Состав линии:

• Бункер.
• Экструдер ЭПС 63Х30.
• Фильтр шиберный.
• Головка с внутренним калибром.
• Ванна охлаждения вакуум – калибровочная.
• Машина тянущая.
• Устройство отрезное.
• Устройство приёмное.

Особый белый пластик, из которого формуются сигнальные столбики, не требует дополнительной окраски на протяжении всего срока эксплуатации. Дорожные столбики легко моются дорожными уборочными машинами, имеют современный презентабельный вид.

Конструкция пластикового столбика позволяет легко монтировать его посредством закрепления в углублениях обочин дорог и заливкой стандартной бетонной массой. Легкий вес столбика достигается пустотелой конструкцией. Коррозионная стойкость и пластичность, малая себестоимость по сравнению с бетонными и железными столбиками — прекрасные качества, позволяющие сделать выбор именно в пользу пластиковых дорожных столбиков.

Дорожные столбики производятся из полиэтилена низкого давления ПЭНД-273-81, при этом не исключается возможность их изготовления из вторичного сырья. Свойства полиэтилена обеспечивают исключительную эластичность и безопасность для кузовов автомашин при наезде на столбики.

Изготовление столбиков методом экструзии имеет ряд преимуществ по сравнению с их литьем на термопластавтоматах: высокую производительность, низкую себестоимость изделий, возможность получения практически всех элементов столбика на одной линии. По многочисленным заявкам клиентов, работающих в сфере обслуживания автодорог, компанией «Полимермаш-сервис» была разработана экструзионная линия ЛДСПС для производства дорожных сигнальных столбиков, которые соответствуют ГОСТ Р 50970-96.

Основным узлом линии является экструдер, который комплектуется барьерным шнеком, имеющим переменную скорость подачи расплава. Шнековая пара (шнек-цилиндр) азотирована и отполирована. Простота формующей профильной головки и использование внутреннего и наружного калибрования заготовки в вакуумной ванне охлаждения делает линию на порядок дешевле и проще западных образцов.

Ванна изготовлена из нержавеющей стали и имеет два отсека. В первом происходит вакуумирование профильной трубы с охлаждением водой из форсунок, во втором — поддержание вакуума и охлаждение. В большинстве случаев производительность линии лимитирует узел калибрования и охлаждения, особенно если экструдируются изделия больших размеров, которым во избежание деформации в тянущем и отрезном устройстве необходимо более длительное время охлаждения.
На линии от «Полимермаш-сервис» ванна вакуум-охлаждения исключает эти проблемы. Тянущая двухременная машина оборудована частотным преобразователем для обеспечения заданной скорости подачи профильной трубы и имеет оригинальное устройство зажима, копирующее профиль трубы.

Резка столбиков осуществляется дисковой пилой. В процессе резки пила перемещается вместе с трубой и после завершения цикла возвращается в исходное положение. В результате отрезное устройство может резать заготовку как под прямым, так и под любым заданным углом, длиной от 200 мм и больше, опрокидывая заготовки с приемного устройства в лоток.

Линия ЛДСПС легко трансформируется в линию для производства пластмассовых труб диаметром от 16 до 110 мм и, по требованию заказчика, может комплектоваться различным формующим инструментом для производства труб данного диаметра.

В странах, где охране окружающей среды придают большое значение, объемы переработки вторичных полимеров постоянно увеличиваются. Законодательство обязывает юридических и частных лиц выбрасывать полимерные отходы (гибкую упаковку, бутылки, стаканчики и т. д.) в специальные контейнеры для их последующей утилизации. Сегодня на повестку дня становится не только задача утилизации отходов полимерных материалов, но и восстановления ресурсной базы. Однако возможность использования полимерных отходов для повторного производства ограничивается их нестабильными и худшими по сравнению с исходными полимерами механическими свойствами. Конечная продукция с их использованием часто не удовлетворяет эстетическим критериям. Для некоторых видов продукции использование вторичного сырья вообще запрещено действующими санитарными или сертификационными нормами.

Например, в ряде стран действует запрет на использование некоторых вторичных полимеров для производства пищевой упаковки. Сам процесс получения готовой продукции из вторичных пластиков связан с рядом трудностей. Повторное использование утилизируемых материалов требует особой перенастройки параметров технологического процесса в связи с тем, что вторичный материал изменяет свою вязкость, а также может содержать неполимерные включения. В некоторых случаях к готовой продукции предъявляются особые механические требования, которые просто невозможно соблюсти при использовании вторичных полимеров. Поэтому для использования вторичных полимеров необходимо достижение баланса между заданными свойствами конечного продукта и средними характеристиками вторичного материала. Основой для подобных разработок должна стать идея создания новых изделий из вторичных пластиков, а также частичной замены первичных материалов вторичными в традиционных изделиях. В последнее время процесс вытеснения первичных полимеров на производствах настолько интенсифицировался, что только в США производится более 1400 наименований изделий из вторичных пластмасс, которые раньше производились только с использованием первичного сырья.

Таким образом, продукты вторичной переработки пластмасс могут использоваться для производства изделий, ранее производимых из первичных материалов. Например, возможно производство пластиковых бутылок из отходов, т. е. переработка по замкнутому циклу. Также вторичные полимеры пригодны для изготовления объектов, свойства которых могут быть хуже, чем у аналогов, изготовленных с использованием первичного сырья. Последнее решение носит название «каскадной» переработки отходов. Она с успехом применяется, например, компанией FIAT auto, которая перерабатывает бамперы отслуживших свой срок автомобилей в патрубки и коврики для новых машин.

Вторичная переработка ПЭ, ПП и ПС

Полиэтилен

Из полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) и линейного полиэтилена (ЛПЭНП) изготавливаются пленки для бытовой упаковки (в том числе пластиковые пакеты, сумки и мешки) и для промышленной упаковки (например, мешки для сельхозудобрений), которые и являются сырьем для дальнейшей вторичной переработки. В первом случае переработка достаточно проста, т. к. качество вторматериала очень близко к качеству первичного полимера из-за короткого жизненного цикла продукта. Полимер подвергается воздействию внешних факторов на непродолжительный срок и претерпевает лишь незначительный распад структуры. В большей степени структура материала страдает в процессе его регенерации посредством пластификации. Другим источником неудовлетворительных свойств переработанного вторичного материала может служить использование отходов с разными молекулярными структурами (например, одновременно ПЭНП и ЛПЭНП), что непременно приводит к снижению механических свойств получаемого материала. При вторичном использовании промышленной упаковки дело обстоит несколько сложнее. Как правило, пленка промышленного назначения имеет больший жизненный цикл, чем бытовая. Воздействие солнечных лучей, температурных колебаний и т. д. также оказывает пагубное воздействие на структуру полимера. Ко всему прочему, использованные промышленные полиэтиленовые пленки могут содержать значительные загрязнения в виде пыли и мелкодисперсных компонентов, которые практически невозможно удалить даже при самой тщательной мойке. Естественно, это негативно сказывается на свойствах вторичных материалов.

Применение всех вторичных пластиков рассчитывается исходя из их усредненных свойств. В случае ПЭНП и ЛПЭНП можно с той или иной степенью уверенности утверждать, что полимерное сырье вторичных пленок этих типов может перерабатываться в тех же условиях (и примерно с теми же конечными свойствами), что и первичные пластики. В качестве примеров утилизации ПЭНП можно назвать повторное производство пленки для бытовой и торговой упаковки, пакетов для несыпучего мусора, а также садовой мульчирующей пленки. Свойства материала готовой продукции очень близки к свойствам первичной полимерной основы, однако количество циклов повторной переработки «продукта в продукт» ограничено из-за ухудшения свойств полимера в процессе многократно повторяющегося процесса плавления материала. На последнем цикле утилизируемая пленка годна лишь для производства садовой мульчирующей пленки, от которой требуются достаточно скромные механические свойства (нередко в нее добавляется обыкновенная сажа).

Стретч-пленки имеют полимерные добавки, которые проявляют себя как загрязнители, требуя значительного добавления первичного сырья: вторичная стретч-пленка смешивается в низкой пропорции (15–25 %) с первичным полимером. При вторичной переработке пленки агропромышленного происхождения возникает ряд трудностей, вызванных не только ухудшением механических свойств полимерной основы и посторонними включениями, но и фотоокислительными процессами, снижающими оптические свойства материала. Получаемая вновь пленка приобретает желтый оттенок.

В настоящее время наиболее перспективным направлением переработки отходов из ПЭНП и ЛПЭНП (да и из любых других полимеров) считается создание промежуточных материалов для замены традиционных материалов из дерева. Основное преимущество полимерного вторсырья над деревом — его биологическая стойкость: полимеры не подвергаются разрушению микроорганизмами и могут длительное время находиться в воде без угрозы для структуры. Для улучшения механических свойств в состав полимеров вводятся различные инертные добавки, например, пылевидная древесная стружка или волокна. Рынок такой продукции огромен. Компания US Plastic Lumber Corp. оценивает его в 10 млрд долл.

