Каждый экструдер работает по принципу мясорубки. Существующий питатель помещает сырье в бункер. Для гранул предусмотрен загрузочный бункер. Затем материал транспортируется к ламинирующему валу. Здесь масса перемешивается до получения однородного расплава.
Экструдер: что это такое, для чего он предназначен
Существует множество моделей экструдеров, т.е. машин для переработки пластмасс в расплав. Они различаются по своим техническим характеристикам и типу перерабатываемого сырья. Среди множества областей применения наиболее подходящей является производство полиэтиленовых или полипропиленовых пленок для гибкой упаковки. Материалы можно распечатать или склеить. Они также используются в пищевой промышленности для производства макаронных изделий.
- Общая информация
- Области применения
- Классификация оборудования
- Принцип работы
- Устройство экструдера
- Процесс дегазации
- Роль шнека
- Преимущества одношнекового и двухшнекового экструдеров
- Контроль температуры
- Регулировка вращения шнека
- Изменение диаметра и формы
Общая информация
Экструдер — это машина, которая превращает сырье в виде мельчайших частиц в расплав определенной формы. Частицы могут представлять собой гранулы, порошки, различные пасты или фрагменты.
Процесс заключается в прохождении сырья через специальный формовочный инструмент (экструзионную головку, фильеру). Форма готового изделия определяется калибровочным устройством с определенным сечением. Это зависит от типа отверстия в формовочном инструменте. Если это паз, то изделие будет иметь форму листа, если кольцо, то изделие будет трубчатым.
Процесс, происходящий в этих машинах, называется экструзией. В зависимости от конструкции машины делятся на несколько типов:
- холодное синее формование, при котором на материал оказывается только механическое воздействие;
- тёплая экструзия, заключающаяся в механических преобразованиях, которые сопровождаются тепловой обработкой;
- горячая формовка — скоростной процесс, предполагающий использование высоких температур и давления.
Области применения
Экструзионная технология нашла применение в областях, описанных ниже.
- Химическая промышленность. Эта область предполагает изготовление полимерных изделий (резиновых, пластмассовых и так далее), а также получение ферритов. При этом химический состав используемого сырья остаётся неизменным, экструдер предназначен в первую очередь для получения необходимой формы конечного изделия. Поэтому настройки такого оборудования относительно просты.
- Пищевая промышленность. При производстве продуктов питания также может использоваться экструзия. Обычно, она представляет собой более сложный процесс, чем в предыдущем примере. Настройки оборудования предполагают тонкое изменение показателей температуры, скорости, давления, что приводит к изменениям характеристик и свойств первоначального сырья, например, денатурации белка, расщеплению углеводов или желатинизации крахмала.
Общая информация
Экструдер — это машина, которая превращает сырье в виде мельчайших частиц в расплав определенной формы. Частицы могут представлять собой гранулы, порошки, различные пасты или фрагменты.
Процесс заключается в прохождении сырья через специальный формовочный инструмент (экструзионную головку, фильеру). Форма готового изделия определяется калибровочным устройством с определенным сечением. Это зависит от типа отверстия в формовочном инструменте. Если это паз, то изделие будет иметь форму листа, если кольцо, то изделие будет трубчатым.
Процесс, происходящий в этих машинах, называется экструзией. В зависимости от конструкции машины делятся на несколько типов:
- холодное синее формование, при котором на материал оказывается только механическое воздействие;
- тёплая экструзия, заключающаяся в механических преобразованиях, которые сопровождаются тепловой обработкой;
- горячая формовка — скоростной процесс, предполагающий использование высоких температур и давления.
Области применения
Экструзионная технология нашла применение в областях, описанных ниже.
- Химическая промышленность. Эта область предполагает изготовление полимерных изделий (резиновых, пластмассовых и так далее), а также получение ферритов. При этом химический состав используемого сырья остаётся неизменным, экструдер предназначен в первую очередь для получения необходимой формы конечного изделия. Поэтому настройки такого оборудования относительно просты.
- Пищевая промышленность. При производстве продуктов питания также может использоваться экструзия. Обычно, она представляет собой более сложный процесс, чем в предыдущем примере. Настройки оборудования предполагают тонкое изменение показателей температуры, скорости, давления, что приводит к изменениям характеристик и свойств первоначального сырья, например, денатурации белка, расщеплению углеводов или желатинизации крахмала.
