Нагрев шнеков экструдера

Экструзия

Экструзией называется методика формовки изделий либо полуфабрикатов с неограниченной длиной. В процессе экструзивной обработки расплавленный материал продавливается через фильеру (формирующий инструмент). Для такого производства используют экструзивное оборудование червячного либо шнекового типа.


Нагрев шнеков экструдера


Изготовление различных изделий экструзивной методикой происходит путем расплавления полимерного сырья (гранул/порошка) и его формования формирующей головкой, которая в полной мере соответствует конструкции будущего изделия. Затем наступает этап охлаждения и калибровки.

Устройство экструзивной установки

Зависимо от характеристик самого устройства и работы основного узла оборудования, за счет которого полимерная масса продавливается в формирующий инструмент, экструдера разделяют на: шнековые, дисковые и комбинированные.

Зачастую для обработки пластиков используют оборудование шнекового типа.

Иногда прибегают к дисковым установкам, в которых вместо шнека используется диск определенных параметров. Продавливание расплавленной массы осуществляется за счет развитого напряжения. Устройства с диском применяют в тех случаях, когда важно улучшить перемешивание разных полимерных компонентов в однородную массу. По причине того, что в таких устройствах практически невозможно создать необходимое давление при формовке, их используют при производстве деталей с пониженными механическими свойствами и неточной геометрией.

Экструзивное оборудование комбинированного типа в своей конструкции имеет сразу два рабочих органа. Основная цель такого оборудования это обеспечение высококачественного эффекта смешивания, что очень важно при обработке композитных материалов. Комбинированные экструдера отлично справляются с обработкой высокоэластичных материалов с пониженными показателями вязкости.

Шнековые устройства делятся на несколько видов:

  • С одним или двумя шнеками;

  • Одноступенчатые и двухступенчатые;

  • Универсального либо специализированного действия;

  • Осциллирующие или крутящиеся;

  • С дегазацией или без нее;

  • Со шнеками, вращающимися в одну или разные стороны и т. д.

Самым простым вариантом экструзивного оборудования есть одношнековое устройство без дегазации. Основные элементы, входящие в состав любого шнекового экструдера: цилиндр, прогреваемый специальными нагревателями; шнековый орган; сетки; фильера (формирующий инструмент). Зависимо от характеристик обрабатываемого полимера и технологии переработки используют шнековые устройства с разными профилями.


Нагрев шнеков экструдера


От категории изготавливаемого изделия зависит также и длина применяемого шнека. Есть короткошнековые установки, а есть длинношнековые машины.

Процессы экструзии

Данную технологию принято разделять на три этапа, зависимо от того, на какой зоне шнека в определенный момент находится обрабатываемый материал. Данное деление указывает на то, какой вид операции выполняет определенный шнековый участок. Рабочие манипуляции могут быть смещенными вдоль шнека и обуславливаются изначальными свойствами обрабатываемой продукции, температурным режимом, скоростью продвижения сырья и другими критериями, влияющими на перемещение полимера по экструдеру. Длину каждой зоны определяют кольцевые нагреватели, расположенные на цилиндрической поверхности экструдера, и вырабатываемая ими температура. На успешном перемещении полимера по устройству сказываются условия перемещения твердого вещества из отдела бункера в межвитковые пространства, находящиеся под бункерной воронкой.

Состояние и характеристики полимерного сырья на отдельных этапах обработки

Заполнение бункера. Для экструзии используют материалы в виде гранул, порошка либо ленты. Полимерные ленты зачастую представляют собой вторсырье и обрабатываются на специфических экструзивных установках, в состав которых входят толкатели, установленные в бункерный отсек. Равномерная дозировка полимерного сырья обеспечивает высокое качество изделия на выходе.

Наилучшим материалом для экструзии является гранулированный полимер. Гранулы не «зависают» и не закупоривают бункер.

Порошковый полимер может спрессовываться во время хранения и перевозки. Гранулированные же материалы выделяются постоянной сыпучестью. Наполнение материалом между витками под бункером происходит на отрезке длины шнека до 1,5 D. Если необходимо обработать полимеры с разнокомпонентным составом прибегают к использованию специфических дозаторов. Непостоянно сыпучие порошки способны образовывать «своды» и зависать на стенках бункера. В таких условиях питание шнековой зоны останавливается, и чтобы устранить проблему придется в сам бункер установить ворошители. Сыпучесть напрямую зависит от влажности материала: влажный порошок сбивается и практически не рассыпается. Из-за этого порошковые полимеры рекомендуется перед обработкой просушивать.

Чтобы увеличить производительность оборудования гранулированный полимер желательно поддавать предварительному прогреву. Для этого применяют специальные приспособления принудительного проталкивания сырья из бункерного отдела на шнек. В процессе уплотнения материала между витками шнековой установки вытесняется воздух, который выходит в обратном порядке через зону загрузки. Если воздух был удален не полностью, то после формовки он образует в изготовленной детали полости, что скажется на качестве конечного продукта.