Из полиэтилена высокой плотности изготавливаются, например, канистры для жидких продуктов. Процесс переработки ПЭВП-отходов требует специальной очистки вторпродуктов (например, емкостей для ГСМ). Кроме того, часто возникают проблемы, связанные с разрушением ПЭВП в процессе пластификации по причине сопровождающих процесс больших механических усилий. Область применения вторичного ПЭВП весьма широка и отличается многообразием технологических процессов. Он часто используется для производства пленки, емкостей самого разного объема, ирригационных труб, различных полуфабрикатов и т. д. Наибольшее применение вторичный ПЭВП нашел в производстве емкостей (канистр) методом выдувного формования. Реологические свойства вторично перерабатываемых полимеров высокой плотности не позволяют выдувать большие емкости, поэтому объем таких канистр ограничен. Типичная область использования канистр на основе ПЭВП-отходов — упаковка ГСМ и моющих средств.

Канистры могут изготавливаться либо полностью на основе полимерных отходов, либо со экструзией с первичным гранулятом. В последнем случае слой вторполимера формирует сердцевину между двумя слоями первичного полимера. Канистры, полученные таким путем, используют для розлива моющих средств целый ряд компаний (Procter & Gamble, Unilever и т. д.).

Другой пример массовой продукции из вторичного ПЭВП — ирригационные трубы. Как правило, они изготавливаются из смеси вторичного и первичного полимеров в разных соотношениях. Учитывая, что ирригационные трубы не предназначены для использования под давлением, механические свойства вторичного ПЭВП как нельзя лучше подходят для их производства. Высокую вязкость ПЭВП, полученного при переработке канистр и пленок, часто удается компенсировать низкой вязкостью первичного полимера, за счет чего можно улучшить ударопрочность. Производство труб с большим диаметром из вторичного ПЭВП — тоже не проблема: диаметр ирригационных и дренажных труб достигает 630 мм.При использовании технологии литья под давлением процентное содержание вторичного пластика ниже. Эта технология применяется для изготовления обшивочных панелей, коммунальных мусорных контейнеров и т. д. Рынок обшивочных панелей очень привлекателен благодаря своей большой емкости. Подсчитано, что один только рынок США потребляет 2 млрд единиц обшивочных панелей и досок, в качестве которых все еще используются традиционные пиломатериалы.

Что касается производства пленки с повышенной стойкостью к ударным воздействиям и высокой прочностью на разрыв, то в этом случае вторичный ПЭВП может быть использован только с добавками ПЭНП и ЛПЭНП.

Полипропилен

Основным источником вторичного полипропилена являются пластиковые короба, изделия хозяйственного назначения, корпуса аккумуляторных батарей, бамперы и другие пластиковые детали автомобилей. В меньшей степени вторичной переработке подвергаются упаковочные изделия из этого материала. Качество вторичного ПП зависит от условий, в которых находилось изделие в процессе эксплуатации. Чем меньше оно пострадало от внешних воздействий, тем ближе свойства вторичного материала к свойствам первичного. Однако условия эксплуатации редко бывают столь благоприятными. Лишь в редких случаях автомобильные пластиковые компоненты могут быть переработаны по замкнутому циклу: например, компания Renault при производстве модели Megane использует переработанные бамперы из ПП для изготовления новых. Как правило, вторичный ПП используется для производства других автомобильных деталей, к которым предъявляются менее жесткие требования, — вентиляционных патрубков, уплотнений, ковриков и т. д. Этот пример укладывается в классическую схему каскадной утилизации.

Вторичный ПП также используется в различных смесях с первичным ПП или другими полиолефинами при литье под давлением (короба, корпуса) или экструзии (различные профили и полуфабрикаты).

Полистирол

Возможности вторичной переработки полистирольных отходов гораздо скромнее. Это объясняется меньшей диффузией по сравнению с другими пластиками и, самое главное, меньшей разницей в цене между исходным и вторичным сырьем. Кроме того, изделия из полистирола в процессе производства часто претерпевают значительную объемную вытяжку, что усложняет вторичную переработку и сказывается на общей себестоимости утилизации.

Очень небольшая часть полистиролов, бывших в употреблении, перерабатывается в исходные продукты. Примерами повторного использования полистирольных отходов являются изоляционные панели, упаковочные материалы, утепляющая обшивка труб и другие изделия, в которых оптимальным образом могут быть использованы хорошие термоизоляционные, шумопоглощающие и ударопрочные свойства вторичного полистирола. В ряде случаев структура перерабатываемого полистирола уплотняется за счет использования специальных переходных технологий, и полученный таким образом материал используется в областях применения кристаллического полистирола. Наиболее интересное применение такого материала — производство профилей, ранее изготавливавшихся только из дерева (оконных рам, полов и т. д.). В этом случае свойства переработанного полистирола ничем не уступают свойствам дерева, а по показателям длительности жизненного цикла в естественных условиях даже превосходят его.

Смеси пластиков

Утилизация изделий, состоящих из комбинации различных полимеров, является насколько трудоемкой, настолько и перспективной задачей. С одной стороны, при создании вторичных материалов с допустимыми механическими свойствами из смесей пластиков отпадает необходимость в первичной (на коммунальном уровне) и вторичной (на уровне утилизационного производства) сортировке бытового и промышленного мусора, что должно положительно сказаться на себестоимости переработки. С другой стороны, свойства получаемых материалов не очень-то хороши, т. к. полимеры, составляющие их основу (преимущественно ПЭ, ПП, ПЭТ, ПС и ПВХ), несовместимы между собой и образуют многокомпонентную систему с низким межфазным взаимодействием. Более того, присутствие загрязнителей — частиц бумаги, металла, красителей — приводит к дальнейшему ухудшению физико-механических свойств.

Практически во всех случаях свойства смеси оказываются намного хуже свойств каждого компонента по отдельности. Для достижения видимых успехов в утилизации многокомпонентных отходов необходимо вести переработку с максимально коротким циклом. Задача состоит в том, чтобы, с одной стороны, избежать лишних материальных затрат, а с другой — сократить время переработки, не давая возможности полимерам, входящим в состав материала, начать разрушаться. По этой причине необходимо выдерживать рабочую температуру низкой, даже несмотря на то, что определенные компоненты (например, ПЭТ) останутся в твердом состоянии и будут вести себя как инертные наполнители. Необходимо также выбирать им приложения, которые не требуют высоких механических свойств и не обладают значительными габаритами. Только так можно избежать серьезного влияния себестоимости переработки на конечную стоимость изделия, а также нивелировать невысокие механические свойства многокомпонентного полимера малыми размерами изделий, формируемых из него.

Оборудование

Оборудования для переработки полимерных отходов производится на ООО «Полимермаш-сервис». Это измельчители, агломераторы и линии гранулирования.

Технологическая схема получения профильных изделий

Все стадии технологического процесса производства профиля неразрывны и выполняются на одной линии непрерывного действия (рис. 1).

Рис.1. Состав линии для производства профиля:

1.Экструдер, 2. Бункер – сушилка с пневмозагрузчиком, 3.Головка профильная, 4.Ванна водяная, 5.Машина тянущая, 6.Устройство отрезное, 7.Устройство намоточное

Гранулированный полимерный материал пневмозагрузчиком подается в бункер экструдера, где нагревается, пластицируется и в виде расплава под давлением подается в формующую головку, из которой отформованный профиль поступает в калибратор и далее в охлаждающую ванну. Для отвода профиля служит тянущее устройство. Толщина стенки профиля и правильность его геометрической формы контролируются бесконтактным измерительным устройством. Для нанесения надписей тиснением или печатью служит счетно-маркирующее устройство. Затем профили нарезаются на отрезки заданной длины дисковой или гильотинной пилой, перемещающейся вдоль изделия со скоростью его отвода, и укладываются манипулятором в штабеля.

Для переработки ПВХ применяются одношнековые и двухшнековые экструдеры со шнеками, вращающимися в противоположных направлениях и витками плотного зацепления..

Все чаще начинают использоваться технологии соэкструзии и ламинирования изделий декоративными покрытиями.

При формовании профилей размеры и форма готового изделия определяются, в том числе, и эластическим восстановлением экструдата на выходе из мундштука, вытяжкой профиля под действием собственной массы или тянущего устройства и усадкой полимера при его охлаждении. На форму готового изделия влияют также трение материала о рабочие поверхности, вызывающее замедленное течение расплава в узких сечениях, и неодинаковая скорость охлаждения различных по толщине сечений сложного профиля.

На рис. 2 схематически показано устройство головки для производства сложного профиля закрытого типа.

Рис. 2. Схема формующей головки для изготовления сложного полого профиля:

1 – корпус; 2 – дорн; 3 – дорнодержатель; 4 – мундштук; 5 – регулировочные винты.

Мундштук вращением регулировочных винтов может смещаться в радиальном направлении относительно дорна, что необходимо для выравнивания скоростей расплава по периметру изделия и регулировки толщины его стенки.

Длина формующей части зависит от толщины сечения; обычно их соотношение лежит в пределах 10:1 – 15:1. Оно уменьшается при переработке высоковязких полимеров, и, наоборот, при необходимости экструзии с высокой скоростью длину формующей части следует увеличить.

Сложность калибровки – основная проблема при производстве профилей. Как правило, к профильным изделиям не предъявляется особенно жестких требований по точности размеров; поэтому зачастую калибрующее устройство совмещается с охлаждающей ванной и предназначается главным образом для предотвращения чрезмерной деформации профиля в процессе охлаждения. Из-за трудностей изготовления калибрующие насадки сложного профиля заменяют набором калибрующих латунных или медных пластин. При формовании профилей сложной формы их количество может быть довольно значительным (10-15 и более). Для получения изделий с точными размерами, а также формования полых профилей, калибрование проводят с помощью обычных насадок, преимущественно с использованием вакуума.

