Развитие технического прогресса привело к появлению различных технологий, которые позволяют производить изделия, отличающиеся улучшенными эксплуатационными характеристиками. Одной из востребованных в настоящий момент является экструзия. Собой она представляет технологический процесс переработки пластмасс, из которых изготавливают разнообразные детали, а также производят различную профильную продукцию.
Сама технология состоит в приготовлении сплава из полимерных материалов с последующим его продавливанием через специальные насадки, которые придают ему определенную форму. Основным элементом линии по производству изделий из пластика является экструдер.
Принцип действия и конструкция
Следует сказать, что экструзия является далеко не новой технологией. Ее история насчитывает более шести десятилетий. За это время было создано большое количество конструкций машин, с помощью которых обеспечивается ее реализация. Принцип действия этого прибора базируется на сути самого технологического процесса.
Технологический процесс экструзии является сложным физико-химическим процессом, на который оказывают воздействие механические усилия в условиях высокой температуры и влаги. Нагрев продуктов переработки происходит благодаря тому, что возникающая при борьбе с внутренним трением, а также при пластических деформациях механическая энергия превращается в тепло.
В процессе экструзионной обработки существует несколько сменных параметров. К числу наиболее важных следует отнести:
- состав сырья;
- влажность;
- его природа.
При протекании экструзионного технологического процесса может происходить изменение:
- температуры материала;
- давления;
- интенсивности и длительности воздействия на исходное сырье.
Коронарная обработка полимеров
Химически инертные поверхности полимерных изделий, полученных методом экструзии, как правило, не образуют прочных соединений с типографскими красками. При нанесении на непористые поверхности чернил, клеев или красителей жидкость не впитывается, а собирается в капли и мгновенно стекает.
Для изготовления полиэтиленовых упаковок с рисунками и рекламными надписями экструзивные линии оборудуются специальными устройствами по обработке пленки коронным разрядом с целью увеличения ее адгезивных свойств. Поверхностная энергия пленок, прошедших электромагнитное коронирование, возрастает и становится на 7-10 дин/см выше поверхностного натяжения жидких сред. В результате микротравления гладкие поверхности с активированной структурой хорошо смачиваются и готовы к окрашиванию, склеиванию, флексопечати, нанесению ярких узоров и другим видам обработки.
Принцип работы экструдера
Само по себе такое оборудование представляет электромеханическое устройство, основным предназначением которого является осуществление процесса формовки профильных деталей из пластика или его полуфабрикатов. В своем составе общее устройство экструдера для пластика содержит следующие компоненты:
- корпус системы нагрева полимерных материалов. В качестве основного источника тепловой энергии при осуществлении этого технологического процесса могут выступать обычные резистивные или индукционные системы. При использовании последних возникновение высоких температур происходит за счёт наведения на корпус высокочастотных индукционных токов Фуко;
- узел нагрузки. Через этот элемент в полость корпуса различными способами поступает исходное сырье;
- рабочий орган. Он создает в оборудовании необходимое давление, благодаря которому обеспечивается перемещение сырья непосредственно от узла загрузки до насадок, которые формуют из полимерных материалов готовые изделия. При использовании экструдера применяются разнообразные физические принципы, поскольку это устройство может иметь разные варианты исполнения — шнековый, дисковый, поршневый. В настоящий момент чаще других применяются шнековые экструдеры;
- экструзионная головка. По-другому специалисты называют ее фильерой. Именно она обеспечивает форму изделий, которая получается по завершении технологического процесса;
- механический привод. В этом оборудовании он представлен двигателем и редукторной системой. Благодаря ему обеспечивается создание и передача необходимого усилия на рабочий орган;
- система контроля и управления. Благодаря ей обеспечивается поддержание необходимого технологического режима.
В качестве исходного материала обычно выступают гранулы и порошок. Они загружаются в оборудование, а далее под действием рабочего органа происходит их перемещение в рабочую зону корпуса. Там под воздействием давления, силы трения и температуры подаваемое извне исходное сырье нагревается, а в процессе его плавления возникает состояние, которое требуется по условиям технологического процесса.
Во время движения исходного сырья в полости корпуса происходит его тщательное перемешивание до состояния однородной гомогенизированной массы.
В условиях высокого давления происходит продавливание расплава при помощи формующих головок и сетчатых фильтров. В результате обеспечивается окончательная гомогенизация и придание материалу заданного профиля.
После этого материал естественным образом охлаждается или же применяется принудительный способ с последующей полимеризацией. В конечном итоге получаются изделия, имеющие необходимую конфигурацию и обладающие заданными механическими и физическими свойствами.
