Изготовление методом экструзии
Изготовление методом экструзииЭкструзия (технологический процесс)
=== Скачать файл ===
В настоящее время существует два основных способа производства пленки методом экструзии: В общих чертах любой экструзионный агрегат включает в себя сам экструдер, формующий инструмент — головку, устройство охлаждения, приемное и тянущее устройства. Для различных методов конструкция головок и остальных устройств имеет принципиальные отличия, однако устройство экструдера и принцип работы формующего инструмента одинаков для обоих способов. Кратко рассмотрим здесь в общих чертах принцип работы экструзионного агрегата. Экструзия это непрерывный технологический процесс, заключающийся в продавливании материала, обладающего высокой вязкостью в жидком состоянии, через формующий инструмент головку , с целью получения изделия с поперечным сечением нужной формы. В промышленности переработки полимеров методом экструзии изготавливают различные погонажные изделия, такие, как трубы, листы, пленки, оболочки кабелей и т. Основным технологическим оборудованием для переработки полимеров в изделия методом экструзии являются одно — и многочервячные экструдеры. Главным требованием, предъявляемым к червячным машинам, является гомогенизация расплава, как по массе, так и по температуре при максимальной производительности и равномерное распределение различных добавок. По характеру протекающих в канале червяка экструдера процессов можно условно разделить червяк на несколько зон: Каждая зона имеет свои особенности. Полимер в виде гранул или порошка поступает через загрузочную воронку в винтовой канал червяка и увлекается им за счет разности сил трения между полимером и стенкой цилиндра и полимером и стенками винтового канала. По мере движения полимера по червяку в нем развивается высокое гидростатическое давление. Трение, возникающее на контактных поверхностях при движении полимера, вызывает разогрев полимера. Выделяющееся при этом тепло идет на нагревание полимера. Некоторая часть тепла подводится также и от расположенных на цилиндре нагревателей. По мере движения твердой пробки по каналу червяка давление в ней возрастает, пробка уплотняется, ее поверхность, соприкасающаяся с внутренней стенкой цилиндра, нагревается, и на ней образуется тонкий слой расплава. Постепенно толщина этого слоя увеличивается, и в тот момент, когда она станет равна толщине радиального зазора между стенкой корпуса и гребнем винтовой нарезки червяка, последний начнет соскребать слой расплава со стенки, собирая его перед своей толкающей гранью. Это сечение червяка является фактическим концом зоны питания и началом зоны плавления. Зона плавления — наиболее сложная из зон червяка — характеризуется пребыванием в канале полимерного материала в двух состояниях: Механизм плавления полимерной пробки подробно описан в соответствующей литературе. В настоящей работе он рассматриваться не будет. Сечение червяка, в котором начинается дробление пробки, принято считать концом зоны плавления. Течение расплава полимера в зоне дозирования происходит под действием сил вязкого трения, развивающихся вследствие относительного движения червяка и стенки цилиндра, подобно течению жидкости в винтовых насосах — по винтовой траектории. Принято представлять это течение как сумму двух независимых движений: Объемный расход поступательного течения лимитирует скорость движения пробки гранул в пределах зон питания и плавления и, следовательно, определяет производительность экструдера. Циркуляционное течение обеспечивает гомогенизацию расплава, выравнивает его температуру, что позволяет использовать экструзию для смешения. По выходе из зоны дозирования материал попадает в головку экструдера, где происходит формование расплавленного полимера в изделие с требуемым поперечным сечением. Внутри головки расположен канал, сечение которого меняется от круглого с диаметром равным внутреннему диаметру цилиндра на входе до соответствующего профилю изделия на выходе. Для оценки картины течения расплава в таком канале необходимо знать вязкость расплава при соответствующих скоростях сдвига и температурах, а также зависимости, связывающие значения вязкости с величинами расхода и давления в различных точках канала. Суммируя перепады давления на отдельных участках, можно подсчитать общий перепад давления в головке и расход потока. Это особенно актуально для термочувствительных материалов, таких как ПВХ. Универсальная экструзионная линия ЭКСТЛАЙН У для производства рукавной пленки из полиэтилена высокого и низкого давления. Принцип работы установок подобного типа заключается в следующем. Проходя через винтовой