Классификация оборудования
Первый экструдер увидел свет в 19 веке, а в 20 веке уже существовали многочисленные модификации. Современные экструдеры делятся на различные классы. В зависимости от вида транспорта они делятся на следующие типы:
- одношнековые;
- двухшнековые;
- многошнековые;
- дисковые;
- поршневые;
- комбинированные.
В соответствии с расположением винтов:
В зависимости от частоты вращения:
В соответствии с направлением вращения:
Области применения экструдеров
Технологии обработки материалов используются в самых разных областях:
- Сельское хозяйство (изготовление комбикормов для животных, парниковых пленок).
- Пищевая промышленность (кондитерские изделия, макаронные, детское питание, жевательные резинки, кукурузные хлопья).
- Изготовление упаковочных материалов, многослойных пакетов, термоусадочных пленок.
- Канцтовары, полиграфия, ламинирование, принтерная печать, изготовление гидрогелей для 3D-печати.
- Строительные материалы (экструзия пеноблоков, утеплителей, профилей ПВХ, полистирола, полипропилена).
- Производство пластиковых трубопроводов.
- Химическая промышленность (изготовление удобрений, изделий из силикона, резины).
- Металлообработка (алюминиевый профиль).
- Экструзия кабельных покрытий, термоусадочных трубок.
- Альтернативная энергетика (твердое биотопливо).
Форма конечного продукта зависит от типа сечения отверстия в калибрующем устройстве. Если экструзия осуществляется через щелевидное сечение, получаются листовые изделия. Если поперечное сечение имеет форму кольца, получаются трубки (пельмени).
Принцип работы экструдеров
Структура экструдера
Машина разделена на три секции:
- Зону загрузки.
- Плавления.
- Дозирования.
В первой камере экструдера — загрузочной секции — гранулированное сырье, полимерный порошок или переработанные отходы засыпаются в бункер и подаются на лопасти шнека, которые вращаются с помощью электропривода. Шары подаются под действием силы тяжести или сжатого воздуха из компрессора. По мере подачи все новых и новых порций полимер постепенно перемещается к горячим участкам и в конце концов достигает зоны плавления. На этом этапе глубина нити и расстояние между нитями намного меньше, чем на других участках. Повышенное давление прижимает пластиковую пробку к горячим стенкам и сильно сжимает ее.
Затем, в дозирующей зоне экструдера, расплавленная масса продавливается через сита с мелкими и крупными отверстиями, расположенные перед головкой. Основная функция ситового пакета заключается в улучшении гомогенизации расплава и удалении более мелких примесей. Это особенно важно для производства очень тонких, ультратонких пленок, которые склонны к разрушению структуры и образованию отверстий в сетке в присутствии инородных частиц.
На заключительном этапе экструдированный материал выдавливается через формовочную головку с определенным отверстием, которое зависит от конфигурации изделия, подлежащего изготовлению.
Плавление полимерного гранулята происходит в основном из-за сильной сдвиговой деформации спрессованного сырья. Нагревательные элементы экструдера только ускоряют процесс плавления. Когда внутреннее трение массы выделяет достаточно тепла для непрерывного плавления полимера, электрические нагревательные элементы автоматически отключаются, и система переходит в термодинамический адиабатический режим работы.
Зачем проводится дегазация при экструзии
Качество конечного продукта зависит от химического состава и подготовки сырья, подаваемого в экструдер. Термическая обработка и испарение полимеров в вакуумных камерах называется дегазацией. После дегазации гранул количество воздуха и влаги значительно уменьшается, и сырье в значительной степени освобождается от примесей.
В экструдерах, оснащенных шнековыми парами с системами дегазации, предусмотрены специальные зоны сжатия и расширения. Газообразные компоненты в зоне расширения отсасываются вакуумными насосами через отверстия в шнеке или в самом стволе. Благодаря использованию этих шнеков можно совмещать стадии экструзии с одновременной деаэрацией без прерывания всего процесса.
Последовательность операций следующая:
- загрузка;
- пластификация (доведение до однородного состояния);
- плавление;
- сжатие;
- разрыхление;
- удаление летучих соединений;
- повторное сжатие;
- выдавливание готовой массы без содержания газов.