Для охлаждения тонкостенных профилей (сайдинг, прокладки и т. д.) с успехом применяют ленточные транспортеры с прижимным роликом, иногда прибегая к дополнительному обдуву изделия воздухом. Воздушное охлаждение широко используется при экструзии и более толстых изделий. Охлаждение осуществляют орошая движущийся профиль, либо пропуская его через ванну (последнее особенно часто при значительной толщине). Длина охлаждающих устройств 3-10 м, они, как правило, выполняются в виде разъемных секций, приспособленных для быстрого монтажа и демонтажа.

После охлаждения профиль подается с помощью тянущего устройства на намотку или резку.

Особенность производства ПВХ-профилей заключается в том, что поливинилхлорид – один из наименее стабильных карбоцепных промышленных полимеров. В процессе переработке он подвергается термической, термоокислительной, термомеханической и механической деструкции. Поэтому в состав композиции добавляют различные стабилизаторы, модификаторы, пластификаторы,смазки, наполнители.

Стабилизаторы должны уменьшать термоокислительную деструкцию поливинилхлорида, предотвращать старение полимера, вызванное действием УФ-излучений, защищать материалы от вредного воздействия микроорганизмов.

Смазки увеличивают поверхностное скольжение композиции, препятствует пригоранию трудноперерабатываемых смесей в экструзионных машинах.

Пластификаторы позволяют получать изделия с повышенной ударной вязкостью, заданной эластичностью, увеличивают морозостойкость и огнестойкость материала. Для жестких изделий рекомендуется добавлять не более 5 м.ч. пластификатора на 100 м.ч. ПВХ.

Модификаторы повышают сопротивление материалов к ударным нагрузкам. сокращают время плавления композиции, улучшаеют реологические свойства расплава.

Наполнители придают изделию улучшенные физико-механические характеристики, увеличивают светостойкость, снижают стоимость композиции. Количество вводимого наполнителя не должно превышать 50 м.ч. на 100 м.ч. ПВХ.

Мел является одним из важнейших наполнителей для ПВХ. Он дополнительно стабилизирует поливинилхлорид, уменьшает усадку и придает размерам изделий стабильность, увеличивает жесткость, твердость и теплостойкость материала, а также уменьшает дымообразование.

Многие производители предлагают комплексныв добавки (аддитивы), в состав которых уже входит смесь стабилизаторов с синергическим действием и смазки. Недавно на российском рынке появился новый продукт – премикс: готовая композиция ПВХ для произвоства определенного вида изделия

Под трубами понимают изделия кольцевого сечения закрытого профиля цилиндрические или гофрированные диаметром от 5 до 1500 мм. Тонкостенные изделия этого типа с толщиной стенки 1-1,5 мм при диаметре до 25 мм принято называть шлангами. Трубки диаметром менее 5 мм со стенками толщиной менее 0,5 мм называют капиллярами. Название «труба» является обобщающим.

Как правило, трубы изготовляют из высоковязких сортов полимеров. Для их производства применяют полиэтилен низкой плотности, полиэтилен высокой плотности (ПЭ-80, ПЭ-100), жесткий и пластифицированный поливинилхлорид, АБС-пластик, полипропилен, ударопрочный полистирол.

В зависимости от свойств используемых полимеров пластмассовые трубы могут обладать не только низкой плотностью, щелоче-, кислотостойкостью, но и термостойкостью до 120-1500С, высокими электроизоляционными свойствами, бензо- и маслостойкостью, не ржавеют в процессе использования. Кроме того пропускная способность пластиковых труб больше, чем металлических, вследствие незначительных потерь на преодоление трения жидкости о полимерную поверхность.

Также использование полимерных труб обычно дает ощутимый экономический эффект: затраты на транспортировку и монтаж сокращаются по сравнению со стальными трубами в несколько раз, значительный срок службы (около 50 лет), отсутствие расходов в период эксплуатации. В результате монтаж, выполненный из труб и фитингов из полипропилена, даст удешевление на 15–20% по сравнению с трубопроводом, выполненным из стальных оцинкованных труб.

Ещё одно важное достоинство пластмассовых труб – технологичность их соединения в трубопроводные системы.

Технология и оборудование для производства труб

Процесс производства труб из пластика технологически достаточно прост, относительно нетрудоемок, энергетически малозатратен и экологически безвреден, а минимальная площадь, необходимая для установки и эксплуатации одной комплектной линии для производства труб, составляет порядка 100 м2.
Все стадии технологического процесса производства труб неразрывны и выполняются на одной линии непрерывного действия.

Рис. 1. Линия для производства полимерных труб.

Гранулированный полимерный материал пневмозагрузчиком подается в бункер экструдера, где нагревается, пластицируется и в виде расплава под давлением подается в прямоточную формующую головку, из которой отформованная труба поступает в калибратор и далее в охлаждающую ванну. Для отвода трубы служит тянущее устройство, захватывающие элементы которого соответствуют профилю изделия. Толщина стенки трубы и правильность ее геометрической формы контролируются бесконтактным измерительным устройством. Для нанесения надписей тиснением или печатью служит счетно-маркирующее устройство. Трубы диаметром более 50 мм нарезаются на отрезки заданной длины дисковой или гильотинной пилой, перемещающейся вдоль трубы со скоростью ее отвода, и укладываются манипулятором в штабеля. Трубы диаметром менее 50 мм наматываются в бухты тянуще-намоточным устройством.
Экструдеры. Используются главным образом одночервячные прессы с длиной червяка (25-30)D. Применение длинных червяков способствует уменьшению пульсации расплава и повышению качества изделий. При производстве тонкостенных изделий используют экструдеры с осевым перемещением червяков, позволяющим регулировать зазор между концом червяка и головкой.

Рис. 2. Одношнековый экструдер.

Формование профиля трубы. Формование осуществляется за счет течения расплава полимера через кольцевую щель головки. Для этого обычно используют прямоточные, угловые и Z-образные формующие головки.

Рис. 3. Прямоточная кольцевая головка для изготовления труб и шлангов:

1 – штуцер для подвода сжатого воздуха; 2 – корпус; 3 – регулировочные винты; 4 – крепежное устройство; 5 – трос для удержания скользящих пробок в калибрующем устройстве; 6 – трубная заготовка; 7 – канал для поступления в трубу сжатого воздуха; 8 – матрица; 9 – дорнодержатель; 10 – дорн.

Наибольшее применение находят прямоточные головки (рис. 2). Корпус головки состоит из двух частей, между которыми закреплена радиальная решетка дорнодержателя. В переднюю часть корпуса вставляется формующее кольцо (мундштук), которое крепится к корпусу фланцем. На входе в головку вставляются решетка и пакет фильтрующих сеток. На решетке дорнодержателя закреплены рассекатель и дорн. Решетка дорнодержателя имеет штуцер для подвода сжатого воздуха внутрь трубы. Расплав полимера из цилиндра экетрудера проходит через пакет фильтрующих сеток, решетку, а затем течет в кольцевом зазоре между патрубком и рассекателем дорна и входит в отверстия решетки дорнодержателя, где ребрами разделяется на несколько параллельных потоков. Чтобы не было застойных зон, ребра решетки дорнодержателя делают обтекаемой формы.

После решетки дорнодержателя расплав вновь поступает в кольцевой канал, образованный второй частью корпуса и дорном. Окончательные размеры расплав принимает в формующем канале, при этом для обеспечения равной толщины трубы по периметру формующее кольцо (мундштук) может перемещаться винтами в радиальных направлениях относительно дорна.
Длина формующего канала обычно принимается кратной глубине канала h и должна быть равна l/h =15 – 30.

Рис. 4. Формующая головка для изготовления труб.

Конструкции формующих головок должны удовлетворять следующим общим требованиям:

1. Равномерное течение расплава по периметру головки;
2. отсутствие линий спаев;
3. плавный переход от одного участка канала к другому;
4. равномерное нагревание расплава по периметру;
5. отсутствие застойных зон;
6. форма канала выбирается из условия эксплуатации и области применения труб.

Кроме конструктивных факторов на качество изготовляемых труб влияют технологические параметры – температура, скорость течения и скорости вытяжки расплава. При течении происходит ориентация молекул полимера, которая зависит от вязкости расплава и скорости течения. При увеличении температуры расплава ориентация и время релаксации уменьшаются, поэтому усадка труб в осевом направлении снижается.

Скорость течения расплава в головке влияет в основном на анизотропию свойств трубы. При увеличении скорости может появится шероховатость поверхности, т.к. происходит периодический срыв расплава с поверхности формующего канала.
При формовании профиля трубы расплав из головки отводится с помощью тянущего устройства. Если расплав отводится со скоростью большей, чем скорость выхода расплава, происходит уменьшение толщины стенки трубы и повышается осевая ориентация трубы.

Калибрование труб. Для придания профилю экструдата заданных размеров и исключения его деформации в охлаждающем устройстве трубы калибруют, т.е. предварительно охлаждают с обеспечением расплаву определенной конфигурации и размеров. Как правило, трубы калибруют по их наружному диаметру, поскольку это важно для стыкования и соединения при дальнейшем использовании. Тонкостенные шланги и капилляры калибруют также и по внутреннему размеру.

