Физико-химические основы экструзии. Конструктивные особенности используемого для экструзии полиэтиленовой пленки оборудования. Требования к готовой продукции. Выбор материала. Нахождение рабочей точки экструдера. Расчет производительности экструдера.
Аннотация к работе
Производство различных видов изделий методом экструзии осуществляется путем подготовки расплава в экструдере и придания экструдату различной формы посредством продавливания его через формующие головки соответствующей конструкции с последующим охлаждением и калиброванием.
Экструдеры могут быть разделены на 2 класса: экструдеры непрерывного действия, основным элементом которых является вращающийся элемент и экструдеры периодического действия, основанные на возвратно-поступательном элементе.
По устройству и принципу работы основного узла, продавливающего расплав в головку, среди экструдеров непрерывного действия могут быть выделены шнековые, дисковые и комбинированные, а среди экструдеров периодического действия - шнековые и поршневые.
Шнековые экструдеры подразделяются на несколько типов: одно-, двух- и многошнековые, одностадийные и многостадийные, с однонаправленным и с противоположно направленным вращением шнеков, с зоной дегазации и без нее.
Наиболее распространенным типом экструдеров является одношнековый экструдер непрерывного действия без зоны дегазации. Этот тип экструдеров может использоваться для переработки полиэтилена, т.к. ПЭ-термостабильный полимер и не образует газообразных продуктов при переработке, а данный тип экструдеров значительно дешевле экструдера с дегазацией. Его схема приведена на рисунке 1.1. [1]
К достоинствам этого типа экструдеров следует отнести конструктивную простоту, возможность развивать высокое давление расплава и отсутствие требований к повышенной термостабильности расплава.
В процессе переработки исходный материал из загрузочного устройства поступает в червяк и перемещается в осевом направлении в винтовом канале червяка, образованным внутренней поверхностью материального цилиндра и нарезкой червяка. При движении материал уплотняется, расплавляется, происходит гомогенизация расплава, развивается давление, под действием которого подготовленный расплав продавливается через формующий инструмент. По ходу движения материала в экструдере могут быть условно выделены три технологические зоны, различающиеся состоянием полимера и происходящими в них физико-химическими процессами: зона питания (загрузки), зона плавления (пластикации) и зона дозирования (выдавливания).
Рассмотрим подробнее процессы, происходящие в каждой из зон.
Загрузка сырья
Подаваемое в виде порошка, гранул или лент исходное сырье для экструзии под действием силы тяжести поступает из загрузочного бункера в рабочий объем экструдера. Некоторые материалы могут зависать, для борьбы с этим используют специальные проталкивающие устройства. Наименее склонны к такому поведению гранулы, поэтому они являются лучшим видом сырья для экструзии. В части цилиндра, где происходит загрузка, делаются полости для циркуляции охлаждающей воды, чтобы избежать перегрева цилиндра, при котором гранулы спекаются, и образуется «козел». При уплотнении материала в межвитковом пространстве шнека вытесненный воздух выходит обратно через бункер. Если удаление воздуха будет неполным, то он останется в расплаве и после прохождения через головку образует в изделии нежелательные полости. Также в бункере помещаются ворошители, которые предотвращают образование «сводов» из сырья и прекращение его подачи в рабочую область цилиндра.
Загрузка межвиткового пространства под воронкой бункера происходит на отрезке длины шнека, равном 1ч1,5 D.
Зона питания
Поступающие из бункера гранулы заполняют межвитковое пространство шнека и уплотняются за счет уменьшения глубины нарезки шнека или межвиткового расстояния. Продвижение гранул осуществляется за счет разности значений сил трения о внутреннюю поверхность корпуса и о поверхность шнека. В зоне питания необходимо понижать температуру шнека для уменьшения коэффициента трения полимера о шнек и предотвращения вращения материала вместе со шнеком. Снижение температуры шнека достигается за счет его охлаждения водой.