Если дегазация неполная, в расплаве остаются пузырьки воздуха. Это приводит к появлению пустот, отверстий и впадин в готовых изделиях. Эти изделия являются дефектными.
Устройство экструдеров
Конструкция экструдеров зависит от типа, но все они имеют определенные общие принципы проектирования. Наиболее важными элементами являются следующие:
- Бункер. Он необходим для обеспечения непрерывной работы оборудования. В нем создается необходимый запас сырья. Загрузка может осуществляться вручную или механизированным способом.
- Корпус (цилиндр), внутри которого располагается подающий механизм (шнек или плунжер).
- Привод механизма. Движение шнеку или поршню задает электродвигатель значительной мощности через редуктор. Скорость его вращения регулируется.
- Система нагрева. Нужная температура в цилиндре обеспечивается нагревательными обмотками, установленными поверх корпуса. Обычно выделяется несколько зон с разной температурой для постепенного нагрева материала. Нужная температура каждой зоны устанавливается оператором и поддерживается автоматически.
- Контролирующие приборы. Для обеспечения нужного качества устанавливаются приборы, регистрирующие температуру, скорость вращения и поступательного движения изделия.
- Головка с формующим инструментом. Важнейший узел экструдера – формующий инструмент. Он устанавливается в специальной головке, где предусмотрена четкая корректировка его расположения. В зависимости от назначения экструдера в инструменте формируется выход нужного размера. Он может быть круглым, прямоугольным, щелевым, различной сложной формы.
Интересно, что наиболее распространенным механизмом является винтовая конструкция. Это зависит от конкретного применения:
- длиной;
- диаметром;
- шагом;
- глубиной нарезки витков.
Отношение диаметра шнека к его длине считается ключевым параметром. Шаг и глубина резьбы могут быть одинаковыми по всей длине или меняться в разных зонах по мере расплавления материала. Винт может быть цилиндрическим или коническим.
Для обеспечения полного производственного цикла устанавливается экструзионная линия. Она включает в себя:
- охлаждающий узел;
- систему роликов для удержания нужной формы до полного отвердения массы;
- тяговое устройство для обеспечения продольного продвижения длинномерного изделия или конвейер для штучных изделий;
- приемное устройство для сбора готовой продукции.
Особые требования предъявляются к системе охлаждения, поскольку некоторые материалы (например, пластмассы) могут растрескаться при резком охлаждении. В этом случае система оснащается водяными банями, в которых поддерживается нужная температура жидкости.
Принцип работы
Общий принцип работы любого экструдера заключается в выдавливании гомогенизированного материала через выход из формы для получения желаемой формы, размера и структуры. Для того чтобы этот процесс состоялся, должны быть выполнены следующие условия:
- создание необходимой структуры материала;
- и обеспечение давления в головке для выдавливания массы через отверстие инструмента.
Форма и размеры изделия напрямую зависят от аналогичных эксплуатационных параметров.
Экструдер может обеспечивать следующие виды экструзии:
- Холодное формование. Оно подразумевает только механическое воздействие. Порошковый или измельченный полуфабрикат только тщательно перемешивается и прессуется для придания нужной формы. Аналогично можно перерабатывать и пастообразное сырье.
- Теплая экструзия. В этом варианте нет специального нагрева. Частичный разогрев материала происходит только за счет механического воздействия.
- Горячая экструзия. Сырье расплавляется, гомогенизируется и под давлением выдавливается наружу. В этом методе помимо механического движения шнека (поршня) предусматривается принудительный нагрев до высоких температур. При этом в головке развивается высокое давление.
Шнек для горячей экструзии работает следующим образом:
- Сырье из бункера попадает в зону питания, где остается в твердом состоянии, но уплотняется за счет винтовой подачи.
- Далее масса попадает в зону пластификации, где под нагревом расплавляется, перемешивается и спрессовывается.
- Окончательная гомогенизация обеспечивается в зоне дозировки. Здесь расплав становится полностью однородным и обеспечивается давление для его выдавливания через формовочный инструмент.
Помогите! При работе экструдера качество расплава зависит от температуры нагрева, скорости вращения шнека и создаваемого давления. В современных установках эти параметры автоматически корректируются при изменении любого из них. Важно, чтобы они оставались постоянными в течение длительного периода времени.
В каких сферах применяют экструдеры?