Для придания калибруемому изделию требуемой формы с последующим ее сохранением процесс должен начинаться при температуре, близкой к температуре плавления термопласта T₁ ? T_пл а заканчиваться, когда расплав затвердевает, то есть при температуре ниже температуры размягчения T₂ < T_р. В связи с этим калибратор располагается в непосредственной близости от головки на расстоянии 30-100 мм. Скольжение трубы по калибрующей втулке сопровождается интенсивным теплоотводом и охлаждением изделия.

Калибрование можно проводить с использованием сжатого воздуха или вакуума.

При калибровании по наружному диаметру с использованием сжатого воздуха трубчатая заготовка расплава выдавливается из головки и поступает внутрь металлической гильзы калибратора. При подаче сжатого воздуха внутрь трубы происходит частичное раздувание ее по диаметру, вследствие чего труба на выходе из головки плотно прилегает к охлаждаемым стенкам калибрующей гильзы. Чтобы не произошло разрушения (раздувания) экструдата, насадка в данном случае крепится вплотную к головке, а в рубашку калибрующей насадки подается охлаждающая жидкость. Для исключения прилипания расплава, гильза насадки охлаждается до температуры, которая всегда должна быть ниже температуры стеклования или плавления. При этом на поверхности трубы образуется слой твердого полимера, который после выхода из насадки должен выдерживать внутреннее давление воздуха, а также силы трения, возникающие в насадке.

Давление калибрования выбирается в зависимости от диаметра трубы, толщины ее стенки, а также от свойств полимеров и температуры расплава. Обычно его подбирают экспериментально при запуске установки. При этом следует учитывать, что при низком давлении ухудшается внешний вид труб (образуется поверхностная рябь), а при чрезмерно большом снижается прочность из-за возрастания коэффициента трения и появления микротрещин.

Для создания внутри трубы давления конец её закрывают пробкой или несколько раз перегибают под углом 1800. Применение пробки ухудшает качество внутренней поверхности трубы и увеличивает силу ее трения при калибровке.

Раздувание сжатым воздухом позволяет создавать внутри трубы высокое давление. Этот способ калибровки используют при производстве труб диаметром более 100 мм и толщиной стенки более 5 мм.
При калибровании вакуумом необходимо обеспечить герметичность между зкструдатом и гильзой на входе, поэтому диаметр формующего мундштука делают несколько больше, чем диаметр гильзы. Необходимые размеры труба приобретает в результате прижатия экструдата к стенкам гильзы под действием разности давления атмосферного воздуха и вакуума. Поскольку невозможно создать большую разность давлений (?P не превышает 0,05 МПа), этот метод неприменим при калибровании толстостенных труб.

Рис. 5. Ванна вакуум – калибровочная.

При калибровании пластинами трубчатая заготовка раздувается сжатым воздухом, подаваемым внутрь трубы, или за счет создания вакуума в калибрующей камере. В этом случае набор калибрующих пластин помещают в герметичную камеру, в которой создают вакуум. В этой же камере устанавливают форсунки для разбрызгивания воды или полностью заливают ее водой. Уровень воды поддерживается с помощью сливных трубок. Расстояние между пластинами на входе делают небольшим, чтобы под действием вакуума не произошло раздувание расплава. По мере отвода трубы температура расплава понижается и расстояние между пластинами возрастает. Калибрование охлаждаемыми пластинами ускоряет процесс охлаждения и уменьшает трение.

При калибровке по внутреннему диаметру калибратор крепится непосредственно к дорну головки. По трубке, проходящей через дорн, в него подается охлаждающая вода. Труба, протягиваемая по калибратору, охлаждается и разглаживается. Используя этот метод, можно получать изделия с толщиной стенки до 0,2 мм и с сечением любой формы, соответствующей конфигурации формующей щели головки.
При калибровании изделий следует избегать быстрого охлаждения, чтобы свести к минимуму остаточные напряжения и неравномерность усадки, нередко являющиеся причиной образования микротрещин. Необходимо согласовывать толщину стенки изделия, скорость ее отвода от головки, длину калибрующей втулки и теплофизические свойства перерабатываемого полимерного материала (теплопроводность,температуропроводность).

Для более равномерного охлаждения трубы внутрь нее также через дорн впрыскивается водяной туман. В этом случае тепло отводится не только через калибрующую втулку, но и внутрь изделия.

Эксплуатационный нагрев калиброванных труб выше Тр может сопровождаться самопроизвольным изменением их диаметра из-за высокоэластической деформации.

Охлаждение труб проводится орошением их водой или пропусканием через водяную ванну. Основное требование к этой операции – равномерное и быстрое охлаждение расплава.

В ваннах обеспечивается интенсивное перемешивание жидкости, для чего устанавливают барботажные трубки, разбрызгивающие форсунки или создают спиральный поток воды вокруг трубы. Интенсивное перемешивание необходимо также для удаления пузырьков воздуха, оседающих на поверхности трубы и нарушающих теплообмен. Иначе поверхность становится дефектной (с оспинами). Температура охлаждающей воды обычно выбирается в зависимости от полимера, а также с учетом требований, предъявляемых к трубам. Трубы хорошего качества получаются, если температура расплава на внутренней поверхности после выхода из ванны понижается до температуры плавления или текучести. Поэтому необходимо обеспечивать определенную скорость отвода трубы тянущим устройством. Длина ванны и кратность обмена воды определяются с учетом толщины стенки изделия.

Тянущее устройство предназначено для отвода изделия от формующей головки и перемещения его через охлаждающую ванну. Наиболее широко применяются устройства гусеничного типа. В зависимости от диаметра трубы, толщины ее стенки, конфигурации поперечного сечения тянущие элементы могут представлять собой бесконечный ремень с эластичными накладками или роликовые цепи с траками, повторяющими контур изделия. Количество таких «гусениц» может составлять 2, 3, 4 или 6, также в зависимости от размеров трубы. Тянущее устройство должно комплектоваться приводом с плавной регулировкой и прибором для оценки линейной скорости отводимого изделия. Последнее особенно важно, поскольку, во-первых, позволяет компенсировать разбухание экструдата, а во-вторых, от отношения скорости отвода изделия к скорости выдавливания экструдата зависит так называемая степень вытяжки трубы иее свойства в продольном и поперечном направлениях.

Если расплав отводится со скоростью большей, чем скорость выхода расплава, происходит уменьшение толщины стенки трубы и повышается осевая ориентация трубы. Прочность в продольном направлении увеличивается, а в поперечном снижается. Соответственно, с усадкой всё происходит наоборот: поперечная растет, в то время как в осевом направлении усадка существенно понижается.

Резка труб осуществляется пилами различной конструкции (циркульной, ленточной). В процессе резки пила перемещается вместе с трубой и после завершения цикла возвращается в исходное положение.

Рис. 6. Отрезное устройство.

Штабелер сбрасывает готовые трубы заданной длины по мере их поступления с отрезного устройства на специальный стеллаж для их дальнейшей сортировки или упаковки оператором.

При производстве безнапорных труб из полиэтилена или ПП-труб малого диаметра вместо штабелера может использоваться автоматический намотчик, который, имея регулируемый по диаметру намоточный барабан, электропривод и систему счетчика метража, позволяет получать на выходе готовые бухты.

Лист представляет собой плоский прямоугольный профиль, отношением ширины к высоте (как правило, листом называют пластину толщиной более 1,5 – 2 мм и шириной до 2000 мм и более).

Основное количество листовых термопластов (полистирол, сополимер АБС, акрилаты и др.) используется для переработки в изделия методами термоформования. Наибольший интерес представляют листы толщиной 4-10 мм и шириной от 250 мм.

Толстые пленки и листы производят в основном подачей расплава плоского экструдата на поверхность охлаждающего барабана.

Сочетание процесса подготовки экструдата-заготовки на экструдере с калибровкой и охлаждением его на каландре дает ряд преимуществ перед чисто каландровым способом получения:

1. Большую производительность;
2. лучшее качество листа за счет меньшей термоокислительной деструкции;
3. меньшую трудоемкость и большую безвредность процесса.

Листы получают с помощью двух основных устройств: экструдера с плоскощелевой головкой и валкового агрегата типа каландра (трех- или четырехвалкового). Экструзионная заготовка-полуфабрикат, проходя через фиксированный зазор, калибруется по толщине и полируется по двум поверхностям валками каландра. В горячем состоянии у листа обрезаются кромки двумя ножами. Теплый лист далее поступает на рольганг, где происходит его окончательное охлаждение. Движение листа после каландра осуществляется тянущим устройством, после которого он обрубается по ширине ножом типа гильотины.

Экструдеры. Для получения расплава с высокой степенью гомогенности в производстве листовых материалов применяются главным образом одношнековые экструдеры с высоким отношением L/D (как правило, не менее 25:1) обычно червяк имеет нарезку постоянного шага с постепенно убывающей глубиной (без резкой ступени сжатия) и с дозирующей зоной.

Решающее условие получения высококачественного листа и профиля – равномерная, без пульсации и толчков, подача материала экструдером. Помимо геометрии червяка и поддержания равномерного и постоянного теплового режима, большое значение имеют свойства сырья и равномерность его подачи в экструдер. Для переработки материала с добавлением отходов необходимо не только поддерживать постоянным их содержание, но и добиваться равномерного распределения в новом материале.