распределитель, расплав попадает непосредственно в формующий канал между дорном и мундштуком и выходит через кольцевую щель в виде круглой цилиндрической заготовки. Затем заготовку раздувают до необходимого диаметра воздухом, подаваемым через отверстие в дорне. Таким образом, формируется пленочный рукав. Охлаждение рукава осуществляется с помощью равномерного обдува потоком воздуха из обдувочного кольца. Далее, пленочный рукав, проходя через складывающее устройство, вытягивается тянущими валками и в сложенном виде, через систему обводных валков поступает в намоточное устройство, где готовая пленка наматывается на шпулю. В силу несжимаемости материала раздув сопровождается одновременным уменьшением толщины стенки заготовки. Избыточное давление внутри рукава поддерживается с одной стороны дорном формующей головки, а с другой — тянущими валками. Для обеспечения постоянства толщины и ширины пленки давление внутри рукава необходимо сохранять постоянным. Другими технологическими параметрами, влияющими на геометрические параметры пленки и ее качество, являются производительность экструдера, скорость вытяжки и температурное распределение в цилиндре и головке экструдера. Их необходимо строго контролировать. Производство пленки становится более экономичным при увеличении производительности процесса. Лимитирующим фактором здесь является скорость охлаждения рукава. При увеличении скорости экструзии линия стеклования полимера поднимается вверх, что ведет, в свою очередь, к нестабильности рукава. Увеличение потока охлаждающего воздуха позволяет снизить высоту линии стеклования, но и этот прием ограничен в своем применении, так как слишком высокая скорость потока воздуха, подаваемого на охлаждение, вызывает деформацию рукава. Вообще, экструзия рукавных пленок — весьма сложный процесс, с которым связанно множество проблем при производстве пленки высокого качества. Различные посторонние включения, в том числе и вызванные деструкцией полимера, низкая прочность, мутность и складки также являются проблемой. Складки, приводящие к снижению качества продукции или даже к отбраковке пленки, могут появиться даже в хорошо отлаженных производствах. Например, пленка достигает тянущих валов слишком холодной и неэластичной, в результате чего происходит своеобразный излом материала с образованием складок. В этом случае следует принять меры к термостатированию рукава или повышать температуру расплава, но это может, однако, повлечь за собой другие проблемы. Другой причиной появления складок является разнотолщинность, которая приводит к неравномерной вытяжке пленки тянущими валами. Пульсации при работе экструдера, сквозняки в области вытяжки, непараллельность тянущего и прижимного валов, неравномерное усилие прижима прижимного вала к тянущему валу также приводят к появлению нежелательных эффектов. Даже в условиях высокоавтоматизированных производств получение высококачественных пленок во многом зависит от квалификации и опыта оператора, обслуживающего экструзионную линию. При плоскощелевой экструзии расплав полимера продавливается через головку, формообразующей поверхностью которой служат две параллельные плиты рисунок 2. После выхода из головки пленочный лист необходимо быстро охладить для предотвращения роста крупных сферолитов. Для этого, в непосредственной близости от головки, устанавливают водяную ванну или охлаждаемый барабан. Быстрое охлаждение препятствует росту сферолитов, что позволяет получать пленки высокой прозрачности. При использовании закалочной ванны температуру в ней необходимо поддерживать постоянной. Более низкие температуры воды в закалочной ванне позволяют получать пленки с низким коэффициентом трения и меньшей слипаемостью. При более высоких температурах пленка получается более мутной, но ее легче наматывать на шпулю, при этом не образуются складки, физические свойства такой пленки значительно лучше. Для обеспечения равномерного выхода расплава полимера из формующей щели головки в их конструкциях имеется ряд особенностей. Например, наличие коллектора, представляющего собой поперечный канал круглого сечения. Коллектор служит для компенсации неравномерности распределения давления по щели головки. Диаметр коллектора зависит, в общем случае, от перепада давления в головке, параметров полимера, его вязкости и температуры экструдирования. Диаметр коллектора должен рассчитываться при проектировании головки. Внутренние формообразующие поверхности головки должны быть тщательно отполированы, так как даже небольшой дефект приводит к снижению качества пленки, появлению полос на ее поверхности и разнотолщинности. Производство термоусадочной пленки из