Уровень заполнения бункерного отсека в высоту также сказывается и на заполнении шнека. Производители экструзивного оборудования снабжают бункерное устройство специальной разметкой – уровнемером. Автоматические уровнемеры оповещают оператора о загрузке бункера до установленного уровня. Загрузку бункера в системах автоматического управления осуществляет пневмотранспорт.

Форма и плотность отдельных элементов полимерного материала также сказываются на качестве заполнения оборудования между лопастями. Гранулированное сырье, изготовленное с помощью резки на горячей решетке гранулятора, не имеет заостренных углов, что улучшает сыпучесть данного материала. Гранулы, произведенные на основе холодной рубки, получаются заостренными. Такое сырье для экструдера может слепливаться в процессе обработки, ухудшая этим сыпучесть. Если оборудование работает достаточно долго, может произойти перегрев цилиндрической поверхности под зоной воронки бункера и самого загрузочного отдела. В данной ситуации гранулы слипаются и прекращают поступать на шнек. Чтобы предотвратить такой недочет на указанной части цилиндра проделывают полости, с помощью которых будет поступать охладительная жидкость.


Нагрев шнеков экструдера


Отдел питания (I). Поступивший материал укладывается между витками и уплотняется. Продвижение гранул по шнековому устройству происходит за счет разницы трения материала о внутреннюю цилиндрическую поверхность и о шнек. По той причине, что полимер контактирует со шнеком больше чем с цилиндром, важно снизить коэффициент его трений о шнековую установку, иначе материал перестанет продвигаться вдоль оси шнека, а будет прокручиваться с лопастями. Чтобы достичь этого, необходимо повысить температурные показатели стенок цилиндра (нагревателями) и понизить температуру шнека (циркуляцией холодной жидкости). В первой зоне возникает трение материала, способствующее выделению тепловой энергии. Также, именно в эту зону поступает и тепло, вырабатываемое нагревательными устройствами, которые монтируют на внешних стенках цилиндра.

При создании оптимальной температуры полимер спрессовывается и уплотняется, создавая между витками шнека твердую пробку. Отлично если пробка изначально возникла между первой и второй зоной. Характеристики самой пробки дают возможность оценить производительные качества оборудования.

Пластификация и расплавка - зона II. На данном этапе полимер начинает плавиться, из-за периодического контакта с прогретым цилиндром. Увеличиваясь в объеме расплав, воздействует на пробку, которая уменьшается по ширине. Так как глубина нарезки шнека от первой зоны уменьшается, то появляющееся давление прижимает пробку к прогретому цилиндру, и полимер плавится. В период пластификации пробка расплавляется еще и за счет тепла, вырабатываемого трением. Расплавленное вещество несет в себе твердые частички и гомогенизируется.

Ближе к окончанию второй зоны пробка полностью распадается, а материал, в котором есть незначительное количество твердых элементов, переходит в отдел дозировки.

В основном давление начинает нарастать между I-II зонами. Здесь образованная пробка начинает скользить по шнеку: в зоне I - это еще твердое сырье, а во II – масса поддающаяся плавлению. Именно пробка является основным фактором провоцирующим нарастание давления, которое далее будет постепенно снижаться. После расплава пробки давление растрачивается на то, чтобы материал мог преодолеть сопротивление сеток, поступить в формовочный инструмент и сформироваться в полноценное изделие.

Зона дозирования (III). Еще не полностью гомогенный материал продолжает продвигаться с выделением тепловой энергии, которая есть результатом быстротекущей деформации полимерного материала. Образованная масса гомогенизируется. Между витками шнека расплав протекает продольным и циркуляционным способами. Значения продольного протока зависят от производительности оборудования, а циркуляционное течение зависит от того насколько качественно смешались все компоненты полимера и от гомогенности.

За счет вращающихся движений шнека расплав поступает к решетке, к которой вплотную зажаты сетки из металла. Сетки фильтруют материал и улучшают его гомогенизацию. На данном этапе вязкие элементы остаются на сетке и создают сопротивление потоку расплавленной массы. Этого времени должно хватать на повышение температуры материала. Нерасплавленные частицы по окончанию работы оборудования изымаются вместе с сеткой. А полностью гомогенный полимер поступает в головку формования, приобретая необходимый профиль.


Нагрев шнеков экструдера


Температурные режимы в процессе всей работы экструдера выполняют важнейшую роль в качественной формовке изделий. Практика показывает, что температуры появляющейся от трения полимера недостаточно для экструзии. Поэтому в промышленности используются нагреватели, которые предназначены именно для обогрева цилиндрических поверхностей экструзивного оборудования и сопел. От качества нагревателя зависит не только выполнение изделий без дефектов, а и скорость экструзивной обработки, и засоры оборудования. 

Компания ТЭН24 высококвалифицированный производитель кольцевых нагревателей для экструдеров. У нас Вы можете закупить не только нагреватели типовой сборки, но и осуществить заказ на индивидуальное изготовление.




Возврат к списку


.

Задать вопрос

Логотип ТЭН 24
Для того, чтобы купить нагреватели или задать вопрос специалисту заполните форму или просто позвоните по телефонам