Зачем проводится дегазация при экструзии
Качество готовой продукции зависит от химического состава и кондиции сырья, загружаемого в экструдер. Термическая обработка и выпаривание полимеров в вакуумных камерах называется дегазацией. После прохождения дегазации в гранулах существенно снижается количество воздуха, уменьшается процент влаги, сырье максимально избавляется от вредных примесей.
В экструдерных машинах, оснащенных шнековыми парами с системами дегазации, предусмотрены специальные зоны сжатия и расширения. Газообразные компоненты в зоне расширения выводятся через отверстия в самом шнеке или цилиндре с помощью вакуумных насосов. Использование таких шнеков позволяет совмещать этапы экструзии с одновременным отводом газов без прерывания всего технологического процесса.
Последовательность операций следующая:
- загрузка;
- пластификация (доведение до однородного состояния);
- плавление;
- сжатие;
- разрыхление;
- удаление летучих соединений;
- повторное сжатие;
- выдавливание готовой массы без содержания газов.
Если дегазация будет неполной, пузырьки воздуха останутся в расплавленной массе. В результате чего в готовых изделиях образуются полости, пустоты, раковины. Такая продукция является бракованной.
Виды экструдеров
Современные модели экструзионных установок могут различаться между собой как конструкцией рабочего органа, так и назначением.
Одношнековый
Среди всех разновидностей экструзионного оборудования наиболее распространенным является шнековое. Такие машины удовлетворяют всем требованиям экструзионного процесса. В этих агрегатах в качестве основного рабочего органа применяется шнек. Специалисты называют его винтом Архимеда. Многие прекрасно знают этот рабочий элемент по домашним мясорубкам.
При использовании экструдера для производства изделий из пластмассы лопасть шнека захватывает сырье в зоне загрузки, а далее происходит его последовательное перемещение по всей длине цилиндра корпуса, начиная от зоны нагрева через участок гомогенизации и формовки. В зависимости от особенностей технологической карты, которую имеет оборудование, а также вида используемого для производства изделий исходного сырья шнеки могут предусматривать несколько вариантов исполнения — конические, цилиндрические и нормальные быстроходные.
Также могут использоваться шнеки, которые сужаются к выходу. Для этого оборудования в качестве главного параметра специалисты рассматривают соотношение рабочего диаметра шнека и его длины. Также различаются шнеки по шагу витков и их глубине.
Главный недостаток одношнекового экструдера заключается в том, что не всегда имеется возможность для их применения. Например, если в качестве исходного сырья выступают порошковые полуфабрикаты, то наличие одного винта в составе оборудования не позволяет справиться с перемешиванием массы в процессе ее расплавления и последующей гомогенизации. В таких случаях выбор делают в пользу двухшнековых экструдеров.
Двухшнековый
Особенность этого оборудования состоит в том, что в нём винты сцеплены между собой. Поэтому при использовании таких экструдеров имеется возможность совершения шнеками параллельных и встречных вращательных движений. Эти рабочие части оборудования могут быть прямыми или коническими.
Использование подобных машин приводит к тому, что в процессе разогрева исходного сырья его смешивание и гомогенизация осуществляется более тщательно. В конечном итоге на головку для формования изделий поступает однородная и дегазированная масса.
Необходимо отметить следующий момент: в отдельных технологических процессах могут использоваться экструдеры, имеющие большее количество шнеков — до 4. Помимо этого нередко применяется планетарный автомат, когда число шнеков, вращающихся вокруг центрального винта, доходит до 20.
Необходимость в применении такого оборудования возникает при использовании в качестве исходного сырья отдельных видов пластиков, которые в условиях воздействия высоких температур имеют склонность к разрушению. Говоря другими словами, могут лишаться своих основных физических качеств. Таким образом, использование подобных экструдеров обеспечивает нагрев сырья за счет силы трения и высокого давления.
Описание процесса соэкструзии
Полимеры, используемые при соэкструзии, различаются по температуре плавления, вязкости и другим свойствам. Каждый материал должен соответствовать определенным условиям для достижения стабильно высокого качества пластификации.
Соэкструзионная установка состоит из 2-3 или более экструдеров, в которые загружается сырье определенного типа. И каждый расплав имеет свою вязкость и температуру. Материалы индивидуально проходят все стандартные этапы обработки. Каждый расплав достигает желаемой температуры. Расплавленные массы из отдельных экструдеров поступают под определенным давлением в общую соэкструзионную головку, где все фракции объединяются. После формирования слоев и выпуска готового материала последующие операции охлаждения и намотки выполняются по стандартным алгоритмам.
В соэкструзионном оборудовании используются формовочные инструменты самых сложных форм. А при расчете параметров головки экструдера за основу берутся полимеры с максимальной температурой плавления.