полиэтилена высокого давления в настоящее время представляет большой практический интерес и имеет хорошие перспективы роста объемов производства. Являясь прекрасным упаковочным материалом, и будучи допущенной к контакту с пищевыми продуктами Минздравом РФ, термоусадочная пленка широко используется для групповой упаковки алкогольных и прохладительных напитков, молочных продуктов, замороженной птицы, колбас и сыров, а также целого ряда других промышленных товаров народного потребления. Среди них строительные материалы и инструменты, групповая упаковка лекарственных препаратов и др. Достоинство такого рода упаковки заключается в относительной простоте самого процесса упаковки, ее прочности, эстетичности при относительно небольшой стоимости. Кроме того, можно отметить доступную сырьевую базу, простоту и экологичность утилизации использованной пленки и отходов ее производства. Однако для упаковки продукции в термоусаживаемую пленку, особенно поддонов паллет , требуются термошкафы или промышленные фены, то есть дополнительное оборудование, что является, конечно же, недостатком по сравнению с другим видом упаковки — растягивающейся стрейч пленкой. В настоящее время в нашей стране потребность в термоусаживаемой пленке удовлетворяется, в основном, за счет местных производителей, а также, частично, за счет импорта из стран дальнего и ближнего зарубежья. Принцип, на котором основана упаковка продукции в термоусаживаемую пленку, иногда называют памятью полимера. Другими словами, пленка, которая была растянута ориентирована при переработке при температуре выше температуры стеклования и затем охлаждена для фиксации полученного ориентированного состояния, при повторном нагревании будет стремиться вернуться к своим прежним размерам в неориентированном состоянии. Пленка термоусаживаемая полиэтиленовая должна соответствовать ГОСТ Для изготовления термоусаживаемой пленки используются следующие марки полиэтилена высокого давления: Более низкий ПТР свидетельствует о более высокой вязкости расплава полиэтилена, что позволяет, в свою очередь, достигнуть большей степени ориентации и, как следствие, большей степени усадки при одинаковых скоростях деформирования. Получают термоусаживаемую пленку на экструзионно выдувных линиях путем про-давливания расплава полимерного материала через круглощелевую головку рисунок 3 с последующим его раздувом и ориентацией и одно или двух постовой намоткой. Рассмотрим практические рекомендации по управлению процессом получения термоусаживаемой пленки, происходящим после выхода расплава полимера из формующего инструмента головки. Основным технологическим параметром, влияющим на степень усадки, является степень раздува i р. А вдвойне сложенная ширина будет равна мм. Еще одним технологическим параметром, зависящим от степени раздува, является степень вытяжки i р. Если пренебречь изменением удельного объема при стекловании, то при постоянном зазоре h степень вытяжки зависит от двух величин: Таким образом, степень вытяжки не является настоящей эксплуатационной величиной. Зависимость степени вытяжки от степени раздува при постоянной температуре при различных зазорах формующей щели и различных толщинах пленки представлена на рис. Зависимость продольной и поперечной усадки от степени раздува и степени вытяжки при постоянной температуре представлена на рис. Из выражения 2 видно, что увеличение зазора вызывает увеличение степени вытяжки и, тем самым, степени продольной усадки. Однако при увеличении зазора уменьшается ориентация макромолекулярных цепей в самом канале формующего инструмента, что приводит к незначительному снижению продольной усадки и увеличению усадки в поперечном направлении. Повышение температуры приводит к снижению показателей усадки в обоих направлениях. Это связанно с тем, что при повышении температуры увеличивается подвижность макромолекул полимера, и, как следствие, уменьшается время релаксации перестройки структуры ориентированной пленки. Ориентированные макромолекулярные цепочки успевают принять свою исходную структуру свернутого клубка, до того как температура пленки упадет ниже температуры стеклования полимера. Как видно из выражения 2 для степени вытяжки, толщина пленки d стоит в знаменателе. Поэтому степень вытяжки с увеличением толщины падает при прочих равных условиях , как следствие, падает и продольная усадка. Факторов, влияющих на усадку пленки в поперечном направлении гораздо больше. Основной из них это форма рукава. На рисунке 8 представлены две крайние формы рукава: Грибовидная форма рукава 2 является предпочтительной, поскольку повышает показатели усадки в обоих направлениях, но преимущественно в