Екструзія: технологія і устаткування для переробки полімерів

Для виготовлення виробів з різних типів полімерних матеріалів існує багато технологій і обладнання. Одним з найпопулярніших способів переробки пластику є екструзія.

Екструзія пластика – це технологічний процес безперервного формування продуктів шляхом механічного продавлювання нагрітого полімерного матеріалу через формуючу головку з отвором, що відповідає профілю готового виробу.

Звичайно ж, за допомогою екструзії виробляють не тільки вироби з пластику, але в даній статті ми будемо описувати саме особливості процесу обробки полімерних матеріалів.

Екструзійним способом виробляється велика кількість різних виробів з полімерів: пластикові труби, пвх і композитні профілі, пластикові нитки, вікна, двері, полімерні плівки та інша продукція. Велика популярність екструзії обумовлена високою економічністю і продуктивністю завдяки безперервному процесу виробництва.

Екструдером полімерів називають обладнання для виробництва виробів шляхом екструзії полімерної сировини. Найпоширенішими типами конструкцій екструзійних машин ялвяется екструдери поршневого і шнекового (черв’ячного) типу.

Розглянемо на прикладі конструкцію одношнекового екструдера. Сировина завантажується в зону завантаження через конусоподібну ємність для завантаження сировини (5). Зазвичай полімерну сировину для екструдера є гранульований сипучий матеріал. За допомогою шнека (4) гранули полімеру переміщаються в зону циліндричного корпусу екструдера (2). Шнек обертається за рахунок роботи електродвигуна (7) через редуктор (6).

Корпус екструдера можна умовно поділити на 3 зони. Та область, де полімер завантажується і ще не розплавлений, називається завантажувального зоною. А коли він нагрівається, починається зона плавлення. Третя зона – це зона формування, коли розплавлений полімер видавлюється через формуючу головку і приймає потрібну форму.

Нагрівання циліндра екструдера здійснюється нагрівачами (3), які розміщуються зовні і щільно охоплюють всю поверхню. Як електронагрівачі для екструдера застосовують промислові нагрівачі кільцевого типу або ж плоского, якщо циліндр екструдера квадратної форми, але все ж частіше застосовують кільцеві. Також в кожній із зон циліндра екструдера можуть бути використані в конструкції охолоджуючі вентилятори, для того, щоб видалити зайве тепло з нагрівачів. Або ж можна використовувати спеціальний тип кільцевих нагрівачів – хомутові нагрівачі з охолодженням.

Давайте докладніше розглянемо, які типи кільцевих нагрівачів використовуються на екструдерах і в чому їх головні відмінності і особливості.

Кільцеві електронагрівачі для екструдера

Манжетні кільцеві нагрівачі ідеально підходять для екструдерів, так як вони мають циліндричну форму і можуть щільно прилягати до поверхні циліндра в зоні для нагріву. Хомутові Тени виготовляються як в формі повного кільця зі стягуванням, так і у вигляді півкілець або сегментів.

Кільцеві нагрівачі можуть виготовлятися з керамічною або міканітовою ізоляцією, з різними кріпленнями, типами струмовивода, додатковими елементами утеплення або охолодження та іншими особливостями. Як нагрівальний елемент у всіх резистивних кільцевих нагрівачах використовується дріт з ніхрому з високим електричним опором, який нагрівається при проходженні через неї електричного струму. Розглянемо особливості кожного типу кільцевих нагрівачів.