Производство ПВХ-профилей
В настоящий момент востребованным видом изделий являются пластиковые и композитные профили. В большинстве случаев производители изготавливают их, используя метод экструзии. Для изготовления такой продукции в зависимости от применяемого материала, а также сложности и формы изделия задействуются одно- или двухшнековые аппараты, которые имеют соответствующие формовочные головки.
Ассортимент выпускаемых с использованием экструдеров изделий довольно широкий, начиная от тонких нитей и полос и заканчивая листами крупных панелей, которые имеют профиль сложной геометрии. Пластиковые окна и двери, выпускаемые сегодня многими компаниями, собираются с использованием именно ПВХ-профилей, которые изготовлены на экструзионном оборудовании.
При производстве ПВХ-профилей многие производители добавляют в полимерный состав специальные компоненты, что дает возможность изготовления сложных композитов. Например, сегодня многие производители выпускают дерево-пластиковые изделия, которые довольно часто используются для изготовления разных строительных конструкций.
Отличные перспективы
Метод экструзии используется повсеместно, до 50% термопластов подвергается переработке данным способом. Экструзия позволяет изготавливать из ПВХ следующие материалы:
- пленки;
- листы;
- трубы;
- шланги;
- капилляры;
- прутки;
- сайдинг;
- профильную продукцию независимо от степени сложности и конфигурации;
- нанесение полимерного материала на элементы электропроводов;
- изготовление многослойных элементов и деталей.
При этом количество переработанного термопласта с помощью экструдеров год от года растет. Сейчас на рынке сложилась ситуация, при которой спрос на переработку превышает предложение. А значит, созданы условия для открытия собственного бизнеса!
Изготовление труб
В такой сфере, как производство трубных изделий важным условием является отсутствие пузырьков газа в гомогенизированной смеси. По этой причине экструдеры, которые задействуются при производстве такой продукции, производители оснащают системами дегазации. В большинстве случаев применяются шнековые установки. Помимо прочего используют барьерные шнеки, благодаря которым обеспечивается надежное разделение твердого полуфабриката от полностью расплавленного. За счет этого достигается сохранение однородности состава, что положительным образом отражается на качестве выпускаемой трубной продукции и её эксплуатационных характеристиках.
Рабочий цилиндр
- Зон нагрева: 3
- Потребляемая мощность нагрева (максимально): 11,7 кВт
- Воздушное охлаждение: 2 зоны
В рабочем цилиндре располагаются шнеки экструдера. Цилиндр выполнен из высокопрочной стали, внутрь цилиндра вставлены коррозионностойкие биметаллические гильзы. Корпус цилиндра соединяется с фильерой посредством специального фланца. Обогрев корпуса осуществляется нагревателями сопротивления. Для отвода избыточного тепла и для соблюдения нужного температурного режима служит система воздушного охлаждения, состоящая из вентиляторов, системы воздухопроводов и заслонок.
Экструдеры для полиэтилена
Все плёнки, изготовленные из полимерных материалов, производятся компаниями исключительно с использованием способа экструзии. Для производства подобной продукции применяется выдувной экструдер. У оборудования, используемого для производства стрейч-пленки, формовочный узел может иметь вид узкой щели. При применении такого оборудования на выходе получается однослойная пленка, которая имеет необходимые параметры толщины и ширины.
В отдельных моделях могут использоваться круглые щелевые фильеры большого диаметра. При использовании мини-экструдеров можно получить пленку с шириной рукава до 300 мм и с параметром толщины 600 мкм. Такие устройства обладают компактными размерами, что обеспечивает возможность их установки даже в небольшом по площади помещении.
Как происходит раздув рукава
Чтобы получить рукавную пленку, масса продавливается сквозь отверстие в форме кольца, в результате чего появляется узкая трубка определенного диаметра. В экструдере имеется функция расширения трубы: по шлангам от воздуходувки внутрь заготовки подается сжатый воздух под напором 0,13 Мпа. Полая труба вытягивается вверх, расширяется в объеме, становится похожей на огромный вертикальный пузырь нужного размера.
Схема процесса получения рукавных пленок методом раздува в вертикальном направлении:
1. Рукавная пленка. 2. Режущее приспособление. 3. Направляющий вал. 4. Тянущие валки. 5. Направляющие щеки. 7. Экструзионная головка. 8. Цилиндрическая рукавная заготовка. 10. Регулировочный вентиль. 11. Шланг. 12. Приемные катушки. 13. Воздуходувка. 14. Ресивер. 15. Экструдер.
В верхней части рукав охлаждается воздушными потоками. Стенки рукава становятся плоскими, противоположные стороны соединяются с помощью направляющих щек, подаются на приемно-намоточное устройство, разглаживаются валкамии и наматываются на приемные катушки. Этот технологический процесс длится непрерывно.
