Система теплового контроля

Одно из основных требований, предъявляемых к экструдеру для переработки материалов при производстве пластиков, в частности, термопластичных материалов, состоит в том, чтобы в нем обеспечивался нагрев материала до необходимой температуры с определенной регулируемой скоростью. Это является их наиболее существенным отличием от экструдеров, предназначенных для переработки резиновых смесей, так как в них разогрев резиновых смесей осуществляется в основном за счет тепловой энергии, выделяемой вследствие трения уплотненного материала о поверхность цилиндра и червяка.

Температурный режим экструзии должен удовлетворять основному условию: термопласт не должен подвергаться длительному воздействию высокой температуры. Температура переработки в различных зонах для каждого материала разная и зависит от товарной формы и химической природы материала, формы и размеров экструдируемого изделия, скорости экструзии, параметров червяка, конструкции формующего инструмента.

Постоянство температурного режима обеспечивается автоматическим регулированием обогрева и водяного или воздушного охлаждения.

Обогреву и охлаждению подвергается цилиндр машины и головка. Для их нагрева чаще всего применяют хомутовые электронагреватели сопротивления. Электронагреватели объединяют в секции, обогревающие отдельные участки цилиндра – зоны.

Охлаждению подвергаются нижняя часть загрузочной воронки, отдельные участки цилиндра, шнек. Нижняя часть загрузочной воронки охлаждается постоянно с помощью водяной рубашки, вмонтированной в воронку или кожух цилиндра. Отдельные участки цилиндра охлаждаются периодически, в случае перегрева материала, водой или воздухом. Водяное охлаждение осуществляется с помощью змеевиковых или кольцевых охладителей, надеваемых на корпус цилиндра.

В период пуска экструдера необходима наибольшая энергия обогрева – для того, чтобы в течение не более 1 часа поднять температуру материала до рабочей. Когда же начинает работать шнек, выделяется дополнительная тепловая энергия за счет сил трения, иногда достигающая 4/5 всего потребляемого машиной тепла (например, при переработке полиэтилена). В этом случае завышенная мощность обогрева становится вредной, так как приводит к большой инерционности тепловой системы, частым включениям-отключениям нагревателей и системы охлаждения, перерасходу энергии [7].

Стабильный автоматизированный технологический процесс экструзии определяется следующими факторами:

1) непрерывным питанием червячной машины качественным материалом, загружаемым при температуре окружающей среды;

2) стабильным температурным режимом;

3) равномерной механической пластикацией материала;

4) отсутствием пульсаций.

Червячные машины, предназначенные для переработки резиновых смесей, имеют свою специфику. Согласно ГОСТ, все одночервячные машины подразделяются на три типа.

1) МЧТ –«машины червячные теплого» питания требуют предварительного подогрева резиновой смеси до температуры не ниже 50⁰С (максимальной является температура – 200⁰С). Это усложняет производство, увеличивает расходы на приобретение и эксплуатацию подогревательных и питательных вальцев.

2) МЧХ – «машины червячные холодного» питания могут перерабатывать смеси с температурой 45⁰С и менее, интенсивно дорабатывать смесь, поэтому постепенно вытесняют машины типа МЧТ.

3) МЧХВ –«машины червячные холодные с вакуум-отсосом». В дополнение к конструкции МЧХ имеют зону и узлы вакуумирования для удаления газов и летучих примесей, выделяющихся при нагреве смеси в процессе шприцевания.

Принадлежность червячной машины к тому или иному типу определяется конструктивными особенностями.

От отношения длины червяка к диаметру L/D во многом зависит степень проработки материала в цилиндре машины. Червячные машины с коротким червяком (при отношении L/D<8) требуют питания разогретым материалом, так как за время движения по короткому червяку материал не успевает в достаточной степени разогреться и пластифицироваться (расплавиться). Такие машины относятся к машинам теплого питания.