• Манжетні міканітові нагрівачі. Міканіт в цьому типі нагрівальних елементів використовується як ізолятор між гріючою спіраллю і зовнішнім корпусом. Корпус нагрівача виготовляється з нержавіючої сталі і у випадку з міканітовою ізоляцією, може мати дуже велику кількість різних вирізів, отворів і типів підключення. Максимальна потужність таких нагрівачів складає до 4 Вт на см2, а температура нагріву до 350 градусів Цельсія.
• Соплові нагрівачі. Також можливо виготовити міканітові кільцеві нагрівачі з подвоєною гріючою спіраллю, таким чином можна отримати невеликий нагрівач з високою потужністю. Даний тип кільцевих нагрівачів називають сопловими, так як використовуються вони в основному для нагріву сопел екструдерів. Соплові кільцеві нагрівачі також можуть виготовлятися з латунним корпусом, який буде повністю герметичний і не буде боятися потрапляння розплавленого матеріалу на корпус.
• Керамічні хомутові нагрівачі. Нагрівальні елементи з керамічною ізоляцією матимуть вищу потужність (до 9 Вт на см2) і температуру роботи до 700С. Керамічні ізолятори з стеатитової кераміки мають високу термостійкість і ізоляційні властивості. Керамічні кільцеві нагрівачі також можна виготовити з додатковим матеріалом з утеплюючим кожухом, таким чином знизивши споживання електроенергії в них на 25%, що значно скоротить ваші витрати на електрику.
• Кільцеві електронагрівачі з охолодженням. При даній конструкції нагрівачів можуть використовуватися як міканітові, так і керамічні кільцеві ТЕНи. Але додатково виготовляється металевий кожух з нержавіючої сталі і підключається вентилятор для обдування. Конструкція кільцевого нагрівача з вентиляцією дозволяє не тільки отримати максимально рівномірний нагрів, а й швидко охолодити циліндр екструдера при необхідності.
• Кільцеві алюмінієві литі нагрівачі. Литі нагрівачі складаються з трубчастого електронагрівача, який заливається алюмінієм в формі півкілець або кілець. Для алюмінієвих нагрівачів можна додатково передбачити рідинну систему охолодження, яка зможе охолодити нагрівач за короткий час.

Який тип кільцевого нагрівача краще підійде для вашого типу екструдера, які характеристики потрібні і інші питання ви можете задати в формі питання або просто пишіть нам по електронній пошті, ми постараємося відповісти на всі ваші запитання по нагрівачів для екструдерів.

Виробництво різних типів виробів з полімерів на екструдері

Залежно від різних отворів на формуючої голівці екструдера можна виготовляти найрізноманітніші типи виробів із пластику. Кільцева форма головки дозволяє виробляти прутки, циліндрична – пластикові труби і плівки, плоска щілинна – плівки і профілі, складні форми головки екструдера також можливі при виготовленні віконних профілів та іншої продукції.

Виробництво полімерної плівки на екструдері

Плівка – це один із самих основних типів продукції, які виготовляють на екструдерах. Для виробництва пластикової плівки можуть використовуватися кілька технологій, деякі з яких розглянемо докладно.

Виробництво плівки шляхом екструзії з роздуванням рукава

На схемі нижче ви можете розглянути детально екструдер для виробництва пластикової плівки з роздуванням рукава. При формуванні пластика використовується екструдер (1) з кільцевої формою отвору на формуючій голівці. Щоб кільце розплавленого пластику ще більше розширювалося після продавлювання через головку, всередину кільця подається струмінь повітря через пристрій (2). Внаслідок цього пластик труби розтягується в рукав (5).

Повітря всередину рукава повинно подаватися охолодженим, щоб у плівки були рівномірна товщина стінок. Тому для охолодження використовується в конструкції охолоджувач (3). Після того, як рукав роздує, його буде потрібно скласти і скрутити. При цьому застосовуються напрямні (6), які прибирають повітря валки (7) і пристрій для намотування (9).

Виробництво плівки шляхом екструзії з поливом на валки

Формуюча головка (2) екструдера (1) при даному типі виробництва плівки береться щілинної форми, яка дуже вузька в висоту і досить широка (близько 1,5 м) в ширину. Тонка плівка розплавленого полімеру подається на охолоджуючі за допомогою води вали (3) і дуже швидко там застигає.

