Принцип работы экструдера полимеров

Принцип работы экструдера

Экструдер: что это такое, для чего он предназначен

Эструдер — машина, предназначенная для переработки полимеров в расплав.

Общая информация

Процесс заключается в прохождении сырья через специальный формующий инструмент (экструзионную головку, фильерную пластину).

Форму готового продукта задаёт калибрующее устройство с определённым сечением.

Она будет зависеть от вида отверстия в формующем устройстве.

Если это щель, на выходе получится листовой материал, если кольцо, то изделие будет иметь форму трубы.

Процесс, происходящий с использованием этого оборудования, называется экструзией.

В зависимости от конструкции машины её делят на несколько видов:

  • 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

  • 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

По типу транспортирующего устройства они делятся на следующие виды:

  • одношнековые;
  • двухшнековые;
  • многошнековые;
  • дисковые;
  • поршневые;
  • комбинированные.

По расположению шнеков:

  • параллельные;
  • конические.

По частоте вращения:

  • нормальные;
  • быстроходные.

По направлению вращения:

  • сонаправленные;
  • противонаправленные.

Принцип работы

Специальный загрузчик помещает сырьё в бункер машины.

Эта работа может выполняться также и вручную.

При этом гранулы засыпаются в загрузочную воронку.

Из бункера они проталкиваются в зону шнека, а оттуда — в цилиндр пластификации.

По пути продвижения сырьё перемешивается для однородности будущего расплава, а также находится под воздействием высоких температур и давлением элементов экструдера.

На выходе путём плавления получается вязкая прозрачная масса, увеличенная в объёме за счёт растягивания.

Если экструдер дисковый, то в качестве транспортирующего устройства используют два диска, один из которых находится в неподвижном состоянии, а другой непрерывно вращается. Сырьё, попадающее в отверстие статичного диска, перемешивается и гомогенизируется. Оборудование, оснащённое таким устройством, прекрасно подойдёт для изготовления однородных смесей.

Поршневой экструдер характеризуется низкой производительностью, поэтому его применение ограничено в основном изготовлением труб.

Принцип работы заключается в выдавливании материала поршнем, что придаёт готовому изделию необходимую форму.

Для всех этих целей бывает недостаточно одного экструдера.

Чтобы наладить массовое производство и получить качественный продукт, приходится использовать дополнительные машины или устройства. Все вместе они будут образовывать экструзионную линию.

Таким образом, можно получить не только расплав, но и сразу преобразовать его в готовое изделие, например, упаковочную плёнку, пластиковые трубы или поливинилхлоридный профиль.

Устройство экструдера

Устройство такого оборудования удобнее всего объяснить на примере самого простого из типов этой машины — одношнекового экструдера, также называемого одночервячным или одновинтовым.

Он оснащён одним шнеком, и машина имеет одну сварную раму, в которую встроен вертикальный редуктор с упорным подшипником.

Через специальную муфту к редуктору подсоединяется электрический двигатель.

Таким образом, он располагается под узлом пластификации.

Нагрев происходит с помощью электрического шкафа, который автоматический регулирует температуру. Коррозионная стойкость обеспечивается путём насыщения элементов экструдера парами азота. Благодаря этому они не выходят из строя и являются довольно долговечными.

Еще к раме подсоединены приборы, позволяющие осуществлять контроль над ходом производства. Они управляются пультом оператора. Благодаря компактным размерам получающегося устройства шнек можно вставлять прямо в выходной вал редуктора.

Процесс дегазации

Немаловажным этапом производства является дегазация.

Сырьё, перерабатываемое экструдером, не всегда является идеальным, оно содержит примеси, излишнюю влагу и воздух.

Чтобы качество материала не снижалось из-за несовершенства гранул, в машине осуществляется процесс дегазации.

Он заключается в выпаривании воды, остаточного растворителя и мономеров из сырья под воздействием высоких температур или искусственно созданного вакуума.

Осуществляется процесс либо шнеком, если в оборудовании предусмотрен только один винт, либо специальной камерой, если рассматривается многочервячный экструдер.

Роль шнека

Шнек имеет несколько функций, в зависимости от которых цилиндр можно условно разделить на несколько важных зон:

  • в зоне питания исходное сырьё уплотняется за счёт попадания в шнековую область, но всё ещё остаётся твёрдым;
  • в зоне пластификации гранулы плавятся, смешиваются и спрессовываются под давлением, чтобы далее продвигаться по винту;
  • в зоне дозирования материал, состоящий из смеси плавящихся гранул с твёрдыми, перемешивается до однородности и поступает к формующему инструменту.

Все процессы происходят при нагреве, температура которого может различаться от зоны к зоне. Качество получаемого материала будет зависеть от условий и полноты прохождения сырьём перечисленных этапов.

Преимущества одношнекового и двухшнекового экструдеров

Главная характеристика машины — количество и вид шнеков. Самым распространённым типом является одношнековый экструдер. Он прост в обслуживании по сравнению с другими видами этой машины. Для его работы необходим только один оператор, поскольку все важные органы управления локализированы в одном месте. Но если машина входит в состав крупной экструзионной линии, может понадобиться подсобный рабочий. Конечное количество операторов и рабочих определяется технологией и целями производства.

Ещё одним немаловажным достоинством одношнекового экструдера является лёгкость транспортировки. Его можно перевезти с одного производства на другое или переустановить в новом месте.

Но иногда такой экструдер не позволяет получить необходимого качества плавления готового продукта, и в производстве применяют двухшнековую машину. Она позволяет лучше транспортировать сырьё, подходит для гигроскопичных гранул. Зачастую оборудование с двумя винтами обладает функцией самоочищения, что также удобно для эксплуатации.

