труб, пленок, листов. Многочервячные экструдеры используют, прежде всего, в грануляционных установках.

В соответствии с многообразием изделий имеются различные типы формующих головок: прутковые (гранулирующие), профильные, трубные, кабельные, плоскощелевые (листовые, ленточные), пленочные (кольцевые и плоскощелевые). По конструкционным признакам головки делятся на прямоточные и поперечные (угловые и др.).