Экструдеры различных типов используются во многих областях человеческой деятельности:
- Переработка пластмассы и резины. В эту категорию входит обширный список продукции: трубы, профили, пленки, рулонные материалы, изоляция кабельных изделий и т. д.
- Переработка вторичного сырья. С помощью экструдеров возвращаются в производство отходы пластмасс (пакеты, бутылки, банки и т. д.).
- Порошковая технология. Особую область представляет изготовление ферритов.
- Пищевая промышленность: макаронные изделия, колбасы, шоколад, батончики и другие кондитерские изделия.
- Создание кормовой базы. Экструдеры позволяют подготовить корма для животных, которые имеют заданную структуру, и создают возможность оптимального хранения.
- Топливные брикеты.
- Фармакология. Экструдеры широко применяются при изготовлении таблеток.
Различают эти типы огнетушителей в зависимости от области их применения:
- Кормовые установки. Применяются чаще всего шнековые экструдеры. С их помощью перерабатывается зерновое и травянистое сырье для получения комбикормов. На выходе из экструдера можно получить длинномерную трубку или гранулы.
- Установки для пищевой промышленности. Часто используется холодная экструзия. Так готовятся, например, крабовые палочки. Масса просто уплотняется и выдавливается через фильеры.Применяется подобная технология и в кондитерском деле. Заготовка батончиков или конфет выдавливается холодным способом, а затем заготовка режется и покрывается горячим шоколадом. Достаточно давно с помощью шнековых экструдеров делаются макаронные изделия. В качестве полуфабриката используется тесто из твердых зерновых сортов.
- Фармакологические установки. Экструдеры плунжерного типа обеспечивают высокую точность дозировки, что обеспечивает поточное производство таблеток.
- Экструдеры для изготовления пластиковых труб. Это один из самых сложных вариантов. В формовочном инструменте кольцевой зазор формируется двумя элементами – дорном и матрицей:
- первая деталь имеет размер внутреннего канала;
- а вторая определяет внешний размер.
Существует также множество других типов конструкций экструдеров. Существует также множество других типов экструдеров, в зависимости от их назначения и вводимого сырья.
Виды
Экструдеры можно классифицировать по различным признакам. Например, они отличаются конструктивными особенностями и скоростью работы. В зависимости от последнего они делятся на обычные и высокоскоростные устройства. Исходя из конструктивных особенностей, он предлагает оборудование для холодного, горячего и теплого литья. В первом случае литье осуществляется с помощью механического давления.
Второй метод — механическое преобразование и термическая обработка. При горячей экструзии полимер обрабатывается при высокой температуре и под давлением. В зависимости от направления вращения экструдеры бывают со- или противовращающимися. С точки зрения применения различают экструдеры для ПВХ-профилей, экструдеры для полиэтилена, экструдеры для труб и технологические линии. Каждый тип имеет свои особенности.
Модификации первого типа используются при производстве очень тонких нитей, полос, листов, пластин и профилей со сложной геометрией. В качестве сырья используется стандартный или смешанный полимер, что позволяет производить сложные продукты. Трубчатые экструдеры различаются по требованиям к используемым полимерным смесям. В готовом сырье не должно быть пузырьков воздуха. В противном случае невозможно избежать гетерогенных и нестабильных конечных продуктов. Машины оснащены встроенной системой деаэрации.
Существуют различные типы ручных, двухшнековых, выдувных, полимерпесчаных, бытового и производственного назначения. Сегодня существуют также 3D-принтеры. Его основными компонентами являются механизм подавления и печатающая головка. Эти машины делятся на 2 типа, которые отличаются расстоянием механизма подачи от печатающей головки и весом мотивов. Оборудование различается по типу транспортного устройства.
В производственных линиях используются винты, диски, поршни и комбинированные типы.
Шнековый
В шнековых машинах (шнековые, одношнековые) сырье подается в форму через архимедов винт. Аналогичный шнек используется в классических шахтах. Необходимо захватить сырье, сжать его и протолкнуть через формовочный инструмент. Длина шнека может варьироваться в зависимости от типа перерабатываемого материала. Шнек используется для нагрева, гомогенизации и дегазации материала до нужной температуры. Шнековый экструдер является одним из наиболее часто используемых типов.