Задачи оператора

Современные машины оснащены всеми датчиками регулировки оптимальных условий для получения качественной плёнки. Однако задача оператора состоит в том, чтобы правильно настроить все параметры и поддерживать их на протяжении всего процесса. Конкретные условия работы зависят от вида производимых материалов, но есть несколько критериев, являющихся наиболее важными. Они и будут описаны далее.

Контроль температуры

Оператор должен контролировать процесс превращения гранул в готовый расплав. Для этого, в частности, осуществляется наблюдение за работой тепловой автоматики. Система должна обеспечивать поддержание необходимой температуры как в каждой из рабочих зон экструдера, так и в его элементах, важнейшими из которых являются головка и фильеры. На каждый участок приходится свой прибор, что позволяет более тонко настроить работу машины и получить наиболее качественный по однородности, форме и другим характеристикам материал. Но для наилучшего результата необходим опыт и ответственность оператора, который сможет отследить показания приборов и настроить их.

Регулировка вращения шнека

Шнек является важным элементом работы экструдера. Особенно важную роль он играет при вхождении машины в состав экструзионной линии, предназначенной для выпуска труб или гибкой упаковки. Барьерные шнеки увеличивают производительность и позволяют добиться высокого качества конечного продукта. Их действие заключается в отделении исходного сырья от готового расплава.

Это осуществляется путём разделения шнека на две области с помощью встроенного в него дополнительного витка. В начале линии прохождения гранул большее отделение отводится под них, ближе к концу канал, содержащий расплавленный полимер, увеличивается в объёме, в то время как под недорасплавленный материал отводится меньше места. Таким образом, эти две фракции не пересекаются друг с другом, а только плавно перетекают одна в другую.

В зависимости от технологии производства шнеки могут иметь различный диаметр и частоту вращения. Оператор контролирует последний параметр благодаря работе частотных преобразователей. Чем выше частота вращения, тем больше производительность экструдера. Однако этот параметр нужно аккуратно регулировать, чтобы не снизить качество выпускаемого продукта. В совершенных приборах преобразователи позволяют быстро переходить от низких скоростей к высоким, и, наоборот, без промежуточных этапов.

Изменение диаметра и формы

Однородный расплав, являющийся основой будущего продукта, проходит через специальные отверстия. Они придают ему нужную форму, например, кольца. Оператор должен установить значение необходимого диаметра этого кольца, благодаря чему расплав примет форму трубы заданных размеров. Эта форма может меняться под воздействием сжатого воздуха. Так, можно раздуть расплав ещё больше, а можно направить его в зазор между валков элеватора, что приведёт к сплющиванию материала и его оседанию на дне машины в виде рукава.

Полученный материал можно разрезать с одной или обеих сторон с помощью фальцевателей. С применением специальных ножей можно разрезать полученное изделие после прохождения им сушки на небольшие отрезки.

Достоинства

Экструдер обладает высоким уровнем производительности в сочетании с небольшими эксплуатационными расходами. Для полноценного функционирования такого оборудования не нужно большое количество обслуживающего персонала и глубокие знания химических процессов. Его легко установить и запустить в работу. При корректном использовании машина не требует частого ремонта. Возможность регулирования различных параметров экструдера позволяет получать качественные материалы различной толщины и ширины, необходимой производителю.

Принцип работы экструдера полимеров

Существует такое устройство, как экструдер, который предназначен для работы с полимерами. Он имеет различный уровень производительности. Если вам необходимо приобрести станок, в нашем интернет-магазине представлен широкий ассортимент по доступным ценам. Вы получаете гарантию на один год эксплуатации, кроме этого, специалист предварительно проведет инструктаж по работе с таким устройством. Рассмотрим детально принцип работы экструдера полимеров.

Принцип работы экструдера зерновых

Экструдер зерновых работает за счет того, что в частицах зерна, находящихся в камере закрытого типа, при нагревании происходит нарастание внутреннего давления за счет испарений влаги. Из-за мгновенной разгерметизации камеры происходит расширение паровоздушной смеси, что приводит к увеличению объема зерновых частиц.

В комбикормовой промышленности чаще всего используются одношнековые механизмы с постоянным шагом и цилиндрической формой шнека.

экструдеров такой конструкции использует набор шнеков, а между ними в четко определенной последовательности находится несколько подпорных шайб, а шнеки и шайбы на шпильке закрепляются при помощи болта с конусной головкой.

Кожух рабочей части изнутри оснащается несколькими продольными каналами, которые гарантируют, что продукт не будет перекручиваться во время перемещения. На выходе кожуха имеется обычная конусная гайка, снабженная отверстием.

Регулирование зазора между конусами болта крепления шнеков с выходной гайкой позволяет регулировать температуру продукта.

Читайте также  Камаз 55111с технические характеристики

Экструдер. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

Экструдер – машина для производства длинномерных изделий из пластичных или сыпучих веществ. Аппарат пропускает загруженные материалы сквозь тонкое отверстие под высоким давлением, иногда с предварительным подогревом, что приводит к уплотнению вещества. Подобные машины нашли широкое применение в различных сферах производства.

Где используется экструдер
Экструдеры нашли широкое применение в различных отраслях современной промышленности. Их применяют для производства:
  • Кормов для животных.
  • Шоколадных батончиков.
  • Макаронных изделий.
  • Провода для 3D принтеров.
  • Пластиковых труб.
  • Профиля из поливинилхлорида.
  • Полиэтиленовой пленки.
  • Топливных брикетов.