Кольцевой зазор является одним из наиболее популярных способов экструзии полиэтилена. Эта технология чаще всего применяется при изготовлении полиэтиленовой продукции рукавного типа, которая широко используется в быту, строительстве, на производственных предприятиях и т. п.
Чтобы у полученной пленки по всей поверхности были равномерные толщины с минимальным количеством складок, наружные и внутренние цилиндры кольцевой головки экструдера должны постоянно вращаться.
Преимущества технологии получения раздувной пленки:
- механическая прочность полотна;
- минимальные потери при обрезании пленок;
- сравнительно невысокая стоимость производства;
- удобство использования (чтобы превратить рукав в мешок, достаточно заварить всего один край).
Экструзионные линии
В условиях промышленных предприятий экструзионное оборудование следует рассматривать в качестве главного компонента линии по осуществлению этого процесса. Помимо основного оборудования — экструдера она включает и целый набор других механизмов и устройств:
- намоточные и отрезочные механизмы. Они используются для приведения изделий в необходимый для складского хранения и транспортировки вид;
- маркирующие и ламинирующие системы различного принципа действия;
- механизмы протяжки готовых профилей;
- система охлаждения. Её установка выполняется на выходе экструдера, чтобы повысить скорость процесса полимеризации готовых изделий. Эти системы могут быть различного типа — воздушные или в виде охлаждающей ванны;
- система подготовки и загрузки сырья. В отдельных случаях полуфабрикат необходимо предварительно подвергнуть процедуре просушивания и последующей калибровке перед тем, как подавать его в загрузочный бункер.
В составе оборудования могут использоваться и другие механизмы, а также применяться технологические устройства для автоматизации непрерывного процесса производства.
Выгодное предложение
ООО «Полимермаш-Сервис» предлагает на выгодных условиях приобрести одношнековый экструдер для переработки полимеров, а также ряд другого востребованного на рынке производственного оборудования. Производственные мощности Общества располагаются в Пензенской
области, но реализация экструдеров и линий производится в любые города и регионы страны. Каждому клиенту компании мы готовы предложить высококачественное, надежное и недорогое оборудование для переработки полимеров.
Каждая установка, прежде чем поступить в продажу, проходит испытание под нагрузкой, проверку надежности и эффективности работы. В качестве дополнительной услуги выполняем комплекс работ по подготовке экструдеров и производственных линий к вводу в эксплуатацию. Если потребуется – инженеры компании проведут подготовку персонала компании-заказчика.
С нами выгодно сотрудничать. Обращайтесь, господа предприниматели!
Подводя итоги
Экструзионная технология является довольно популярной в настоящее время. Ее используют при производстве различных изделий. В основном она применяется для изготовления продукции из пластика. Знакомые каждому в нашей стране пластиковые окна и двери изготавливают с использованием этого процесса. Для производства продукции используется такой прибор, как экструдер. Это оборудование отличается несложным устройством, поэтому изготовить экструдер для пластика своими руками — вполне осуществимая задача.
Особенность этого процесса заключается в предварительном подогреве сырья, которое потом подвергается процедуре плавления в условиях определенного температурного режима и давления. Далее полимерная масса продавливается через формовочные насадки, что и позволяет получить изделия с нужными физическими и качественными характеристиками.
Особенности экструзии полимеров
Технология экструзии проходит по следующему алгоритму:
- Гранулы засыпаются в бункер машины.
- Включается нагрев.
- Частицы плавятся и образуют однородную вязкую массу, которая является прототипом будущей ПЭ пленки.
Для плавки используются разные виды полимеров, отличающиеся температурой плавления. В частности, полиэтилен расплавляется при 100-125 °С. Полипропилен – при 80-170°С. Такой широкий диапазон t плавления обусловлен наличием в его составе различных добавок.
Обзор рынка
По данным за 2022 год, порядка половины всего мусора в России составил пластик, чаще всего упаковка от различных товаров, что совокупно составляет более 40 млн тонн.
Сфера переработки пластика в стране находится на этапе формирования. Перспективы большие, российское государство все отчетливее понимает, что проблему с отходами нужно решать, и не путем закапывания или сжигания их на полигонах, а через вторичную утилизацию. На рециклинг направляется менее 10% всего объема пластикового мусора в стране. Остальное – закапывается на свалках или сжигается.
Даже несмотря на отсутствие системы раздельного сбора мусора – основную проблему отрасли – рынок растет: сейчас он превышает уже $2 млрд. Бизнесмен при правильной организации дела может получить хорошую маржу при поддержке государства и занять достойное место в зарождающейся отрасли.