Для получения листа с высококачественной поверхностью подаваемый на экструзию материал рекомендуется подсушивать и подогревать, используя бункерные сушилки, снабженные ворошителем для предотвращения слипания материала и более равномерного питания экструдера. При переработке порошкообразных композиций применяют экструдеры с зоной отсоса или вакуумный бункер.

Формующие головки. Применяют плоскощелевые листовальные головки нескольких типов: с элементами сопротивления типа «рыбий хвост» и коллекторные различных конструкций.

Основная трудность, которую приходится преодолевать при изготовлении плоскощелевых листовальных головок, состоит в необходимости перехода от цилиндрического потока на выходе из экструдера к плоскому потоку на выходе из головки при сохранении постоянства скорости движения потока по всей его ширине. В головках типа «рыбий хвост» это достигается изменением профиля потока и созданием меньшего сопротивления течению расплава в направлении краев листа. Для этого в центральной зоне создается дополнительное сопротивление в виде «острова» с переменным сечением и округленными краями или вдоль краев внутренней полости выполняются каналы, расходящиеся от центра к периферии («рыбий хвост»), по которым материал движется с большей скоростью.

В последнее время все большее распространение получают коллекторные головки (рис.1), в которых материал из экструдера попадает в распределительный канал (коллектор) цилиндрической или каплевидной формы, расположенный параллельно формующей щели.

Рис. 1. Листовальная головка:

1 – неподвижная губка; 2 – подвижная губка; 3- матрица; 4 – регулировочные болты; 5 – регулировочная призма; 6 – коллектор.

Для регулирования толщины зазора в такой головке имеются губки, одна из которых обязательно выполняется подвижной. Для лучшего регулирования давления в головке и скорости выхода материала между распределительным каналом и формующими губками устанавливают подвижный дросселирующий элемент в виде призмы.

Иногда при переработке высоковязких полимеров, а также при шприцевании листов большой ширины, внутри распределительного канала помещают дополнительный транспортирующий шнек, способствующий равномерному распределению материала в канале.

Для поддержания необходимой температуры расплава головки снабжают системой обогрева. Наиболее часто применяют ленточные и плоские нагревательные элементы, однако иногда головки снабжают системами обогрева с циркуляцией жидкого теплоносителя. Температуру головки поддерживают равномерной и равной температуре расплава на выходе из экструдера.

Специфика получения листов по указанной схеме в следующем.

1. Линейные скорости листа на всем протяжении движения экструдата до резки должны быть синхронизированы. Это связано с тем, что при калибровке происходит утончение листа и некоторое увеличение его длины, а при охлаждении на рольганге – значительное уменьшение длины. С учетом усадки 3 – 4 % скорость тянущих устройств должна быть меньше скорости выхода листа с последнего валка каландра.
2. Лимитирующей стадией процесса являются время и режим охлаждения листа на рольганге.
3. При производстве листов нельзя пренебрегать разбуханием расплава при выходе из головки. Величина разбухания расплава (около 10 – 12 %) тем выше, чем больше его вязкость, чем толще заготовка, и зависит от конструкции головки.

Гладкость, шероховатость поверхности листов в большой мере зависят от коэффициента трения валков по листу, т.е. возможности прилипания полуфабриката к поверхности валков. Эффективным способом уменьшения прилипания полимера к поверхности валов является их антиадгезионная обработка.

При неравномерном по ширине охлаждении из-за релаксации остаточных напряжений может происходить искривление листа: его края заворачиваются внутрь. Это происходит из-за более быстрого охлаждения краев, чем середины листа.

Листы далее обрабатываются следующими методами:

• сверление, штамповка, фрезерование, резка, горячая окантовка;
• сваривание, приклеивание, соединение скобками;
• крепление гвоздями, шурупами, винтами, заклепками;
• термоформовка;
• печать, покраска, нанесение покрытий; оклейка, лакировка, фотокаширование.

Применяют листы в строительстве, промышленности, для рекламных щитов, выставочных стендов и т.д.

Трубы из полиэтилена (ПНД-трубы, трубы из ПЭ-63, ПЭ-80 и ПЭ-100, а также PEX) применяются, как правило, для водоснабжения при различных номинальных значениях давления в системе. Трубы из полипропилена (ПП рандом-сополимер) используются также для хололного и горячего водоснабжения, а из ПП-гомополимера – для внутренней канализации зданий. Канализационные трубы для наружных сетей, производят их поливинилхлорида (ПВХ). Из ПВХ изготавливают также водостоки. Особняком стоят пластмассовые или металлические трубы и фитинги в полиэтиленовой оболочке и пенополиуретановой теплоизоляции (так называемые ППУ-трубы). Кроме того, существуют металлопластиковые трубы, имеющие композитную металлопластик-стенку, которая включает полимерные и металлический слои. Металлопластиковые трубы используют в различных целях: отопление помещений (в том числе «теплые полы»), водоснабжение и газоснабжение помещений и предприятий. Гофрированные трубы из различных материалов также нашли широкое применение в различных сферах хозяйства. Популярность гофротруб обусловлена их легкостью и отличной гибкостью, что позволяет использовать из в качестве шлангов в том числе в канализационных системах. В некоторых более узких областях применяют также стеклопластиковые трубы.

Трубы из полимеров имеют целый ряд достоинств перед стальными: вес пластиковых труб небольшой, они являются нержавеющими, бесшовными, не зарастают в процессе эксплуатации, не вибрируют и не издают урчащих звуков, не разрываются при замерзании воды (cистема выдерживает несколько циклов замерзания при наличии давления без разрушения), не проводят блуждающие токи, не требуют окраски и легки в монтаже. Например, трубы и фитинги из полипропилена в зависимости от рабочего давления могут работать в течение десятилетий с температурой жидкости до 95°C. Полипропиленовые и полиэтиленовые трубы экологически чисты и с успехом применяются в трубопроводах холодного и горячего водоснабжения, отопления и воздуховодах с рабочим давлением до 25 атм.

Благодаря фитингам с хромированными латунными вставками ПП-трубы легко комбинируются со стальными трубами и стальной арматурой, а при укладке в грунт не требуют дополнительной изоляции. Кроме того, в последние годы активно внедряются
закладные элементы из полисульфона, как замена латунных вставок для соединений пластмассовых труб.
При монтаже труб из полиэтилена, полипропилена, как правило, применяется диффузионная сварка, выполняемая при помощи несложной и недорогой оснастки. Такой способ соединения не требует специальных навыков и доступен каждому. Конструкция в результате получается полностью герметичной, а сам процесс сварки занимает очень мало времени. При этом соединение готово к эксплуатации сразу после остывания (2–3 мин.). Трубы из ПВХ, как правило применяются для стоков без давления, поэтому они не свариваются, а скрепляются при помощи раструбов, РТИ уплотнений, реже – клеевыми соединениями.

Использование полимерных труб обычно дает ощутимый экономический эффект: затраты на транспортировку и монтаж сокращаются по сравнению со стальными трубами в несколько раз. Экономический эффект от использования труб и фитингов из полипропилена по сравнению со стальными и чугунными складывается из экономии затрат на транспортировку, сокращении трудоемкости и отходов при монтаже, экономии расходных материалов, отсутствия расходов в период эксплуатации, а также значительного срока службы – около 50 лет. Если все эти данные учесть при определении стоимости трубопровода и составлении сметы, то монтаж выполненный из труб и фитингов из полипропилена даст удешевление на 15–20% по сравнению с трубопроводом, выполненным из стальных оцинкованных труб.

Основные материалы для изготовления современных труб

1. Полипропилен рандом-сополимер.

Материал, используемый для производства водопроводных ПП труб и фитингов, представляет собой продукт сополимеризации пропилена и этилена в определенных пропорциях и носит название полипропилен рандом-сополимер PPRC (тип 3). К сожалению, достойной альтернативы PPRC тип 3, выпускаемым зарубежными производителями

2. Полипропилен гомополимер.

Гомополимер пропилена применяется главным образом для канализационных ПП труб и фитингов. Причем из-за хрупкости гомополимера при низких температурах применять полипропиленовые трубы в климатических условиях России и СНГ можно только для внутренней канализации. Поэтому такие трубы – самые тонкостенные (толщина стенки обычно 1,6 – 2,0 мм).
Как правило, для экструзии труб из гомополимера ПП используют полипропилен производства московского (Каплен 01003), уфимского (Бален 01003) и других отечественных предприятий с текучестью 0,3 г/10 мин.
Для обеспечения грамотного и правильного применения труб и фитингов из полипропилена в трубных системах в Российской Федерации выпущен Свод правил по проектированию и монтажу трубопроводов из полипропилена «Рандом сополимер» (СП40-101), внесены соответствующие изменения в СНиП 2.04.05-91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» и в СНиП 2.04.01-85 «Внутренний водопровод и канализация зданий».

3. Полиэтилен.

В большинстве случаев для производства труб и фитингов применяют различные марки полиэтилена низкого давления (высокой плотности, ПЭНД, ПЭВП), а также силанольно-сшитый полиэтилен (PEX). Водопроводные трубы из обычного ПНД на сегодняшний день уже морально устарели. То же касается и марки ПЭ-63, которая не выдерживает такого высокого давления, как более современные трубные марки ПЭ-80 и ПЭ-100. Во многих странах Европы выпуск материала ПЭ-63 прекращен и полиэтиленовые трубопроводные системы переводятся на современные ПЭ-80 и ПЭ-100, имеющего очень высокие характеристики при работе под давлением и повышенных температурах. К сожалению, и тут доля российского сырья для производства труб близка к нулю.