Оборудование, работающее по типу экструдера, встречается повсеместно. Без него не обошлось производство гранулированного корма для животных, а также макарон, длинномерных пустотелых изделий из пластика и т.д. Системы, используемые для определенных целей, имеют небольшие отличия в техническом плане, но работает по одинаковому принципу.

Разновидности экструдеров по принципу работы
По принципу работы экструдеры разделяют на 3 вида:
  1. Шнековые.
  2. Плунжерные.
  3. Плоскощелевые.

Шнековый экструдер является самым распространенным. Он работает по принципу мясорубки. Внутри устройства имеется вращающийся шнек со спиралью, который захватывает загружаемый материал и продавливает его сквозь тонкое отверстие. В результате масса уплотняется и приобретает твердость. От создаваемого давления поднимается температура сырья, что способствует увеличению эффективности сварки компонентов. Подобные виды являются самыми дешевыми по сравнению с другими. Кроме конструкции с одним шнеком также существуют и двухшнековые экструдеры. Они создают еще более эффективное сжатие, но и стоят дороже. Подобные устройства обычно используют для производства кормов, а также различных изделий пищевой промышленности.

Плунжерные экструдеры в отличие от шнековых проводят точное дозирование материала, перед тем как задать ему определенную форму. Подобные устройства применяют для переработки резины или пластика.

Плоскощелевые экструдеры предназначены для производства рулонных изделий, таких как стрейч-пленка, пленка для теплиц, пластиковые и пропиленовые листы. В них подогретый и тягучий материал выдавливается сквозь плоскую широкую щель и быстро охлаждается, в результате чего тот сохраняет свою форму. Подача материала осуществляется с помощью гидравлического пресса, шнека, или другим механизмом.

Кормовые экструдеры

Кормовые экструдеры обычно представлены оборудованием со шнековой конструкцией. Они предназначены для переработки зерновых культур, а также травянистых растений в комбикорм. Существует две разновидности подобных систем. Первая просто осуществляет экструзию, давая на выходе длинную трубку, а вторая создает готовые гранулы.

Обычные экструдеры

Обычная экструзия позволяет перерабатывать цельное зерно в длинную хрустящую трубку, которая на выходе поддается дроблению в хлопья. Такой корм является более приемлемым, чем сырье загружаемое для переработки. Дело в том, что в результате сдавливания осуществляется прогрев массы. Это способствует уничтожению подавляющего большинства микроорганизмов, которые способны вызывать пищевые расстройства. Кроме этого питательные вещества запекаются как в духовке, что улучшает их усваивание организмом животного.

Фактически, благодаря экструзии можно используя такой же объем корма добиться более высоких показателей роста животных. Подобное оборудование имеет и недостаток. Получаемую в результате трубку зачастую необходимо разламывать на хлопья вручную. Также существует сложность в отмеривании порции. В зависимости от того насколько крупные хлопья, фактическая масса продукта в определенном объеме может отличаться. В связи с этим при отмеривании порции для кормления принято ее взвешивать, а не использовать мерную тару.

Грануляторные экструдеры

Экструдер работающий по принципу гранулятора является менее эффективным в плане обеззараживания загруженной массы. На выходе получаются мелкие гранулы, которые обладают высокой твердостью. Они не столь хрупкие, как пищевые трубки обычного экструдера. С целью повышения качества продукции зачастую осуществляется обработка сразу двумя способами экструзии. Сначала формируются хлопья, которые эффективно прожариваются, после чего применяется грануляторный экструдер.

Подобное оборудование работает по принципу мясорубки. Сквозь пресс-форму выдавливаются прутики корма, которые обрезаются вращающимся ножом. Благодаря этому получаются полностью идентичные друг другу гранулы. При использовании гранулярного экструдера загружается не цельное зерно, а ранее перемолотые смеси. Зачастую в их состав входят зерновые культуры, витамины, микроэлементы, травяная мука, а также сухое мясо, если речь идет о корме для собак, кошек или других плотоядных животных.

Экструдеры для пищевой промышленности

Особой популярностью экструдеры пользуются в пищевой промышленности. Подобные устройства используются для формирования различных продуктов. Они работают не только с сухими веществами, но и влажными. К примеру, такие изделия как крабовые или рыбные палочки делаются именно с помощью такого оборудования. Загруженная масса уплотняется и выдавливается. Подобные устройства зачастую работают без нагрева, просто уплотняя холодную массу. Множество батончиков и конфет также делаются по данному принципу. Выдавленные заготовки в последствии обливаются горячим шоколадом, благодаря чему грубая формовка экструдером незаметна.

Один из самых старых экструдеров, которые используются в пищевой промышленности, являются формовочные машины для производства макаронных изделий. Они также работают по шнековому принципу. Их конструкция практически ничем не отличается от кормового экструдера. При этом существует одно важное отличие. В них загружается не сухая масса, а готовое тесто из твердых сортов пшеницы. Ранее подготовленное и хорошо раскатанное с помощью валиков до однородной субстанции тесто продавливается сквозь формовочную головку, в результате чего получаются макаронные изделия. Далее вращающийся нож обрезает их на одинаковом расстоянии, после чего на конвейерную ленту падают уже готовые макароны.

Фармакологическое оборудование

Экструдеры нашли свое применение и в фармакологии. Многие таблетки, а также батончики гематогена сделаны именно с помощью подобного оборудования. В фармакологии, где очень важна дозировка, зачастую используется не шнековые, а плунжерные установки. Они позволяют с высокой точностью добиться того, чтобы каждая таблетка полностью соответствовала требуемой массе, поскольку даже сотая доля миллиграмма действующего вещества может иметь огромное значение в лечении.