поперечном направлении, и легко регулируется. Ниже приведено качественное сопоставление кинематики развития обратимых деформаций в обеих формах рукава. Схема двух крайних форм рукава. На выходе из головки точка А скорости расплава имеют равную величину и направление, то есть соблюдается условие. В точках B 1 и B 2 материал находится еще при достаточно высоких температурах, незначительно отличающихся от температуры переработки. При этом наряду с развитием обратимых деформаций, которые, в конечном итоге, и определяют собой усадку пленки, присутствует и необратимое вязкое течение материала. Очевидно, что в точке B 2 присутствует только продольное течение, в то время как в точке B 1 существует течение как продольном, так и поперечном направлении. Это приводит к увеличению наружного диаметра рукава для формы 1 и, как следствие, к снижению скорости деформации к моменту, когда материал попадает в зону, где протекают важнейшие процессы ориентации точки C 1 и C 2. В этой зоне температура рукава такова, что преимущественно развиваются обратимые деформации, зависящие от скорости течения материала. Как видно из рисунка 8 скорость течения в точке C 2 больше чем в точке C 1 , поскольку для преодоления соответствующих расстояний X 1 и X 2 им необходимо одно и тоже время D t. В точках D 1 и D 2 , где процесс ориентации закончен, а температура материала снизилась до температуры стеклования, деформирования рукава не происходит и, соблюдается условие. Из сказанного следует, что для получения заданной степени усадки в продольном и поперечном направлениях, при заданных геометрических параметрах пленки, необходимо управлять скоростью деформации и температурным распределением по высоте рукава. Это можно осуществлять, например, чашами специально подобранной формы или набором, расположенных на разной высоте, диафрагм. При отсутствии чаш и диафрагм на форму рукава можно влиять следующими параметрами: В целом, ориентация повышает прочностные характеристики пленки, ее прозрачность и гибкость. В некоторых случаях снижается газо- и влагопроницаемость. Снижается относительное удлинение и сужается диапазон технологических параметров сварки пленки. Напряжение усадки определяют как отношение усилия, которое действует на образец в процессе усадки, к площади поперечного сечения самого образца. При упаковке конкретных изделий нужно помнить, что если желательны большие силы усадки, то процесс проводят в нижнем диапазоне температур при потере большей части усадки. Если основное значение придается большой усадке, то используют повышенные температуры. При этом силы усадки будут очень незначительны. Для измерения напряжения усадки полоску пленки длиной мм и шириной 15 мм соединяют с динамометром. Затем постепенно нагревают в печи. Напряжение усадки через усилитель фиксируется самописцем. Параллельно записываются температура и степень усадки. Силу усадки определяют по максимальному значению зависимости напряжения усадки от температуры. Здесь приведены только основные теоретические предпосылки и практические основы получения термоусадочной пленки. Практическое освоение тонкостей работы обычно происходит путем обучения операторов экструзионной линии на работающем оборудовании. Теоретический предел механической прочности полиэтилена в 2 раза выше высоколегированной стали. Если учесть, что плотность полиэтилена в 8 раз ниже плотности стали, то теоретическая удельная прочность полиэтилена выше прочности стали в 16 раз! Если бы удалось приблизить свойства полиэтилена к теоретическим пределам, мир вокруг нас преобразился бы. Для достижения столь высоких показателей материала необходимо сориентировать длинные и прочные молекулярные цепочки полиэтилена в направлении приложения нагрузки. Молекулярная структура такого материала напоминает структуру валенка. Что же мешает сориентировать молекулы в материале? Для ответа на этот вопрос нужно представить, что происходит с материалом в процессе, к примеру, получения пленки. При получении пленки полиэтилен разогревается, затем вытягивается в тонкую пленку и охлаждается. При разогреве полиэтилена его молекулы освобождаются от межмолекулярных связей и приходят в движение. При этом молекулы имеют тенденцию к сворачиванию в клубок. При охлаждении и одновременной ориентации полиэтилена в процессе формирования пленки удается намного распрямить эти клубки и сориентировать молекулы. Для повышения степени ориентации необходимо долго вытягивать материал при строго определенной температуре, что влечет за собой необходимость резкого усложнения и удорожания оборудования. К счастью, ученые нашли другой способ увеличения степени ориентации. В предельно