15. Екструдери черв’ячнi, дисковi I комбiнованi. Iх призначення та особливостi.
Все многообразие исполнения экструдеров различают по следующим конструктивно-технологическим признакам:
– диаметру и длине червяка (червяков);
– конструкции каналов червяка (непрерывная нарезка, периодическая с нахождением в разрывах сдвиговых и смесительных элементов, кулачков, с наличием специальных витков, отделяющих расплав от еще не расплавившегося материала – барьерная нарезка, рис. 12.5);
– числу червяков в цилиндре (одного-, двух- и больше);
– расположению цилиндра (горизонтальные и вертикальные);
– числу циклов «загрузка – сжатие» [одно- и двух стадийные (инлайн), каскадные (тандем)];
– характеру движения червяка (вращательное, вращательное с возвратно-поступательным, вращательное со смещением к загрузке);
– рабочим органам (червяк, диск, диск-червяк и червяк-диск);
– режиму работы (непрерывный и циклический);
– специальному назначению (смешение, подготовка расплава, дегазация, вспенивание и др.).
Одночервячные экструдеры. Основной объем полимеров перерабатывается на одночервячных прессах, анализ работы которых будет рассмотрен позднее. Принципиальное устройство и взаимодействие узлов и механизмов одночервячного экструдера ясны из схемы рис. 12.4.
В процессе переработки исходный материал из загрузочного устройства поступает в канал червяка и перемещается в осевом направлении по винтовому каналу червяка, образованном внутренней поверхностью цилиндра и витком (нарезкой) червяка. При движении материал уплотняется, плавится, происходит удаление воздуха через загрузочную воронку и гомогенизация расплава, развивается давление, под действием которого подготовленный расплав продавливается через, фильтр, формующий инструмент (головку).
Двухчервячные экструдеры являются универсальными машинами, допускающими широкое использование их для различных процессов экструзии полимерных материалов. Наиболее эффективно двухчервячные экструдеры используются при грануляции термопластов, когда необходимо совмещать одновременно несколько операций: смешение, пластикацию, дегазацию, гомогенизацию, шприцевание расплава полимера через решетку
При крупнотоннажном производстве гранул из термопластов экструдеры иногда устанавливают в непосредственной близости от реакторов-полимеризаторов, например в производстве полиэтилена высокого давления. В этом случае расплав из экспанзера, после сброса высокого давления, по трубопроводу, присоединенному к загрузочной зоне экструдера, под давлением 0,8–0,1 МПа поступает непосредственно в приемную зону рабочего цилиндра червяка.
Экструдер снабжается дозаторами для введения в цилиндр соответствующих добавок и, если нужно, красителей. Свободный этилен, выделяющийся в процессе перемешивания и пластикации компонентов, отсасывается из соответствующих зон рабочего цилиндра с помощью вакуумной установки и надобность в обогревании рабочих зон цилиндров отпадает, а наоборот, требуется их охлаждение, которое осуществляется водяной системой. Экструдер оборудуется контрольно-измерительной и регулирующей аппаратурой для автоматического изменения режима работы в зависимости от хода реактора, так что весь процесс протекает автоматически.
Дисковые экструдеры. Переработка пластмасс на червячных прессах – широко распространенный, но не единственный способ экструзии. Необходимость поисков новых способов экструзии объясняется следующими причинами. На большинстве червячных экструдеров основная часть тепла, необходимого для пластикации материала, передается путем теплоотдачи от внутренней поверхности обогреваемого цилиндра. Поскольку полимеры имеют низкую теплопроводность, такой, способ передачи тепла требует длительного пребывания (обычно несколько минут) материала в экструдере. Повышение разности температур между цилиндром и холодным полимером улучшает теплообмен, но вызывает опасность термической деструкции полимера. Поэтому желательно нагревать полимеры более равномерно и за короткое время, используя, например, механическую энергию трения.
Червячным прессам свойственны также колебания давления в экструзионной головке, которые тем меньше, чем правильнее выбрана конструкция червяка. Поэтому червячные экструдеры не всегда обеспечивают высокое качество смешения и диспергирования материалов, для которых необходим равномерный и интенсивный сдвиг по всей длине червяка. Кроме того, червячные экструдеры сложны в изготовлении и эксплуатации, сравнительно дороги и требуют больших производственных площадей.
Разработанные на принципиально новой основе в последние годы и выпускаемые в различных странах бесчервячные экструдеры можно использовать для изготовления профилей и труб, покрытия кабелей изоляцией, изготовления изделий из пенопластов, в качестве смесителей, а также для предварительной пластикации термопластов на литьевых машинах. Время нахождения материала в экструдере обычно не превышает 9 сек, что особенно важно при переработке термопластов, склонных к термической деструкции. В процессе экструзии из материала эффективно удаляются газы и влага. Например, при соответствующей регулировке экструдера удается получать профили из полистирольных пенопластов без воздушных включений.
В
Д
Рис.
12.7.
Схема дискового экструдера
Рабочая камера дискового экструдера расположена между торцевыми частями корпуса и диска. Для изменения между диском и корпусом (в пределах 0,2–20 мм) предусмотрено специальное устройство.
При цилиндрической поверхности диска имеется винтовая нарезка 8, которая выполняет роль лабиринтного уплотнения, препятствующего проникновению материала через зазор. Перерабатываемый материал в виде порошка или гранул загружается в бункер 7. Загрузочный канал под бункером расположен тангенциально к кольцевому каналу, в котором находится материал.