Экструдеры для производства полимерных изделий

Экструдер стал находкой для промышленных предприятий, которые занимаются производством полимерных изделий. Себестоимость использования этого оборудования максимально выгодная. Оно стоит дешевле, чем установки действующие по другим принципам, а кроме этого обеспечивают вполне качественный результат. Экструдеры нашли свое применение в самых разнообразных сферах переработки полимеров.

Существуют устройства, которые предназначены для переработки вторсырья. Отработанные ПЭТ бутылки, пластиковые пакеты, и прочие изделия из полимеров измельчаются с помощью промышленных шредеров, после чего крошка загружается в экструдер для вторсырья. Он расплавляет массу и формирует из нее мелкие гранулы. Попутно данное оборудование может использовать краску, чтобы выровнять цвет всей массы. Полученные таким способом гранулы продаются на различные предприятия, которые делают из них канализационные трубы, тротуарную плитку, ведра и прочие изделия.

Стоит отметить, что экструдеры, которые используются для обработки полимеров, имеют более сложную конструкцию в сравнении с теми, что работает с пищевыми продуктами для людей или животных. Данные установки имеют дополнительную систему нагрева, которая обеспечивает текучесть пластика, доводя его консистенцию практически до состояния сгущенки. После выхода материала из такого экструдера обеспечивается дополнительное охлаждение. Это позволяет вернуть полимеру его нормальную твердость, что предотвращает нарушение заданной формы полученным изделием.

Самыми технически сложными являются экструдеры, которые занимаются изготовлением профиля для пластиковых окон, а также труб. После того как материал проходит сквозь пресс-форму, он обладает еще повышенной мягкостью, поэтому с помощью системы валиков пропускается через ванну для охлаждения. Также на подобной экструдерной линии устанавливается ультразвуковое оборудование для тестирования стенок изделий. В случае выявления пустот или тонких участков осуществляется предупреждение оператора о необходимости наладки.

Особого внимания заслуживают экструдеры предназначенные для производства пленок. Они имеют плоскую щелевую пресс-форму, сквозь которую выдавливается полиэтилен или другой материал. После прохождения сквозь формовочный пресс, масса приобретает плоскую форму и сразу же охлаждается вентиляторами. Она накручивается на валик до его заполнения. После этого пленка обрезается, и процесс начинается заново.

Подобные экструдеры особенно требовательные к загружаемому сырью. Оно не должно иметь никаких примесей. Если оборудование, которое занимается производством труб, может стерпеть мелкий сор, то на пленке это будет заметно. В связи с этим используя такой экструдер необходимо позаботиться о соблюдение чистоты на производстве.

Разновидности экструдеров и их назначение

Незаменимым оборудованием при изготовлении изделий из пластмассы является экструдер.

Внутри этого аппарата происходит расплав полимерной основы, которая, приобретя нужную консистенцию, проходит через сопла (фильеры), формирующие изделия заданной формы. Таким образом, изготавливаются и профили, и самые разнообразные детали.

Принцип работы экструдера

Чтобы понять, как работает экструдер, достаточно представить себе привычную мясорубку. Принцип действия этих устройств во многом совпадает. Экструдер представляет собой электромеханический аппарат, который состоит из нескольких главных блоков:

    Цилиндр, в котором сырьё, перемешиваясь внутри, прогревается до заданной температуры. Уровень нагрева обычно устанавливается оператором. Он зависит от типа сырья, а точнее от температуры плавления полимера. Обычно это несложные резистивные системы, отличающиеся надёжностью и долговечностью. Так, на нагрев цилиндра используют кольцевые нагреватели.

Фильерная пластина (экструзионная головка), дающая готовому изделию форму. Она устанавливается на экструдерах, производящих профиль. В случае если производятся различного вида пластмассовые изделия, разогретая полимерная масса через сопло поступает в пресс-форму. Для нагрева сопла устанавливаются отдельные хомутовые нагреватели на сопло

Узел загрузки сырья. Через него гранулированное или измельчённое полимерное сырьё попадает внутрь цилиндра.

Рабочий орган. Сердцем экструдера является червяк (шнек) — вал с винтовой поверхностью, который, вращаясь, увлекает с собой сырьё, проталкивая его по цилиндру к формирующим насадкам. Это самый распространённый вид экструдера. Реже встречаются устройства, оснащённые поршневым рабочим органом, а также его дисковым аналогом.

Механический блок, состоящий из электродвигателя и системы редукторов, с помощью которых осуществляется вращение шнека в цилиндре.

  • Блок управления и контроля.
  • Типы экструдеров

    Как было упомянуто выше, шнековые экструдеры иногда называются «червячными». Это название происходит от того, что полимерная масса в цилиндре перемешивается и перемещается при помощи винта Архимеда.

    В большинстве своём экструдеры имеют один шнек и работают по тому же принципу, что и мясорубка. Однако, производство некоторых видов продукции требует более тщательного перемешивания сырья, и в этом случае используются механизмы с двумя (а иногда и больше) шнеками. Это необходимо, например, в том случае, если сырьё подаётся в порошковом состоянии. В таком случае одношнековый экструдер не сможет достаточно хорошо перемешать его и соответственно создать нужное давление на выходе.

    Читайте также  Объем миксера бетоновоза Камаз

    Виды экструдеров

    Экструдер для профиля из поливинилхлорида (ПВХ)

    Самым простым и дешёвым способом производства полимерного или композитного профиля является, как раз экструзия. Характер используемого сырья и сложность получаемого изделия определяют необходимость выбора одношнекового или двухшнекового экструдера, а также соответствующих фильерных пластин.

    Таким способом производят тончайшие нити, полосы, листы, панели и профили сложной геометрии. Принцип везде одинаков. Иногда в полимерную основу добавляют различные примеси, которые позволяют производить композитные материалы различного назначения.