По мере движения полимера по червяку в нем развивается высокое гидростатическое давление. Возникающие при этом на контактных поверхностях силы трения приводят к выделению тепла и нагреву полимера. Кроме того, полимер получает некоторое количество тепла от стенок экструдера, температура которых, как правило, выше температуры полимера благодаря обогреву цилиндра экструдера. Верхний предел, до которого нагревают стенку цилиндра в зоне питания экструдера, определяется исходя из коэффициента трения полимера и его зависимости от температуры. При слишком высокой температуре стенки происходит преждевременное плавление пристенного слоя, снижение силы трения и проскальзывание полимера, приводящее к прекращению его движения вдоль оси червяка. При оптимально подобранном температурном режиме, материал в цилиндре спрессован, уплотнен и образует пробку, проталкиваемую по вин
Список литературы
1. Основы технологии переработки пластмасс. Учебник для вузов / Власов С.В., Кандырин Л.Б., Кулезнев В.Н. и др-М.: Химия, 2004. - 600с
2. Техника переработки пластмасс / Под ред. Н.И. Басова и В. Броя. - Совместное издание СССР и ГДР (Издательство «Дейтчер Ферлаг Фюр Грундштоффиндустри, г. Лейпциг). - М.: Химия, 1985. - 528 с.
3. Торнер Р.В., Акутин М.С. Оборудование заводов по переработке пластмасс. - Москва: Химия, 1986. - 400 с, ил
12. Шембель А.С. «Сборник задач и проблемных ситуаций по технологии переработки пластмасс», М.:Химия, 1990 - 272 с
13. Козлов П.В., Брагинский Г.И., Химия и технология полимерных пленок, М., 1965 - 504 c
14. Оленев Б.А., Мордкович Е.М., Калошин В.Ф. Проектирование производств по переработке пластических масс - 256 c
15. Ефремов Н.Ф. Тара и ее производство. Часть 1. Производство тары из полимерных пленок и листов. Москва, МГУП, 2001 - 312 с
16. ГОСТ 16337-77. Полиэтилен высокого давления. Технические условия
17. ГОСТ 10354-82. Пленка полиэтиленовая. Технические условия
18. Журнал «Все о пленках», 05.2008, 19. Журнал «Все о пленках», 12.2004
20. Экструзионные линии ОАО «Вм-техника». Комплект технической документации
21.Н.В. Делекторский. «Основы экономики проектирования химических предприятий и производств. Методические указания для студентов». М., 1971. - 212 с
22. Л.И. Кошкин «Экономика химического производства» М., РХТУ, 2002 -55 с
23. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справ. издание в двух книгах. /А.Н. Баратов, А.Я. Корольченко, Г.Н Кравчук и др.-М. Химия, 1990 - 496 с
24. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. Справочник. Л., Химия-1985 - 528 с
25. Ковалева Л.А., Вареник О.Н., Хабарова Е.И., Роздин И.А. «Раздел «Экологическая безопасность» в дипломных проектах». М., МИТХТ, 2010 - 62 с
26. Ковалева Л.А., Вареник О.Н., Хабарова Е.И., Роздин И.А. «Раздел «Охрана труда» в дипломных проектах» М. МИТХТ, 2010 - 82 с
27. Тащилин Г.Н., Юртушкин В.И. Организационно-методические указания по выполнению раздела «Защита персонала цеха в чрезвычайных ситуациях» дипломного проекта М. МИТХТ, 2009 - 52 с
28. Берлин А.А, «Горение полимеров и полимерные материалы пониженной горючести», М. Химия // Соросовский образовательный журнал, 1996 №9 с 57-63
29. Ушакова О.Б. Методические указания по курсовому проектированию по дисциплине «Технология изделий из пластических масс и композиционных материалов». Учебно-методическое пособие. М.: МИТХТ, 2004 - 35с
30. http://www.masterbatch.ru/index.php? id=45 - Модифицирующие добавки для полимеров