упрощенном виде суть процесса сводится к следующему. При формировании пленки особыми способами добиваются эффекта неодновременного охлаждения и застывания соседних участков пленки. Поскольку процесс получения пленки связан с растяжением материала, те участки пленки, которые остывают быстрее, создают поле сил, которое заставляет ориентироваться еще не затвердевшие участки пленки. При этом процесс ориентации пленки интенсифицируется, пленка как бы самоармируется, становится прочнее. Самоармирующаяся пленка по внешнему виду напоминает гофрированные материалы, причем параметры гофра могут регулироваться в широких пределах. Самоармирующаяся пленка, применяемая в качестве термоусадочного материала, имеет отличные перспективы в связи со значительно более высокой примерно в 2 раза прочностью. Самоармирующаяся пленка также способна произвести переворот при применении в парниковом хозяйстве, в строительстве и в других областях, где требуются экологически чистые пленки с повышенной прочностью. Самое удивительное заключается в том, что на оборудовании для получения самоармирующейся пленки становится возможным получение полипропиленовой пленки с присущими полипропилену свойствами пропускания водяного пара и жиростойкости. Причем по способности пропускания пара самоармирующаяся ПП пленка превосходит все имеющиеся аналоги, что делает ее незаменимой для использования в строительстве и для упаковки хлеба и зелени. Определенные перспективы открывает перед пленкой также и ее несколько необычный, декоративный внешний вид. На данном оборудовании возможно также получение и традиционных полиэтиленовых пленок. Цена модифицированного оборудования незначительно выше серийно выпускаемых образцов. В настоящее время существует широкий спектр полимерных материалов, полученных сополимеризацией этилена с небольшим количеством других олефинов, таких как бутен-1 или смешением полиэтиленов высокого и низкого давления. Смеси полиэтиленов высокого и низкого давлений нашли широкое применение при производстве пленок. Сами по себе чистые полиэтилены обладают комплексом свойств, делающих их пригодными для различных применений. Но основная область применения полиэтиленов, безусловно, это различного рода упаковка. Полиэтилены высокого и низкого давлений получают из одного и того же вида мономера, но при разных условиях. Вследствие этого данные материалы прекрасно смешиваются друг с другом в любых пропорциях и хорошо перерабатываются. Ограничивающим условием здесь является температура плавления различных марок полиэтиленов. Технологические режимы переработки определяются индивидуально для каждой конкретной смеси. Данные режимы будут зависеть от марок, смешиваемых полиэтиленов, их пропорции, скорости экструзии и даже от партии материала. Поэтому дать практические рекомендации в этом случае не представляется возможным. Добавка ПЭНД придает пленке из ПЭВД дополнительную прочность и уменьшает ее растяжимость. Однако, поскольку ПЭНД имеет большую вязкость, возрастает нагрузка на главный двигатель и, как следствие, возрастают энергозатраты на проведение процесса экструзии. В процессе экструзии данной смеси может возникнуть такая проблема, как обрыв пленочного рукава в области раздува. Попросту говоря, ПЭНД не успевает проплавляться. В этом случае необходимо повышать температуру на головке экструдера и в пределах зон плавления и дозирования червячного пресса. Подобные смеси используют при изготовлении хозяйственных пакетов. В данном случае добавка ПЭВД служит, своего рода, пластификатором для ПЭНД. Смесь ПЭНД с добавлением ПЭВД обладает меньшей, по сравнению с чистым ПЭНД, вязкостью. Нагрузка на главный двигатель при их переработке меньше, следовательно, меньше и энергозатраты на проведение процесса экструзии в целом. На толщину получаемой пленки введение добавки ПЭВД также влияния не оказывает, и с использованием подобных смесей возможно получить пленку толщиной от 10 мкм. Следует отметить, что необходимо тщательно перемешивать все компоненты смеси, поскольку равномерное изначальное смешение вводимых добавок определяет собой равномерность распределения компонентов в конечном продукте — пленке. Именно от этого зависит внешний вид и качество пленки. Данная информация не должна рассматриваться как гарантия или рекомендация к практическому применению! Производство пленок экструзией Карта сайта Контакты. Теоретические основы химии Неорганическая химия Органическая химия Определения Рефераты по химии Полимеры Практическая химия Химия на досуге Статьи Каталог предприятий.
Расписание поездов харьков спб
Как сделать замер натяжного потолка
Что делать если муж пишет другой женщине