Кроме всего прочего, следует отметить, что качественный экструдер стоит недешево. В настоящее время функциональность, надежность и, следовательно, срок службы оборудования пропорциональны его цене.
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:
-
Цилиндр, в котором сырье нагревается до определенной температуры путем перемешивания. Уровень нагрева обычно устанавливается оператором. Она зависит от типа сырья, точнее, от температуры плавления полимера. Как правило, это простые системы сопротивления, которые надежны и долговечны. Кольцевые нагреватели используются для нагрева цилиндров.
Как уже упоминалось, шнековые экструзионные нагреватели иногда также называются «шнековыми экструзионными нагревателями». Название происходит от того, что полимерная масса перемешивается в бочке и перемещается архимедовым винтом.
Большинство экструдеров имеют один шнек и работают по тому же принципу, что и мясорубка. Однако производство некоторых продуктов требует более точного перемешивания сырья, поэтому используются механизмы с двумя (а иногда и более) шнеками. Это необходимо, например, когда сырье находится в виде порошка. В этом случае экструдер с одним шнеком не может достаточно хорошо перемешать материал и, следовательно, не может создать требуемое давление на выходе.
Виды экструдеров
Экструдер для профилей из поливинилхлорида (ПВХ)
Самый простой и дешевый способ производства полимерного или композитного профиля — экструзия. Тип используемого сырья и сложность производимого продукта определяют выбор одинарного или двойного экструдера и соответствующих фильер.
Он используется для производства тонкой пряжи, лент, листов, панелей и профилей со сложной геометрией. Принцип везде один и тот же. Иногда в полимерную матрицу добавляют различные добавки, что позволяет производить разнообразные композиты для различных применений.
Экструдер для труб
Аналогичным образом производятся и пластиковые трубы. Особенность их производства заключается в особых требованиях к полимерному составу. Премикс не должен содержать пузырьков газа, которые могут привести к нестабильности и хрупкости стенок трубы. Для этого в экструдеры встроен деаэратор. Кроме того, в трубных экструдерах используются двухшнековые установки с барьерными шнеками для достижения однородного и равномерного нагрева сырья до необходимой температуры.
Производство полиэтилена
Все виды пластиковых пленок также производятся методом экструзии. Для этого используется экструдер, задающий необходимую толщину и ширину изделия. Формирующий узел представлен тонкой прорезью. Иногда используются щелевые экструдеры для выдувания пленки в виде трубки. Машины для производства узкой пленки компактны и имеют низкое энергопотребление.
Технологическая линия
В производстве экструдер является основным элементом экструзионной линии, которая включает в себя ряд других единиц оборудования.
Производственные линии также включают:
Система подготовки и подачи сырья.Этот блок особенно важен для производства композитных материалов. Иногда сырье необходимо дополнительно высушить, откалибровать или измельчить.
В некоторых случаях сырье приходится перерабатывать, укорачивать или рафинировать. Сырье, выходящее из экструдера, еще горячее. Для скорейшего охлаждения используются системы воздушного или водяного охлаждения. Профили из ПВХ, например, можно охлаждать с помощью воздушных или водяных ванн.Использование форм также требует охлаждения.В противном случае формы могут нагреваться до высоких температур, и готовый продукт может потерять свою форму, если температура не будет достаточно снижена.
- Системы маркировки.
- Системы ламинирования.
- Системы намотки и резки.
Принцип действия и конструкция
Следует сказать, что экструзия не является новой технологией. Его история насчитывает более шести десятилетий. За это время было разработано множество концепций машин, обеспечивающих его реализацию. Принцип его действия основан на природе самого технологического процесса.
Процесс экструзии — это сложный физико-химический процесс, который подвергается механическим нагрузкам при высоких температурах и высокой влажности. Нагрев обрабатываемых изделий осуществляется путем преобразования механической энергии, возникающей в результате внутреннего трения и пластической деформации, в тепловую.
В процессе экструзии существует несколько взаимозаменяемых параметров. Некоторые из них являются наиболее важными:
- состав сырья;
- влажность;
- его природа.
Изменения могут происходить во время непрерывного процесса экструзии:
- температуры материала;
- давления;
- интенсивности и длительности воздействия на исходное сырье.