    Трубный экструдер

    Пластиковые трубы также производят на похожих линиях. Особенность их изготовления заключается в специальном требовании к полимерной смеси. В готовой смеси не должно быть пузырьков газа, которые могут сделать стенки труб неоднородными и непрочными. С этой целью в данных экструдерах устанавливается специальный дегазатор. Кроме того, в экструдерах для труб применяются двухшнековые установки с барьерными шнеками, которые позволяют добиться однородного и равномерно прогретого до нужной температуры сырья.

    Изготовление полиэтилена

    Экструзионным способом производятся и все виды полимерных плёнок. На производстве с этой целью используют выдувной экструдер, который позволяет устанавливать необходимую толщину и ширину продукта. Формирующий узел представлен тонкой щелью. Иногда применяются щелевые фильеры, выдувающие плёнку в форме рукава. Аппараты для изготовления плёнки небольшой ширины компактны и не потребляют много энергии.

    Технологическая линия

    На производстве экструдер является основным элементом экструзионной линии, которую также составляет ряд прочих устройств.

    Производственные линии также включают:

    Систему приготовления сырьевых материалов и их подачи. Особенно важен этот узел при производстве материала из композита. Порой сырьё нуждается в дополнительной просушке, калибровке, дроблении.

    Систему охлаждения. Сырьё, покидая экструдер, всё ещё разогрето до высокой температуры. Для его скорейшего охлаждения применяются системы воздушного или водяного охлаждения. К примеру, ПВХ профиль может охлаждаться при помощи воздушных или водяных ванн. Обязательное охлаждение предусмотрено и при использовании пресс-форм. В противном случае формы могут разогреваться до высоких температур, и готовое изделие может потерять заданную форму, если не снизить достаточно его температуру.

    • Маркирующие системы.
    • Ламинирующие системы.
    • Намоточные и отрезные устройства.

    Кроме перечисленных аппаратов иногда применяются иные устройства, позволяющие отпускать продукт в удобном для упаковки и перевозки виде.

    Экструдеры — принцип действия, назначение и типы

    Экструдер – это незаменимое оборудование при производстве изделий из пластмассы. Внутри данного устройства выполняется расплав полимерного состава, который, приобретя требуемую консистенцию, перемещается по соплам (фильерам). Последние формируют продукцию необходимой формы. Так создаются самые различные детали. Сегодня можно встретить экструдер для кормов и аппараты для иной продукции.

    Принцип действия агрегата

    Работа экструдера схожа с принципом действия привычной мясорубки. Экструдер – это специализированный электромеханический аппарат, состоящий из следующих основных элементов:

    — цилиндра. В нем сырье перемешивается и прогревается до требуемых температурных показателей. Величину нагрева устанавливает оператор. Это значение зависит от вида сырья и температуры плавления полимерного материала. Частую, это простые резистивные системы, характеризующиеся долговечностью и надежностью. Для прогрева цилиндра применяются кольцевые электронагреватели,

    — экструзионной головки (фильерная пластина). Дает нужную форму готовому изделию. Устанавливаются на аппаратах, которые производят профиль. Если изготавливаются разного рода пластмассовые продукты, то полимерная масса, разогретая до требуемых значений, поступает в специальную пресс-форму. Для прогрева сопла применяются отдельных хомутовые электронагреватели,

    — узла загрузки сырья. Проходя через него, измельченное либо гранулированное сырье попадает в цилиндр. Стандартный экструдер для глины может оснащаться узлами загрузки самых различных размеров,

    — рабочего органа. Шнек является сердцем аппарата. Червячные шнеки для экструдера, вращаются и проталкивают сырье по цилиндру к насадкам формирования изделия. Реже встречаются приборы, укомплектованные поршневым рабочим органом либо его дисковым вариантом,

    — механического блока. Состоит из системы редукторов, электрического двигателя,

    — блока контроля и управления.

    Шнековые экструдеры нередко именуют «червячными». Данное название пошло из-за того, что полимеры в цилиндре перемещаются и перемешиваются с помощью винта Архимеда.

    Ручной сварочный экструдер работает по одному принципу с обычной мясорубкой. Но, изготовление определенных вариаций продукции требует существенно более тщательного перемешивания материала. Для этого могут применяться механизмы, дополненные двумя и более шнеками. Это нужно, когда сырье подают в цилиндр в состоянии порошка.

    Типы экструдеров

    Сегодня существует множество вариаций данных устройств, предназначенных для производства различных изделий. Это может быть экструдер для мастики, глины или иных материалов. Выделим наиболее востребованные на современном рынке вариации:

    — экструдер для профиля из ПВХ,

    — устройство для производства полиэтилена,

    — экструдер для зерна и иных сыпучих материалов.

    Экструдеры для профиля из ПВХ

    Экструзия считается самым дешевым и простым методом изготовления композитного либо полимерного профиля. Сложность производимого изделия и характер применяемого сырья предопределяют необходимость выбора одно- либо двухшнекового экструдера и специальных фильерных пластин.

    Благодаря использованию такой методики могут производиться тончайшие панели, листы, полосы, нити, а также профили со сложной геометрией. Принцип работы во всех случаях одинаков. В некоторых ситуациях в полимерную смесь добавляются разные примеси, позволяющие создавать композитные материалы всевозможного назначения.

    Трубные экструдеры

    Пластиковые трубы также изготавливаются на похожих производственных линиях. При создании трубной продукции особые требования предъявляются к полимерным смесям. В готовом составе должны отсутствовать пузырьки газа, способные сделать стены изделий непрочными и неоднородными. Для недопущения таких факторов экструдеры оснащаются дегазаторами. Помимо этого, в трубных экструдерах используются двухшнековые механизмы с барьерными шнеками. Они помогают добиваться равномерно прогретого и однородного сырья.