Товщинометр (4) служить для контролю за товщиною плівки перед намотуванням її на намотувальну станцію (6). Формована таким способом пластикова плівка буде набагато більш прозорою, ніж вироблена рукавним способом. Також контролювати намотування тут набагато простіше і немає ризику склеювання.

Виробництво плівки шляхом екструзії з поливом в ванну з водою

Екструзія в ванну з водою – це ще один спосіб отримання пластикової плівки. При його застосуванні полімерні плівки виходять ще більш якісними. В конструкції даного екструдера формуюча головка щілинного типу направляє пластикову плівку при виході в ванну з рідиною, де плівка моментально охолоджується і застигає.

Екструзія пластикових труб

Для формування пластикових труб використовують переважно Одношнекові або двошнекові екструзійні машини з особливою конструкцією кільцевої формуючої головки.

Всередину формуючої головки для пластикових труб поміщається Дорн (4), який служить для подачі стисненого повітря всередину труби. Зовні розміщуються додаткові кільцеві нагрівачі, які розплавляють полімер при проходженні через дану зону.

Також в обладнання для формування труб входять пристрої для розтяжки, скручування або нарізки труб.

Типи екструдерів за кількістю та типом шнеків

Серед усіх видів пластикового обладнання основним є екструдер для пластику, який став одним з типів машин, що широко використовуються в індустрії переробки пластмас. З швидким розвитком ринку пластикових екструдерів постійно з’являються нові моделі, які відіграють більш важливу роль та цінність у різних виробництвах.

У цій статті ми розглянемо різні типи класифікації екструдерів за конструкцією, а також опишемо, які нагрівальні елементи використовуються на екструдерах.

Екструдери за кількістю та типом шнеків

За кількістю шнеків екструдери можна умовно розділити на одношнекові, двошнекові та тришнекові екструдери.

Двошнекові екструдери також можна розділити на коаксіальні двошнекові, конічні двошнекові, двошнекові з паралельним обертанням та паралельні двошнекові.

Одношнековий екструдер є найпростішим екструдером у виробництві. У багатошнековому екструдері двошнековий екструдер розвивався найшвидше в останні роки, і його застосування стає дедалі більшим. Двошнекові екструдери стали основним виробничим обладнанням, особливо при обробці пластикових дверних та віконних профілів із ПВХ.

Одношнековий екструдер підходить для переробки пелет, а як сировина використовуються гранульовані пелети або подрібнені пелети. Двошнековий екструдер підходить для переробки порошку і може безпосередньо використовувати змішаний ПВХ-матеріал, що скорочує грануляцію, але додає процес подрібнення відходів.

Одношнековий екструдер VS двошнековий екструдер

Двошнекові екструдери:

• Великий вихід, висока швидкість екструзії підходить для масового виробництва.
• Час перебування матеріалу короткий, підходить для обробки порошку.
• З можливістю самоочищення.

Двошнековий екструдер широко використовується для фізичної та хімічної модифікації матричної смоли, наприклад, для наповнення, зміцнення, надання жорсткості, реактивної екструзії тощо.

Двошнековий екструдер

Одношнекові екструдери:

• Швидкість екструзії низька, і вона зазвичай використовується для невеликих допоміжних профілів.
• Матеріал має тривалий час перебування, що підходить для екструзійної обробки гранул.
• Відсутність здатності до самоочищення.

Одношнековий екструдер в основному використовується для виробництва труб, плит, листів та профілів.

Тришнекові екструдери

Оскільки сфери застосування шнекових екструдерів продовжують розширюватися, розвиток та інновації екструдерів набули широкого поширення. Три шнеки тришнекового екструдера розташовані в лінію і обертаються в одному напрямку, що еквівалентно двом парам здвоєних шнеків. Це покращує ефект змішування, збільшує вихід і збільшує споживання енергії. Завдяки наявності двох зон зачеплення подвоєне збільшення площі кочення може скоротити довжину шнека та зменшити негативний вплив, викликаний консоллю шнека.