Принцип работы экструдера
Сама машина представляет собой электромеханическое устройство, основным назначением которого является осуществление процесса формования деталей пластикового профиля или полуфабрикатов из пластика. Общая структура экструдера пластмасс состоит из следующих компонентов:
- корпус системы нагрева полимерных материалов. В качестве основного источника тепловой энергии при осуществлении этого технологического процесса могут выступать обычные резистивные или индукционные системы. При использовании последних возникновение высоких температур происходит за счёт наведения на корпус высокочастотных индукционных токов Фуко;
- узел нагрузки. Через этот элемент в полость корпуса различными способами поступает исходное сырье;
- рабочий орган. Он создает в оборудовании необходимое давление, благодаря которому обеспечивается перемещение сырья непосредственно от узла загрузки до насадок, которые формуют из полимерных материалов готовые изделия. При использовании экструдера применяются разнообразные физические принципы, поскольку это устройство может иметь разные варианты исполнения — шнековый, дисковый, поршневый. В настоящий момент чаще других применяются шнековые экструдеры;
- экструзионная головка. По-другому специалисты называют ее фильерой. Именно она обеспечивает форму изделий, которая получается по завершении технологического процесса;
- механический привод. В этом оборудовании он представлен двигателем и редукторной системой. Благодаря ему обеспечивается создание и передача необходимого усилия на рабочий орган;
- система контроля и управления. Благодаря ей обеспечивается поддержание необходимого технологического режима.
Обычными исходными материалами являются крошки и порошок. Они загружаются в машину и транспортируются вместе с инструментом в рабочую зону корпуса. Там сырье нагревается под действием давления, трения и температуры, и в процессе плавления создается желаемое состояние процесса.
При подаче сырья в полость корпуса происходит его тщательное перемешивание в однородную, гомогенизированную массу.
Под высоким давлением расплав продавливается через формовочные головки и фильтры. Это приводит к окончательной гомогенизации и получению желаемого профиля материала.
Затем материал охлаждается либо естественным, либо принудительным охлаждением, после чего происходит полимеризация. Конечным результатом является продукт с желаемой конфигурацией и механическими и физическими свойствами.
Виды экструдеров
Современные экструзионные машины отличаются друг от друга как по конструкции инструмента, так и по назначению.
Одношнековый
Из различных типов экструзионных машин наиболее широко используется шнековый тип. Эти машины отвечают всем требованиям процесса экструзии. В этих машинах в качестве основного инструмента используется винт. Специалисты называют его Архимедовым винтом. Многие знают его по домашней мясорубке.
При переработке пластмасс в экструдере шнековая лопасть захватывает сырье в зоне подачи и затем последовательно перемещается по всей длине валковой мельницы от зоны нагрева через зону гомогенизации и формовки. В зависимости от лопасти машины и сырья шнеки могут быть коническими, цилиндрическими или стандартными.
Также можно использовать бурильные машины с уклоном в сторону выхода. Для этих машин специалисты считают наиболее важным параметром соотношение между рабочим диаметром сверла и его длиной. Винты также различаются по шагу и глубине.
Самым большим недостатком одношнекового экструдера является то, что его нельзя использовать всегда. Если, например, исходный материал представляет собой порошкообразный полуфабрикат, то перемешать массу в процессе плавления и последующей гомогенизации с помощью одного шнека на установке не представляется возможным. В этих случаях решение принимается в пользу двухшнековых экструдеров.
Двухшнековый
Особенностью этого устройства является то, что винты сблокированы. Это позволяет осуществлять параллельное и встречное вращение шнека в двухшнековых экструдерах. Эти рабочие части могут быть прямыми или коническими.
Использование таких машин приводит к лучшему перемешиванию и гомогенизации сырья в процессе нагрева. В результате однородная и дегазированная масса поступает в формовочную головку.
Еще одно примечание: В отдельных процессах могут использоваться экструдеры с 4 шнеками. Кроме того, планетарный экструдер часто используется, когда число шнеков, вращающихся вокруг центрального шнека, достигает 20.
Необходимость в таком оборудовании возникает, когда в качестве сырья используются определенные пластмассы, которые склонны к разложению при высоких температурах. Другими словами, они могут потерять свои основные физические свойства. Поэтому использование таких экструдеров обеспечивает нагрев сырья за счет трения и высокого давления.