Для того, чтобы червячная машина была способна довести до пластичного либо расплавленного состояния холодный материал, необходима большая длина рабочей части червяка (L/D=10-18). Такие машины относятся к машинам холодного питания. При питании холодным материалом возможно попадание в цилиндр влаги и летучих веществ, которые отрицательно влияют качество экструдируемых изделий. Поэтому машины холодного питания оборудуют специальной системой вакуумного отсоса на одном или нескольких участках рабочей зоны. Вакуумный отсос при необходимости может применяться и на машинах теплого питания [6].

Контрольные вопросы к лекции

1. Назначение экструдеров в зависимости от геометрической формы червяка.

2. Основные параметры, характеризующие червячные машины.

3. Что такое геометрическая компрессия шнека, за счет изменения каких геометрических параметров шнека достигается компрессия материала в материальном цилиндре экструдера?

4. Что такое физическая компрессия шнека?

5. Какие требования предъявляются к материалам, используемым для изготовления шнека экструдера и почему?

6. Классификация червячного оборудования.

7. Основные требования, предъявляемые к температурному режиму при экструзии термопластов.

8. Разновидности нагревательных устройств – по типу используемой энергии.

9. Чем обусловлена необходимость постоянного охлаждения нижней части загрузочной воронки экструдера?

10. В каких элементах экструдера необходимо постоянное автоматическое регулирование процессов нагрева и охлаждения?

11. Факторы, определяющие стабильность автоматизированного процесса экструзии.

12. Классификация червячных машин, используемых для переработки резиновых смесей.

Экструзия на специализированных агрегатах

Изготовление гранул, профильных и полых изделий, труб, листов, пленки, облицовки проводов и рулонных материалов производится на экструзионных агрегатах, в состав которых помимо экструзионной машины с головкой входят фиксирующие, охлаждающие, тянущие, режущие, наматывающие и другие приемные устройства. Экструзионные агрегаты в зависимости от типа выпускаемых изделий делят на трубные, пленочные, листовые, профильные, для нанесения изоляции кабеля, для покрытия бумаги, ткани, грануляционные, для выдувных изделий и др.

Производство профильных изделий и листов

Высокопроизводительное получение погонажных изделий различного профиля любой длины возможно только экструзией.

Профильные изделия изготовляют на агрегатах, состоящих из экструдера, головки, охлаждающего, тянущего, режущего и наматывающего устройства. В качестве примера такого агрегата на рис. 9.1 приведена схема экструзионной установки для изготовления листов из термопластов.

Рис. 9.1 Схема экструзионной установки для изготовления листов из термопластов:

1 – червячный пресс; 2 – щелевая головка; 3 – гладильное устройство; 4 – дисковые ножи; 5 – рольганг; 6 – тянущие валки; 7 – режущее приспособление; 8 –листоукладчик; 9 – штабелер.

Для изготовления профильных изделий применяют, главным образом, прямоточные экструзионных головки, то есть головки, ось которых совпадает с осью цилиндра червячной машины.

В головке происходит формование расплавленного полимера, выходящего из экструдера, в изделие с требуемым поперечным сечением. Внутри головки проходит канал, сечение которого меняется от круглого (с диаметром, равным внутреннему диаметру цилиндра экструдера) на входе до соответствующего профилю изделия на выходе [6].

При их проектировании следует учитывать усадочные явления, искажающие форму прямоугольного профиля. Разное поверхностное трение о стенки мундштука в середине и ближе к острым углам сечения вызывает неравномерное распределение скоростей массы и, как следствие, неравномерный нагрев материала. На выходе большей усадке подвергаются более разогретые участки профиля, то есть в углах сечения. Таким образом, происходит искажение формы профиля. Для устранения этих недостатков соответствующим образом конструируются выходные отверстия головок, при этом производят сужение поперечного сечения потока в средней части и расширение на краях [5].

Иллюстрацией сказанному служит рис. 9.2.

Рис. 9.2 Зависимость конфигурации поперечного сечения профильного изделия отформы сечения экструзионной головки на выходе:

I_а, II_а – формы сечения головок на выходе;

I_б, II_б – формы поперечного сечения изделия.

Дата добавления: 2014-05-17; просмотров: 479; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!