    Устройства для изготовления полиэтилена

    Все типы полимерных пленок также создаются экструзионным методом. Для этих целей применяются выдувные экструдеры, позволяющие устанавливать требуемую ширину и толщину продукции. Формирующая деталь представлена тонкой щелью. Реже используются щелевые фильеры, способные выдувать пленку в форме обычного рукава. Приборы для производства пленок незначительной ширины отличаются компактностью и энергоэффективностью.

    Технологические линии

    Экструдер считается главным компонентом экструзионной линии на производстве. Стандартные производственные линии состоят из следующих элементов:

    — системы приготовления сырья и его подачи. Этот узел особенно важен при изготовлении материалов из композитов. В некоторых случаях используемые составы нуждаются в дополнительном дроблении, калибровке, просушке,

    — системы охлаждения. Могут быть водяными либо воздушными. Обязательное охлаждение необходимо при применении пресс-форм.

    Метод экструзии полимеров (пластмасс)

    Экструзия – это процесс плавления полимера (допустим, полиэтилена), в результате которой он превращается в изделие определенного размера. Общая технология экструзии всегда одна и та же, но некоторые факторы изменяются в зависимости от толщины, которую необходимо получить. После плавки полиэтилен сушится воздухом, и этот процесс тоже считается частью экструзии. Машина, которая выполняет данную работу, называется экструдером. В наше время это самый распространенный метод создания полиэтиленовой пленки.

    Описание процесса экструзии

    Такая сложная и комплексная процедура не может выполняться без соответствующего оборудования. Для получения качественной пленки необходим надежный и исправно работающий экструдер. Для начала в бункер машины загружаются полиэтиленовые гранулы, а затем включается функция нагрева. Вскоре гранулы плавятся и превращаются в вязкую прозрачную массу. Это и есть основа будущей пленки.

    Вязкая масса проходит сквозь узкие отверстия, которые формируют кольцо. Результатом этой операции является «труба» из пленки. Как правило, в экструдерах предусмотрена функция изменения диаметра этой «трубы».

    Затем пленка подвергается воздействию сжатого воздуха, после чего меняет форму. Она становится похожей на сильно вытянутый по вертикали баллон. Посреди валков элеватора находится небольшой зазор, в области которого соединяются края «баллона». Как результат, пленка оседает на дно экструдера и представляет собой сплюснутый рукав.

    Нередко для изготовления полиэтиленовых пакетов применяются фальцеватели. В результате получается рукав с фальцовкой. Если изготовитель хочет сразу же нарезать пленку, то в конце сушки он применяет специальные ножи.

    Особенности экструзии

    Метод экструзии почти одинаков для большинства полимеров. Но температура плавки у каждого своя. Производители полиэтиленовой пленки пользуются расчетными номограммами, чтобы точно определять температуру, при которой плавятся те или иные термопласты. Чаще всего для плавки используются:

    • полиэтилен;
    • полипропилен;
    • поливинилхлорид;
    • полиформальдегид;
    • полистирол.

    В отличие от большинства плавящихся веществ, температура плавления полимеров может колебаться в довольно широком диапазоне. Так, полиэтилен плавится при температуре от 100 до 125°С, а различные виды полипропилена могут требовать температуру от 80 до 170°С. Это обуславливается составом полимеров, а также условиями проведения экструзии.

    Экструзия полимеров требует от изготовителя пленки высоких профессиональных знаний. К примеру, поликарбонат и полиметилметакрилат – это полимеры с высокой вязкостью, которые при неосторожном превышении температуры могут потерять свои ключевые свойства.

    Как известно, изначально полиэтилен существует в виде порошка. Но для того, чтобы загрузить его в экструдер, нужно сначала добиться гранулированной формы. Для этого проводятся следующие операции:

    1. Литье или прессование (иногда применяются другие методы) для получения цельной массы полимера.
    2. Плавка с последующим пропусканием через круглые отверстия (диаметр – от 1,5 до 2,5 мм).
    3. Нарезка полученной толстой нити на небольшие гранулы.

    Только после этого полиэтилен можно загружать в экструдер. Аналогичные операции нужно проделывать и с полипропиленом, а также с некоторыми другими полимерами. Практически любая линия экструзии может работать со всеми полимерами, но машины не в силах сами подстраиваться под изменение материала.

    Плавление и охлаждение полиэтилена

    Экструзия полиэтилена мало отличается от экструзии других полиолефинов, но нужно помнить одну важную вещь. При плавке полиэтилена выделяется намного больше тепла, чем, скажем, при плавке «родственного» полипропилена. Поэтому, если в прошлый раз экструдер работал с полипропиленом, а теперь необходимо экструдировать полиэтилен, то перед началом работы нужно снизить мощность нагревателей. Если пренебречь этим правилом, то пленка будет кристаллизоваться, станет хрупкой и непрозрачной.

    Такой же результат – помутнение и хрупкость – ожидает и при неправильном охлаждении. Полиэтилен нужно охлаждать быстро и интенсивно. Если полимер будет слишком долго сохранять свое тепло, то начнется кристаллизация, которая в первую очередь скажется на прозрачности, а потом и на ударопрочности пленки.

    Процесс экструзии с помощью кольцевого зазора (именно он был описан в начале статьи) имеет один существенный недостаток. Полученная пленка имеет неравномерную толщину и часто образовывает складки. Чтобы снизить риск этих побочных явлений, была сконструирована специальная головка экструдера. Ее внутренние и наружные стенки одновременно вращаются, минимизируя разброс толщины. Шанс появления складок тоже заметно падает.