4. Поливинилхлорид.

Трубы и фитинги из ПВХ применяют в основном для организации наружней канализации. Это обусловлено высокими характеристиками ПВХ при низких температурах, в отличие от полипропилена. Канализационные трубы ПВХ более толстостенные, чем полипропиленовые, из-за особенностей их эксплуатации. Кроме того, некоторая часть труб ПВХ применяется для пластмассовых водостоков и дренажа. Для производства труб из поливинилхлорида обычно берут стандартную композицию, включающую смолу ПВХ, стабилизаторы, смазки, наполнители и модификаторы. Смола как правило бывает российского производства, добавки – зарубежного.

Технология и оборудование для производства труб

Процесс производства труб из пластика технологически достаточно прост, относительно нетрудоемок, энергетически малозатратен и экологически безвреден, а минимальная площадь, необходимая для установки и эксплуатации одной комплектной линии для производства труб, составляет порядка 100 м2.

Экструзионная линия для получения труб представляет собой технологически законченный непрерывный цикл экструзии, калибровки, охлаждения, вытяжки, обрезки и штабелирования готовой продукции и состоит из собственно экструдера с экструзионной головкой и системой подачи полимерного сырья, ванны калибрации и охлаждения, тянущего устройства, отрезного устройства и штабелера или автоматического намотчика для труб малого диаметра.

Кратко опишем технологию экструзии: гранулированый пластик засыпается в бункер экструдера, представляющего собой винтообразный шнек из высокопрочной азотированной стали, вращающийся с заданной скоростью внутри материального цилиндра. По всей длине цилиндра установлено несколько нагревателей кольцевого типа и несколько датчиков температуры. Таким образом в каждой условной зоне нагрева имеется возможность установки и контроля температуры расплава в цилиндре. Посредством вращающегося шнека гранулят расплавляется, смешивается и, пластифицируясь под давлением, поступает в экструзионную головку, назначение которой состоит в том, чтобы посредством формообразующих цилиндрических поверхностей дорна (внутренний диаметр) и матрицы (внешний диаметр) на выходе головки получить пластфицированную заготовку в виде трубы. Внутри экструзионной головки также установлены нагреватели с термодатчиками, обеспечивающие необходимый режим нагрева материала.

Экструзионная головка может быть выполнена в виде единого блока, имеющего фланец для крепления к материальному цилиндру, и состоит из корпуса, рассекателя, дорнодержателя и собственно матрицы, которая центрируется относительно дорна регулировочными болтами для обеспечения равной толщины стенки трубы по диаметру.

В состав экструдера, помимо бункера, пары шнек-цилиндр, экструзионной головки и системы нагревов, входят также асинхронный электродвигатель переменного тока с частотно-регулируемым преобразователем для обеспечения прецизионности вращения шнека, блок электроавтоматики и программируемый логический контроллер, о котором следует сказать дополнительно.

Программируемый логический контроллер по сути является компьютером, содержащим все технологические параметры экструзионной линиии и контролирущим работу всех систем, входящих в ее состав. С помощью пульта управления, состоящего из дисплея и клавиатуры, оператор осуществляет оперативное управление всеми исполнительными устройствами, регулирует и контролирует температуру нагрева экструдера и головки, скорость вращения шнека и тянущего устройства, давление расплава, режимы резки и штабелирования.

В состав экструдера дополнительно может быть включено вспомогательное оборудование для производства пластиковых труб. Например, вакуумный загрузчик для обеспечения непрерывной загрузки гранулята в бункер, системы автоматической смены фильтров экструзионной головки и т. д.

Полимер в виде пластифицированной трубной заготовки должен принять форму трубы с задаными внешним и внутренним диаметрами и толщиной стенки. Для этого ее нужно откалибровать, что и происходит в вакуумном калибраторе, через который протягивается трубная заготовка. Ванна вакуумного калибрования и охлаждения обычно представляет собой 3-метровую замкнутую емкость из нержавеющей стали, в торцах которой установлены резиновые манжеты для герметизации ванны. Принцип калибровки трубы – вакуумный, по наружному диаметру. Устройство для вакуумного калибрования по наружному диаметру располагается в передней части ванны и представляет собой нержавеющий цилиндр с центральным отверстием заданного диаметра трубы и с поперечными прорезями по всей длине. Калибратор интенсивно охлаждается при помощи форсунок, из которых подается под давлением вода. Ванна калибрации и охлаждения соединяется с вакуум-насосом и ввиду того, что на ее входе и выходе установлены резиновые манжеты, в ее полости создается разрежение. Благодаря наличию поперечных прорезей в калибраторе отрицательное давление в полости ванны распирает трубу и прижимает ее к внутренней поверхности калибрующей насадки. Разрежение в камере контролируется вакуумметром. Далее труба проходит через диафрагму калибратора в охлаждающую ванну, в которой также поддерживается разрежение, т. к. полость ванны через патрубок соединена с вакуум-насосом и интенсивно охлаждается с помощью форсунок.

Для того чтобы пластиковая труба равномерно вытягивалась через систему калибрации, сохраняя неизменной и заданной толщину трубы, после дополнительной ванны охлаждения установлено тянущее устройство гусеничного или ленточного типа с пневматическим прижимом траков. Траки приводятся в движение посредством электродвигателя с частотно-регулируемым приводом, синхронизированным с главным приводом экструдера. Усилие прижима траков для различных диаметров труб регулируется механически, путем измененения расстояния между траками.

Для резки пластиковых труб предназначено отрезное устройство – пила гильотинного или дискового типа в зависимости от диаметра трубы. Устройство работает как в ручном режиме, получая сигнал на начало резки от концевого выключателя, установленного на штабелере, так и в автоматическом, когда режимы резки задаются с пульта управления.

Штабелер сбрасывает готовые трубы заданной длины по мере их поступления с отрезного устройства на специальный стеллаж для их дальнейшей сортировки или упаковки оператором.

При производстве безнапорных труб из полиэтилена или ПП-труб малого диаметра вместо штабелера может использоваться автоматический намотчик, который, имея регулируемый по диаметру намоточный барабан, электропривод и систему счетчика метража, позволяет получать на выходе готовые бухты.

Технология производства фитингов для труб

Фитинги часто производятся из того же материала, что и трубы, например из полипропилена рандом сополимер тип 3. Однако, часто оказывается невозможным получить качественное изделие на ТПА (термопластавтомате) из материала, используемого для экструзии. Так, для литья фитингов для внутренней ПП канализации применяют более текучие марки гомополимера полипропилена, например ПП01030, ПП01060 или ПП01130. В случае с ПВХ на литье фитингов также идет специальная гранулированная композиция с большей текучестью, нежели экструзионные аналоги для труб.

Метод литья под давлением широко известен и изучен. Способ загрузки, нагрева и пластификации при подготовке к литью совершенно идентичен экструзионной линии. То есть мы имеем тот же самый бункер для материала и пару шнек-цилиндр, установленную на станину. Полипропилен засыпается в бункер, посредством вращающегося шнека и кольцевых нагревателей превращается в расплав и, пластифицируясь, поступает к соплу для вспрыска в пресс-форму. Последняя представляет из себя две полуформы, гидравлически смыкающиеся перед циклом вспрыска и размыкающиеся после охлаждения готового изделия. Пресс-форма имеет литниковое отверстие для подачи под давлением расплавленного материала. Шнек термопласт-автомата связан с гидроцилиндром и имеет возможность с заданной скоростью двигаться вперед и по команде с пульта оператора возвращаться в исходное положение. Таким образом, процесс производства фитингов представляет собой цикл, состоящий из шести фаз: смыкание полуформ, подвод к литниковому отверстию сопла, вспрыск расплава, отвод сопла, размыкание пресс-формы и набор следующей дозы материала посредством вращения шнека. Любой термопластавтомат имеет программируемый логический процессор, пульт оператора, блок элетроавтоматики, позволяющие программировать технологический процесс с заданием режимов нагрева, набора материала, вспрыска и других параметров.

Понятно, что эти технологические установки в реальном производстве могут содержать в своем составе различные вспомогательные агрегаты. В некоторых условиях производста желательны установка подготовки воздуха (воздушный компрессор, фильтр, слагоотделитель), холодильная установка и т. д.

Заключение

Иногда готовые трубы и фитинги после производства нуждаются в дополнитеньных операциях, таких как раструбовка, гибка, сварка, склеивание или сборка. Например, трубы для канализации должны быть раструбованы, а затем в раструб нужно вставить уплотнение – резиновое кольцо. Иногда особенно сложные фитинги производят путем сварки или склеивания нескольких полуфабрикатов. В этом случае применяют контактную сварку, сварку трением, прутком, нагретым газом.

В России и СНГ насчитываются уже десятки компаний производителей пластиковых труб из различных материалов. При желании Вы можете приобрести оборудование ООО «Полимермаш-сервис» и импортные аналоги, благо на рынке работает множество компаний, занимающихся продажей полимерных труб различных производителей. Таким образом, покупка полимерных труб в современных реалиях – приятный выбор между качественным импортом и недорогой, но вполне приемлимой отечественной продукцией.

Типичными представителями полимеров этого класса можно назвать полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, полиметилметакрилат, поливиниловый спирт и множество других.