Эти версии отличаются количеством рабочих инструментов. Например, они могут иметь разное количество винтов, что отражается на их производительности. В одношнековой машине обработка производится одним шнеком. Двухшнековый экструдер используется, когда требуется полная гомогенизация материала. Они используются для изготовления порошкообразных полуфабрикатов. Эти устройства имеют два параллельных винта, которые перекрещиваются между собой. Они вращаются не только в одном, но и в разных направлениях. В дополнение к вариантам с одной и двумя катушками в производстве также используются машины с несколькими катушками. Они используются для того, чтобы сырье было перемешано как можно лучше.
Где применяются?
Экструдеры используются в различных отраслях промышленности. Без них многие процессы сегодня были бы невозможны. Они также используются для склеивания полиэтилена низкого и высокого давления (HDPE и LDPE), например, в химической промышленности. Они используются для производства полимерной продукции (пластмассы, резины, другого сырья) и для производства ферритов. Экструдеры не изменяют химический состав.
Машины для переработки пластмасс и резины охватывают широкий спектр продукции. В эту группу входит, например, оборудование для производства лент, рулонной продукции и кабельной изоляции. Экструдеры также используются при переработке отходов. Они сделали возможным производство пластиковых отходов (бутылок, пакетов, банок). К другим типам относятся кормушки. Это шнеки, которые перерабатывают зерно и траву для получения комбикорма с определенной структурой для животных.
Переработанный материал имеет более высокую питательную ценность. Также возможно производство продукта без химических суспензий и гормональных ингредиентов. Эти системы различаются по типу материала, который они производят. В первом случае это длинная трубка, во втором — гранулы. Оборудование широко используется в пищевой промышленности. Для этого используются системы холодной штамповки. Например, машины для производства крабовых палочек, кукурузных палочек и лапши, где тесто является полуфабрикатом. Кроме того, экструдеры для пищевой промышленности также востребованы для производства чипсов, соевых продуктов и жевательной резинки. Масса уплотняется и выдавливается из форм.
Машина используется в кондитерской промышленности для производства шоколада и других кондитерских изделий. Экструдеры используются в фармацевтической промышленности. Благодаря высокой точности дозирования они используются для производства таблеток. Они также необходимы для производства топливных брикетов, уплотнения и дробления. Для переработки доступен широкий спектр биомассы. Наиболее распространенными являются торф, угольная пыль, лузга подсолнечника, отходы сахарной промышленности, древесные опилки и сухая трава. Другие области применения включают производство хозяйственного мыла, труб, пластиковых пакетов с ручками и выдув трубчатой пленки.
Критерии выбора
При выборе машины следует учитывать тип модели, назначение и основные характеристики.
- Одним из ключевых факторов является мощность устройства. Она определяет работу всех узлов, включая подачу, измельчение, нагрев, перемешивание сырьевого материала. От нее зависят скорость работы и объем выпуска.
- Важным моментом является производительность, отображающая объем продукции, выпускаемой за час работы. У профессионального оборудования данный показатель высокий. Для небольшого объема работ достаточно бытовой модели.
- Нельзя забывать о потенциальных нагрузках и условиях эксплуатации. Возможности агрегатов зависят от их мощности.
- Важно помнить о нюансах системы управления. В дешевых модификациях встроены механические устройства для регулировки температуры и скорости подачи сырья для переработки. Продвинутые приборы снабжены цифровыми системами и монитором. Кроме того, у них имеется система, отслеживающая изменение температуры окружающей среды.
- Устройства разнятся типом используемого сырья. Выбирать то или иное оборудование нужно с учетом запланированных задач.
- Также учитывается и скорость работы. Например, профессиональные кормовые варианты увеличивают цену конечного продукта без особых энерго- и трудозатрат. Процесс протекает автоматизировано и занимает несколько секунд.
При выборе аппарата для ручной сварки следует учитывать не только мощность, диаметр стержня и тип подачи, но и толщину соединяемых изделий, а также систему управления. Чем больше производительность машины, тем толще швы. Этот параметр важен не только для производства, но и для ремонта, так как более толстые листы не всегда нужно сваривать.
Нижний предел составляет 1,5 мм. Верхний предел может достигать 4 см. Однако чем больше толщина, тем ниже прочность сварного шва. Это происходит из-за нагрева и плавления детали по всей ее глубине.
