Головки экструзионных машин

Назначение головки – направить размягченный и гомогенный полимерный материал к выходному формующему отверстию и превратить материал в непрерывно выходящее изделие заданного профиля.

Конструкции формующих головок характеризуются значительным разнообразием.

По направлению потока расплаваголовки могу быть:

прямоточными, у которых ось внутреннего канала является продолжением оси цилиндра экструдера;

угловыми (или поворотными), в которых поток размягченного полимера поворачивается (обычно на 90⁰) вниз, вверх или в сторону.

По конфигурации формующей щелиразличают головки:

щелевые (для листов, плоских пленок, для покрытий по бумаге);

кольцевые (трубные, рукавные, пленочные),

профильные (фасонные) (для получения профилей простого и сложного очертания, соответственно).

По форме профиля:

для изделий открытого типа (листы, плоские пленки, стержни, уголки, швеллера и др.);

закрытого типа (рукава, трубы, шланги, трубчатые уплотнители);

смешанного типа и специальные головки (сложные профили, армированные, комбинированные, гибридные изделия).

По величине давленияразличают головки:

низкого давления (до 4 МПа), предназначенные для изготовления стержней из полимерных материалов диаметром более 5 мм, толстостенных труб и листов толщиной более 1 мм;

среднего давления (от 4 до 10 МПа) - для производства стержней диаметром 3-5 мм, труб и листов с толщиной стенки менее 1 мм;

высокого давления (более 10 МПа) – для производства пленок [4].

При изготовлении полых изделий (труб, шлангов, рукавов и т.п.) внутри мундштука концентрично с ним устанавливается дорн – специальная деталь, формующая внутреннюю полость профильного изделия.

При входе в головку, после червяка, иногда устанавливается пакет фильтрующих сеток, предназначенный для очистки текущего полимера от инородных включений, а также для увеличения сопротивления в головке, что способствует лучшей гомогенизации материала вследствие усиления обратных потоков в цилиндре экструдера.

Головки и сетки создают сопротивление и влияют на величину давления, развиваемого червяком: при увеличении сопротивления головки увеличивается давление массы в ней и уменьшается выход экструдата.

При всем разнообразии конструкционного оформления в большинстве формующих головок можно выделить наличие общих элементов (рис. 7.4).

К ним относятся корпус 1с элементом присоединения к цилиндру экструдера. Это может быть фланцевое, байонетное или резьбовое соединение. Адаптер 2; фильтр-решетка 3;кольцевые зонные электронагреватели 7; регулировочное кольцо (губка в плоскощелевых головках) 8. В головках закрытого типа обязательно присутствует дорн 4с дорнодержателем 6 и нередко система 5 для подачи воздуха внутрь изделия (труба, пленочный рукав, закрытый профиль).

Поверхность рабочих каналов головки, кроме ее формующей зоны, может быть гладкой или с винтовой нарезкой, позволяющей улучшить процесс гомогенизации расплава.

Рис. 7.4 Схема устройства экструзионной головки

1 – корпус; 2 – адаптер; 3 – фильтр-решетка; 4 – дорн; 5 – система для подачи воздуха внутрь изделия; 6 – дорнодержатель; 7 – электронагреватели; 8 – регулировочное кольцо (губка).

Контрольные вопросы к лекции

1. Сущность процесса экструзии.

2. Материалы, используемые для экструзионного формования и изделия, получаемые методом формования.

3. Процессы, протекающие при экструзии.

4. Классификация зон экструдера по характеру протекающих в них процессов.

5. Особенности работы дисковых экструдеров.

6. Особенности работы поршневых экструдеров.

7. Классификация экструзионных головок.

8. Охарактеризовать устройство экструзионных головок.

Аппаратурное оформление процесса экструзии

Назначение и устройство экструдеров

В экструдерах или червячных машинах основным рабочим органом является винт или шнек, вращающийся в цилиндре с минимальным зазором.

Экструдеры в зависимости от геометрических параметров червяка имеют различное назначение.

Их используют в качестве:

· непрерывнодействующих смесительных машин (на второй стадии смешения);

· устройств для получения гранул материала (грануляторов);

· устройств для очистки материала от посторонних включений;

· собственно экструдеров, производящих изделия определенной формы (листы, профили, трубы).

Для проведения всех необходимых операций (от подготовки композиции до выдавливания через оформляющий мундштук готового продукта) могут последовательно устанавливаться несколько специализированных червячных машин, например, смеситель → пластикатор → гранулятор → экструдер.

Схематическое изображение червяка представлено на рис.8.1.

Рис. 8.1 Схематическое изображение червяка

а) однозаходный червяк; б) двухзаходный червяк;

1 – виток червяка; 2 – сердечник червяка; 3 – гребень витка; 4 – задняя грань витка.

D_нар – наружный диаметр червяка (по гребню витка);

D_внутр – внутренний диаметр червяка (по сердечнику);

D_ср = (D_нар + D_внутр)/2;

h – глубина винтового канала (глубина нарезки);

e – ширина витка в осевом сечении;

t – шаг нарезки червяка;

φ – угол нарезки; φ=arctg (t/(π∙D_ср);

δ – величина зазора между гребнем червяка и внутренней поверхностью цилиндра.

Основными параметрами, характеризующими червячную машину, являются диаметр червяка, отношение длины рабочей части червяка к его диаметру, частота вращения червяка, наличие вакуум-отсоса.

Производительность экструдера определяется диаметром и длиной червяка. От этих параметров зависит теплоотдача от стенок цилиндра к материалу, количество тепла, выделяющегося за счет сил внутреннего трения и, как следствие, потребляемая мощность и энергозатраты на единицу производимой продукции. Большое влияние на все показатели работы экструдера оказывают также шаг червяка, угол наклона нарезки и глубина винтового канала [4].

Сжатие материала по мере его передвижения к головке достигается за счет уменьшения объема винтового (межвиткового) канала. Это уменьшение называется компрессией. Оно может быть плавным, ступенчатым или комбинированным.

Геометрической компрессией А_г называется отношение межвитковых объемов во входном и выходном сечениях шнека, обычно принимается в пределах 2 – 4.

Геометрическая компрессия создается уменьшением глубины нарезки, хода нарезки, диаметра цилиндра и винта. Наиболее употребительным является первый вариант. (Таким образом, сжатие материала происходит за счет изменения геометрических параметров шнека).

Физическая компрессия А_ф определяется изменением физического состояния материала. Она зависит от состояния загружаемого материала (насыпной вес), степени заполнения межвитковых объемов (например, 100% в III зоне и <100% в I зоне) и коэффициента сжимаемости при давлении, создаваемом в объеме III.

Червяк экструдера может передавать очень большой крутящий момент. Этот момент воспринимается наименьшим поперечным сечением червяка, которое может быть еще ослаблено сверлением для водяного охлаждения. Поэтому червяк обычно изготавливают из высокопрочных легированных сталей, предварительно подвергнутых термической или термохимической обработке. Кроме этого, материал червяка должен быть химически стоек по отношению к перерабатываемым материалам и продуктам их разложения.

Примерная классификация червячного оборудования приведена на рис.8.2 [3].

Дата добавления: 2014-05-17; просмотров: 1091; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!