Фрагмент макромолекулы первого из них имеет следующее строение:
[-СН2-СН2-]n.

Ко второму классу относится не менее обширная группа гетероцепных полимеров, макромолекулы которых в основной цепи помимо атомов углерода содержат гетероатомы (например, кислород, азот, серу и др.). К полимерам этого класса относятся многочисленные простые и сложные полиэфиры, полиамиды, полиуретаны, природные белки и т.д., а также большая группа элементоорганических полимеров: полиэтиленоксид (простой полиэфир); полиэтилентерефталат (сложный полиэфир) полиамид; полидиметилсилоксан.

Третий класс полимеров – высокомолекулярные соединения с сопряженной системой связей. К ним относятся различные полиацетилены, полифенилены, полиоксадиазолы и многие другие соединения. Примерами таких полимеров могут служить: полиацетилен; полифенилен; полиоксадиазол.

К этому же классу относится интересная группа хелатных полимеров, в состав которых входят различные элементы, способные к образованию координационных связей (они обычно обозначаются стрелками). Элементарное звено таких полимеров часто имеет сложное строение.
Среди многочисленных полимерных материалов наибольшее практическое применение пока находят материалы на основе представителей первого класса полимеров – карбоцепных высокомолекулярных соединений. Из карбоцепных полимеров можно получить ценнейшие материалы – синтетические каучуки, пластмассы, волокна, пленки и т.д., и исторически именно эти полимеры нашли первое практическое применение (получение фенолоформальдегидных смол, синтетического каучука, органического стекла и др.). Многие из карбоцепных полимеров стали впоследствии классическими объектами для исследования и создания теории механического поведения полимерных тел (например, полиизобутилен, полиметилметакрилат, полипропилен, фенолоформальдегидная смола и т.д.).

По способности к вторичной переработке полимеры подразделяются на термопласты и реактопласты. Рассмотрим первые подробнее. К термопластичным материалам или термопластам (thermoplast, thermoplastic) относятся полимеры, которые при нагревании в процессе переработки переходят из твердого агрегатного состояния в жидкое: высокоэластическое или вязкотекучее (литьевые термопласты переходят в вязкотекучее состояние). При охлаждении материала происходит обратный переход в твердое состояние. Поведение при нагревании отличает термопласты от термореактивных материалов или реактопластов (thermoset), которые отверждаются при переработке и не способны далее переходить в жидкое агрегатное состояние.

Физические состояния термопластов

В зависимости от принимаемых фазовых состояний термопластичные материалы делятся на аморфные и кристаллические (точнее кристаллизующиеся). В кристаллизующихся литьевых термопластах всегда сохраняется какая-то доля незакристаллизованного (аморфного) материала, поэтому эти материалы иногда называют частично-кристаллическими. Некоторые материалы (PC), в принципе способные к кристаллизации, не кристаллизуются при литье под давлением, оставаясь аморфными. Есть материалы , которые могут быть аморфными или кристаллизоваться в зависимости от условий литья. Другие – очень сильно меняют степень кристалличности и свойства при изменении технологического режима. Способность к кристаллизации – очень важное свойство материалов, определяющее их поведение при переработке, и которое обязательно должно учитываться при конструировании изделий и пресс-форм и выборе технологического режима литья. Кристаллизующиеся материалы имеют высокий уровень усадки и анизотропии усадки (разница продольной и поперечной усадки). Пигменты и другие добавки, действуя как нуклеаторы (зародышеобразователи кристаллизации), могут значительно изменять структуру и свойства кристаллизующихся материалов.
В зависимости от температуры аморфные термопласты имеют 3 физических состояния: стеклообразное, высокоэластическое и вязкотекучее.
Для стеклообразного состояния характерны небольшие упругие деформации. Переход из высокоэластического состояния в стеклообразное происходит в некотором диапазоне температур, центр которого называют температурой стеклования Tc (glass transition temperature, Tg). В зависимости от метода определения температура стеклования может значительно изменяться. При повышении температуры стекловании повышается температура эксплуатации аморфного материала.
Полимер в высокоэластическом состоянии способен к большим обратимым деформациям, достигающим сотен и более %. При повышении температуры литьевой термопластичный материал переходит из высокоэластического состояния в вязкотекучее. Температура такого перехода называется температурой текучести Тт. Выше температуры текучести в полимере проявляются необратимые деформация вязкого течения. При нагревании аморфного материала обычно визуально наблюдается нефазовый переход, напоминающий процесс плавления для кристаллизующихся термопластов. Температуру такого перехода условно называют температурой плавления (melting temperature, Tm ) аморфного материала.
В кристаллизующихся термопластах аморфная фаза может приобретать описанные выше физические состояния. При нагревании кристаллическая фаза плавится. Температура этого фазового перехода называется температурой плавления Тпл (melting temperature, Tm). Свойства кристаллизующихся полимеров зависят от содержания кристаллической фазы и от того, в каком физическом состоянии (стеклообразном или высокоэластическом) находится при температуре эксплуатации аморфная фаза.

Классификация термопластов по эксплуатационным свойствам

Литьевые термопластичные материалы делят на несколько групп в зависимости от уровня эксплуатационных свойств. К таким свойствам прежде всего относится температура долговременной эксплуатации.
Пластмассы достаточно условно делят на группы (в различных изданиях приводятся разные критерии классификации):

• Материалы общего назначения или общетехнического назначения (general purpose plastics);
• Конструкционные пластмассы или пластмассы инженерно-технического назначения (engineering plastics);
• Суперконструкционные (super-engineering plastics) или высокотермостойкие полимеры (high temperature plastics).

Среди термопластов выделяют особую группу термопластичных эластомеров или термоэластопластов (TPE), которые по технологическим свойствам являются обычными термопластами, а по эксплуатационным подобны каучукам и резинам, т.е. способны к большим обратимым деформациям. В зависимости от температуры долговременной эксплуатации термоэластопласты также подразделяют на материалы общего назначения (general purpose TPE) и инженерно-технического назначения (engineering TPE).

Классификация термопластов по химической структуре

По химическому строению многочисленные литьевые термопластичные материалы обычно подразделяют на несколько групп (классов). Современная промышленность выпускает большое количество типов полиолефинов (PO), важнейшими из которых являются группы полиэтиленов (PE) и полипропиленов (PP). Многочисленные типы материалов представлены в группах стирольных пластиков (PS), полиамидов (PA), сложных полиэфиров (polyester).

Традиционно выделяют группы полимеров на основе целлюлозы (cellulosic plastics), фторполимеров или фторопластов (fluoro plastics). Изготовители акриловых полимеров или акрилатов (acrylic) часто указывают только принадлежность материала к данной группе и не приводят тип материала.

Классификация термопластов по объему производства

Нередко в литературе выделяют группу крупнотоннажных материалов (volume plastics), к которым относят полиэтилен (PE) и полипропилен (PP). основные стирольные пластики (PS) и особенно АБС (ABS), акрилаты (acrylic), ПВХ (PVC) и бутылочный ПЭТ (PET).

Гомополимеры. Сополимеры. Стереоизомеры

Полимеры, построенные одинаковых мономеров называют гомополимерами (homopolymer), из разных – сополимерами (copolymer).
Для некоторых типов материалов (полипропилен, полистирол и др.) помимо химической формулы большое значение имеет стереоизомерия – тип пространственной конфигурации боковых групп атомов относительно полимерной цепи. Наиболее важные типы стереоизомеров:

• изотактический (isotactic) – боковые группы расположены по одну сторону полимерной цепи;
• синдиотактический (syndiotactic) – боковые группы последовательно чередуются по одну и другую сторону полимерной цепи;
• атактическиий (atactic) – беспорядочное расположение боковых групп по одну и другую сторону полимерной цепи.

Развитие технологи синтеза полимеров с использованием металлоценовых катализаторов, позволило наладить в последние годы промышленный выпуск различных стереоизомеров.
В качестве примера влияния стереоизомерии на эксплуатационные свойства материала можно привести синдиотактический полистирол (SPS), являющийся кристаллизующимся материалом в отличие от обычного аморфного атактического полистирола.
По структуре сополимеры делят на несколько типов:

• блок-сополимер (block-copolymer) – регулярное чередование последовательностей (блоков) звеньев в основной цепи;
• статистический сополимер (random copolymer) – нерегулярное чередование последовательностей звеньев;
• привитой сополимер (graft copolymer) – имеет основную цепь в виде гомополимера или сополимера, к которой присоединены боковые цепи;
• чередующийся или альтернатный сополимер (alternating copolymer) – регулярное чередование звеньев в основной цепи.

В последнее время большое развитие получили интерполимеры – сополимеры, образующие гомогенную структуру (компоненты не выделяются в отдельные фазы).

Помимо двойных сополимеров, построенных из двух типов мономерных звеньев, выпускаются тройные сополимеры (terpolymer), состоящие из трех типов звеньев, а также сополимеры с четырьмя и большим количеством типов звеньев. Тройными сополимерами являются АБС-пластики (ABS), ACA-сополимер (ASA) и др.

Классификация термопластов по типу наполнителя

Наполнители могут значительно изменять эксплуатационные и технологические свойства термопластов.
Термопласты, содержащие стекловолокно и др. виды стеклянных наполнителей, традиционно называют стеклопластиками (glass filled). В последние годы большое распространение получили материалы, наполненные длинным стекловолокном, требующие особых условий переработки.