    Читайте также  Вакуумные насосы для ассенизаторских машин принцип работы

    Несмотря на этот недостаток, кольцевой зазор – лучший способ экструзии из ныне существующих. Именно он лежит в основе большинства полиэтиленовых изделий, которые используются на производствах, при строительстве и в быту.

    Коронаторная обработка пленки после экструзии

    Существуют специальные приспособления – коронаторы, которые применяются для обработки наружной поверхности пленочных рукавов. Они обдают пленку коронными разрядами тока. Данная процедура является необходимой, если изготовленная пленка будет подвергаться флексопечати.

    Структура любого полимера – не волокнистая, поэтому краска будет легко держаться на на пленке и без дополнительной обработки (клейка, стимуляция и т.д.). Но использование коронаторов обязательно, ведь без них краска будет слезать с пленки в течение нескольких секунд. Краска, какой бы она ни была, превратится в каплю и будет спокойно передвигаться по полимерной пленке. Коронные разряды тока обеспечивают для пленки и краски валентную связь, и изначальная форма сохраняется на долгое время.

    Дефекты пленки и их устранение

    Такой сложный процесс, как экструзия пластмасс и полимеров, нечасто может обойтись без погрешностей. В большинстве случаев возникают недочеты, которые необходимо устранить. Поэтому мы рассмотрим основные погрешности при экструзии полиэтилена, а также опишем способы их устранения:

    1. Плохая прозрачность пленки. Эта проблема чаще всего решается повышением температуры плавки, а также повышением (или, наоборот, понижением) интенсивности охлаждения. Если ни один из способов не помогает, то остается только сменить марку полиэтилена.
    2. Посторонние вкрапления. Для решения этой проблемы нужно проверить, правильно ли хранится сырье (гранулированный полиэтилен), а также протестировать его качество.
    3. Полосы на пленке. Чаще всего они бывают продольными, реже – поперечными или хаотичными. Почти всегда это связано с плохим состоянием головки экструдера. Ее необходимо отполировать и очистить от нагара.
    4. Потускнение поверхности пленки. Чтобы избавиться от этого неприятного эффекта, нужно снизить температуру плавки, поднять давление во время экструзии, снизить скорость вращения шнека, отполировать головку экструдера.
    5. Шероховатость поверхности. Для избавления от этой проблемы можно отполировать головку и повысить температуру плавки, а также подсушить полиэтиленовые гранулы. Но это не всегда помогает, и тогда приходится заменять партию полимера.

    Отдельного внимания заслуживает проблема разнотолщинности, которая уже была описана выше. Неравномерная толщина может иметь разный характер, и в зависимости от этого варьируется способ устранения проблемы:

    • если раздутый рукав полностью асимметричен, то нужно изменить размер зазора по периметру, а также проверить, равномерно ли прогревается головка экструдера;
    • если разнотолщинность проявляется только поперек рукава, то нужно также изменить размер зазора и отрегулировать температуру плавки;
    • если разнотолщинность проявляется только вдоль рукава, то нужно изменить скорость его отвода, отрегулировать скорость вращения шнека, параметры температуры и охлаждения.

    Заключение

    Итак, экструзия – это процесс, при котором полиэтилен из гранулированного материала превращается в прозрачную пленку. Данная процедура является комплексной и требует не только специального оборудования, но и профессиональных навыков человека, который будет работать с экструдером. Тем не менее, при создании изделий из полимеров без экструзии обойтись невозможно.

    Экструдеры для пластика — принцип действия и сферы применения

    Одной из основных технологий переработки пластмасс и изготовления из них разнообразных деталей и профильной продукции является экструзия. Заключается она в приготовлении расплава полимеров с последующим продавливанием его через формующие сопла – специальные насадки, придающие материалу заданную форму. Главным элементом производственной линии, использующей подобную методику, является экструдер для пластика.

    Принцип работы экструдера

    Экструдер представляет собой электромеханическое устройство, непосредственное предназначенное для процесса формовки пластмассовых профильных деталей их полуфабрикатов. Общее устройство экструдера для пластика:

    • Корпус с системой нагрева до необходимой температуры плавления полимеров. В качестве источника тепловой энергии могут использоваться привычные резистивные системы или индукционные, создающие высокие температуры за счет наведенных на их корпус высокочастотных индукционных токов Фуко.
    • Узел загрузки, через который различными способами сырье поступает в полость корпуса.
    • Рабочий орган, создающий необходимое давление для перемещения сырья от узла загрузки до формующих насадок. Используются различные физические принципы, так это механизм может быть поршневым, дисковым или шнековым. Наибольшее распространение получили именно шнековые экструдеры.
    • Экструзионная головка (иначе – фильера), задающая форму получаемых изделий.
    • Механический привод (двигатель и редукторная система), создающий и передающий на рабочий орган необходимое усилие.
    • Системы контроля и управления, поддерживающие необходимый технологический режим.

    Загруженное в виде гранул, порошка или лома сырье под действием рабочего органа перемещается в рабочую зону корпуса, где под действием давления, трения и подаваемой извне температуры нагревается и плавится до состояния, требуемого по условиям технологического процесса.

    В ходе движения в полости корпуса сырье тщательно перемешивается до однородной гомогенизированной массы.

    Под действием высокого давления расплав продавливается через сетчатые фильтры и формующие головки, где происходят его окончательная гомогенизация и придание заданного профиля.

    Затем, охлаждаясь естественным или принудительным способом, он полимеризуются, и в итоге получаются изделия необходимой конфигурации с заданными физическими и механическими свойствами.