Інші типи конструкції шнекових екструдерів

Відповідно до удосконалення конструкції деталей екструдера і комбінацією різних екструдерів, типи екструдерів включають двошнековий екструдер, двоступінчастий екструдер, екструдер з вентиляцією, поршневий одношнековий екструдер з циліндричним штифтом, планетарно-роликовий екструдер тощо.

Роздільний двошнековий екструдер

Роздільний двошнековий екструдер заснований на оригінальному двошнековому екструдері. Його ствол інтегрований і може бути відкритий. Шнек та циліндр двошнекового екструдера мають удосконалену конструкцію «будівельного блоку». Гвинт закріплений на гвинтовому блоці оправки у різних формах, а втулка ствола може бути відрегульована відповідно до гвинтового блоку. Відповідно до технічних вимог до типів матеріалів та інших технічних вимог, у поєднанні з ідеальною формою конструкції гвинтового елемента, він реалізує процеси транспортування матеріалу, пластифікації, очищення, різання, витяжки, створення тиску та екструзії, щоб краще вирішити загальну труднощі в урівноважуванні протиріччя між так званою гвинтовою універсальністю та специфікою.

Вентильований екструдер

Головною особливістю конструкції цієї машини є наявність випускного отвору у середині стовбура. При використанні звичайного екструдера, що пластифікує, із завантажувального отвору виходитиме невелика кількість газу. Коли залишковий газ дуже впливає на якість обробки, полімерні гранули слід попередньо висушити. Витяжний екструдер може частково або повністю замінити трудомісткий та тривалий процес сушіння. Витяжний екструдер в основному використовується для обробки полімерних матеріалів з високою гігроскопічністю, таких як жорсткий полівінілхлорид, АБС, нейлон, поліоксиметилен та поліметилметакрилат.

Екструдер безшнекового типу – поршневий екструдер

Плунжерний екструдер – це екструдер без шнека. Використовується принцип штампування. Матеріал виштовхується вперед сильним зусиллям плунжера. Поршневий пластиковий екструдер видавлює попередньо пластифікований матеріал із матриці за допомогою тиску плунжера для досягнення ефекту формування. Після того, як матеріал в циліндрі матеріалу буде екструдований, поршень повернеться, і операція буде повторена після додавання нового раунду пластифікованого матеріалу.

Ранні машини з плунжерним екструдером були переривчастою екструзією. В даний час з’явився плунжерний екструдер безперервної дії, в якому використовуються подвійні плунжери, щоб мінімізувати вплив переривчастої подачі на процес екструзії. Екструдери плунжерного типу поділяються на горизонтальні та вертикальні.

Переваги поршневого екструдера

Поршень екструдера плунжерного стискає суміш, потім рівномірно нагріває і розплавляє її. Він підходить для матеріалів-носіїв, таких як ліки, та має переваги рівномірного ущільнення без бульбашок після стиснення. А зазор, що залишився, між поршнем і головкою плунжерного екструдера дуже малий, тому втрати матеріалу практично відсутні.

Нагрівальні елементи для екструдерів

Компанія ТЕН 24 в Україні спеціалізується на виробництві нагрівальних елементів для екструдерів та іншого формувального та виробничого обладнання. Для нагрівання циліндрів і формувальних головок екструдерів ми можемо запропонувати такі типи нагрівачів:

• Кільцеві керамічні нагрівачі та плоскі рамкові нагрівачі з температурою нагрівання до 500 С
• Міканітові кільцеві нагрівачі та плоскі нагрівачі з температурою нагрівання до 350 С
• Алюмінієві литі нагрівачі хомутові, рамкові та плоскі.
• Соплові сталеві та латунні кільцеві нагрівачі
• Патронні ТЕНи

Для отримання докладної інформації щодо наших нагрівачів ви можете відвідати сторінки товарів каталогу або зателефонувати нам для безкоштовної консультації наших фахівців.