    Видео: «Как работает экструдер?»

    Виды экструдеров

    Современные экструзионные установки различаются как по схеме рабочего органа, так и по своему целевому предназначению.

    Экструдеры одношнековые и двухшнековые

    Шнековые (червячные) экструдеры – наиболее распространенные, так как практически в полной мере отвечают всем требованиям технологического процесса. Рабочим органом выступает шнек экструдера (винт Архимеда, известный каждому хотя бы по домашним мясорубкам).

    Лопасть шнека экструдера захватывает сырье в области загрузки и перемещает последовательно по всей длине цилиндра корпуса, через зону нагрева, гомогенизации и формовки. В зависимости от технологической карты и вида исходного материала шнеки могут быть нормальными или быстроходными, цилиндрической или конической формы, сужающиеся к выходу. Одним из главных параметров является соотношение рабочего диаметра шнека к его длине. Различаются также шнеки шагом витков и их глубиной.

    Однако одношнековые экструдеры не всегда применимы. Например, если в качестве сырья используется порошковый полуфабрикат, один винт не справится с тщательным его перемешиванием в ходе расплавления и гомогенизации.

    В подобных случаях применяют двухшнековые экструдеры, винты которых могут находиться во взаимном зацеплении, совершать параллельное или встречное вращательное движение, иметь прямую или коническую форму.

    В результате процессы разогрева, смешения и гомогенизации проводятся более тщательно, и на головку поступает полностью однородная и дегазированная масса.

    Нельзя не отметить, что в некоторых технологических процессах применяются экструдеры и с большим количеством шнеков – до четырех, а кроме того, существуют и планетарные автоматы, когда вокруг центрального винта вращается до 12 сателлитных.

    Это бывает необходимым при работе с некоторыми видами пластиков, которые под действием высоких температур имеют свойство к деструкции – потере физических качеств. Таким образом, их нагрев в подобных экструдерах осуществляется за счет силы трения и создаваемого высокого давления.

    Экструдер для ПВХ профиля

    Производство пластиковых или композитных профилей в большинстве случаев производится именно методом экструзии. Для этого, в зависимости от материала и сложности формы изделия, используют одно- или двухшнековые аппараты с соответствующими формующими головками.

    Ассортимент весьма обширен – от тонких нитей или полос до листов, крупных панелей и сложных по геометрии профилей. Ставшие всем привычные пластиковые оконные и дверные системы собираются из ПВХ-профилей, изготовленных именно таким способом.

    Добавка в полимер специальных компонентов позволяет выпускать сложные композиты, например, дерево-пластиковые конструкции, которые также часто применяются при изготовлении различных строительных конструкций.

    Экструдер для производства труб

    При производстве трубной продукции очень важным условием является отсутствие в гомогенизированной смеси пузырьков газа, поэтому экструдеры для труб в обязательном порядке оснащаются системой дегазации. Обычно это – двухшнековые установки, в которых, помимо прочего, применяются так называемые барьерные шнеки, надежно разделяющие еще твердый полуфабрикат от полностью расплавленного. Это обеспечивает полную однородность состава, что очень важно для эксплуатационных качеств выпускаемой трубы.

    Экструдеры для полиэтилена

    Все полимерные пленки изготавливаются исключительно способом экструзии. Для производства плёнок используется выдувной экструдер. Формующий узел экструдера для стрейч пленки может быть выполнен в виде узкой щели –на выходе получается однослойная пленка необходимой толщины и ширины.

    В некоторых моделях используются круглые щелевые фильеры большого диаметра – пленка получается в виде рукава.

    Мини экструдеры для пленки производят полиэтилен шириной рукава до 300мм и толщиной до 600 мкм. Небольшой размер устройства позволяет установить его даже в обычном помещении.

    Экструзионные линии

    В промышленных условиях экструдер – это один из главных компонентов целой экструзионной линии, которая включает, помимо него, ряд других установок и механизмов:

    • Система подготовки и загрузки сырья – иногда полуфабрикат нуждается в предварительной просушке и калибровании перед подачей в загрузочный бункер.
    • Система охлаждения – устанавливается на выходе экструдера для ускорения процесса полимеризации изделий. Могут быть различного типа – воздушные или в виде охлаждающих ванн.
    • Механизмы протяжки готовых профилей.
    • Маркирующие и ламинирующие системы различного принципа действия.
    • Намоточные и отрезные механизмы для приведения изделий в требуемый для складского хранения и транспортировки вид.

    Могут использоваться и другие механизмы и технологические устройства для автоматизации непрерывного процесса производства.

    Производители экструзионных линий

    Экструзионные линии пользуются огромным спросом, и их производство налажено во многих странах Европы и Азии. Традиционными лидерами в производстве подобного оборудования считаются австрийские производители, практикующие выпуск подобных линий еще с середины прошлого столетия. Европейские системы всегда отличали высочайшее качество, использование самых современных инновационных разработок в области технологии обработки пластмасс.

    В последнее время на рынок экструзионных линий активно поставляется продукция китайских производителей. Вопреки расхожему мнению, это вовсе не говорит о ее низком качестве – и надёжность, и характеристики выпускаемого оборудования в целом отвечают современным требованиям. Кроме того, цены на экструдеры из Китая могут быть значительно ниже европейских.

    Стараются не отстать от жизни и отечественные промышленники. Так, пользуются спросом экструзионные линии «Полипром Кузнецк», выпускаемые в Пензенской области, или «Группы компаний СТР» из подмосковных Подольска и Воскресенска.

    Цена на экструдеры для пластика варьируются от страны-производителя и индивидуальных характеристик устройства.