Углепластиками (carbon filled) называют материалы, содержащие углеродное волокно.
Иногда выделяют группу «специальных» термопластов. К ним относят материалы, содержащие антипирены (материалы с повышенной стойкостью к горению), электропроводящие добавки (антистатические, электропроводящие, ЭМИ-экранирующие материалы), антифрикционные добавки (материалы с пониженным коэффициентом трения), добавки, придающие износостойкость и др.

Около половины производимых термопластов перерабатываются в изделия этим способом. Экструзией получают пленки, листы, трубы, шланги, капилляры, прутки, сайдинг, различные по сложности профили, наносят полимерную изоляцию на провода, производят многослойные разнообразные по конструкции и сочетанию применяемых пластмасс гибридные погонажные изделия. Переработка вторичных полимеров и гранулирование также выполняются с применением экструзионного оборудования.

В 2008 году более 30% производимых в России термопластов были переработаны методом экструзии.

Основным оборудованием экструзионного процесса является червячный экструдер, оснащенный формующей головкой. В экструдере полимерный материал расплавляется, пластицируется и затем нагнетается в головку. Чаще всего используются различные модификации одно- и двухчервячных экструдеров.

Иногда при переработки пластмасс применяются бесшнековые, или дисковые, экструдеры, в которых рабочим органом, продавливающим расплав в головку, является диск особой формы. Дисковые экструдеры применяются, когда необходимо получить улучшенное смешение компонентов смеси. Из-за невозможности развивать высокое давление формования такие экструдеры применяются для получения изделий с относительно невысокими механическими характеристиками и небольшой точностью геометрических размеров.

Комбинированные экструдеры имеют в качестве рабочего органа устройство, сочетающее шнековую и дисковую части, и называются червячно-дисковыми. Применяются для обеспечения хорошего смесительного эффекта, особенно при переработке композитов. На них перерабатываются расплавы пластмасс, имеющие низкую вязкость и достаточно высокую эластичность.

Процессы, происходящие при экструзии.

Рис. 1. Схема одношнекового экструдера: 1- бункер; 2- шнек; 3- цилиндр; 4- полость для циркуляции воды; 5- нагреватель; 6- решетка с сетками; 7- формующая головка.

Технологический процесс экструзии складывается из последовательного перемещения материала вращающимся шнеком в его зонах (см. рис. 1): питания (I), пластикации (II), дозирования расплава (III), а затем продвижения расплава в каналах формующей головки.

Деление шнека на зоны I-III осуществляется по технологическому признаку и указывает на то, какую операцию в основном выполняет данный участок шнека. Разделение шнека на зоны условно, поскольку в зависимости от природы перерабатываемого полимера, температурно-скоростного режима процесса и других факторов начало и окончание определенных операций могут смещаться вдоль шнека, захватывая различные зоны или переходя из одного участка в другой.

Цилиндр также имеет определенные длины зон обогрева. Длина этих зон определяется расположением нагревателей на его поверхности и их температурой. Границы зон шнека I-III и зон обогрева цилиндра могут не совпадать.

Рассмотрим поведение материала последовательно на каждом этапе экструзии.

Загрузка сырья. Исходное сырье для экструзии, подаваемое в бункер, может быть в виде порошка, гранул, лент. Равномерное дозирование материала из бункера обеспечивает хорошее качество экструдата.

Переработка полимера в виде гранул – наилучший вариант питания экструдера. Это объясняется тем, что гранулы полимера меньше склонны к образованию «сводов» в бункере, чем порошок, следовательно, исключаются пульсации потока на выходе их экструдера.

Загрузка межвиткового пространства под воронкой бункера происходит на отрезке длины шнека, равном (1 – 1,5)D. При образовании «сводов» на стенках бункера питание шнека материалом прекращается. Для устранения этого необходимо в бункер помещать ворошители.
Сыпучесть материала зависит в большой степени от влажности: чем больше влажность, тем меньше сыпучесть. Поэтому материалы должны быть вначале подсушены.

Для увеличения производительности машины гранулы можно предварительно подогреть.

Применяя приспособления для принудительной подачи материала из бункера на шнек, также удается существенно повысить производительность машины (в 3-4 раза). При уплотнении материала в межвитковом пространстве шнека вытесненный воздух выходит обратно через бункер. Если удаление воздуха будет неполным, то он останется в расплаве и после формования образует в изделии полости, что является браком изделий.

Изменение уровня заполнения бункера материалом по высоте также влияет на полноту заполнения шнека. Поэтому бункер снабжен специальными автоматическими уровнемерами, по команде которых происходит загрузка бункера материалом до нужного уровня. Загрузка бункера экструдера осуществляется при помощи пневмотранспорта.

При длительной работе экструдера возможен перегрев цилиндра под воронкой бункера и самого бункера. В этом случае гранулы начнут слипаться и прекратится их подача на шнек. Для предотвращения перегрева этой части цилиндра в нем делаются полости для циркуляции охлаждающей воды (см. рис. 1, поз. 4).

Зона питания (I). Поступающие из бункера гранулы заполняют межвитковое пространство шнека зоны I и уплотняются. Уплотнение и сжатие гранул в зоне I происходит, как правило, за счет уменьшения глубины нарезки h шнека. Продвижение гранул осуществляется вследствие разности значений силы трения полимера о внутреннюю поверхность корпуса цилиндра и о поверхность шнека. Поскольку поверхность контакта полимера с поверхностью шнека больше, чем с поверхностью цилиндра, необходимо уменьшить коэффициент трения полимера о шнек, так как в противном случае материал перестанет двигаться вдоль оси шнека, а начнет вращаться вместе с ним. Это достигается повышением температуры стенки цилиндра (нагревом) и понижением температуры шнека (шнек охлаждается изнутри водой).

Нагрев полимера в зоне I происходит за счет диссипативного тепла, выделяющегося при трении материала и за счет дополнительного тепла от нагревателей, расположенных по периметру цилиндра.
Иногда количество диссипативного тепла может быть достаточным для плавления полимера, и тогда нагреватели отключают. На практике такое происходит редко.

При оптимальной температуре процесса полимер спрессован, уплотнен и образует в межвитковом пространстве твердую пробку (см. рис. 2). Лучше всего, если такая скользящая пробка образуется и сохраняется на границе зон I и II. Свойства пробки во многом определяют производительность машины, стабильность транспортировки полимера, величину максимального давления и т. д.

Рис. 2. Схема плавления пробки материала в зоне II в межвитковом сечении шнека: 1- стенки цилиндра; 2- гребень шнека; 3- потоки расплава полимера; 4- спрессованный твердый полимер (пробка) в экструдере.

Зона пластикации и плавления (II). В начале зоны II происходит подплавление полимера, примыкающего к поверхности цилиндра. Расплав постепенно накапливается и воздействует на убывающую по ширине пробку. Поскольку глубина нарезки шнека уменьшается по мере продвижения материала от зоны I к зоне III, то возникающее давление заставляет пробку плотно прижиматься к горячей стенке цилиндра, происходит плавление полимера.

В зоне пластикации пробка плавится также и под действием тепла, выделяющегося вследствие внутреннего, вязкого трения в материале в тонком слое расплава (поз. 3 на рис. 2), где происходят интенсивные сдвиговые деформации. Последнее обстоятельство приводит к выраженному смесительному эффекту. Расплав интенсивно гомогенизируется, а составляющие композиционного материала перемешиваются.

Конец зоны II характеризуется распадом пробки на отдельные фрагменты. Далее расплав полимера с остатками твердых частиц попадает в зону дозирования.

Основной подъем давления P расплава происходит на границе зон I и II. На этой границе образующаяся пробка из спрессованного материала как бы скользит по шнеку: в зоне I это твердый материал, в зоне II- плавящийся. Наличие этой пробки и создает основной вклад в повышение давления расплава. Также увеличение давления происходит за счет уменьшения глубины нарезки шнека. Запасенное на выходе из цилиндра давление расходуется на преодоление сопротивления сеток, течения расплава в каналах головки и формования изделия.

Зона дозирования (III). Продвижение гетерогенного материала (расплав, частички твердого полимера) продолжает сопровождаться выделением внутреннего тепла, которое является результатом интенсивных сдвиговых деформаций в полимере. Расплавленная масса продолжает гомогенизироваться, что проявляется в окончательном плавлении остатков твердого полимера, усреднении вязкости и температуры расплавленной части.

В межвитковом пространстве расплав имеет ряд потоков, основными из которых являются продольный и циркуляционный. Величина продольного (вдоль оси шнека) потока определяет производительность экструдера Q, а циркуляционного – качество гомогенности полимера или смешения компонентов.
В свою очередь продольный поток складывается из трех потоков расплава: прямого, обратного и потока утечек.
Прямой поток вызван движением шнека в направлении формующей головки. Обратный поток – это воображаемое течение, вызываемое высоким давлением со стороны головки; в реальности не существует. Поток утечки происходит при перетекании расплава между цилиндром и гребнем червяка.

Производительность Q экструдера с учетом распределения скоростей различных потоков составляет
Q = Q_пр – Q_обр – Q_ут,
где Q_пр, Q_обр, Q_ут – производительности экструдера от прямого потока, противотока и утечек расплава соответственно.

Q= ?n – ?•(?P)/(?•L),
где n – частота вращения шнека; ?P – давление на выходе из шнека (в конце зоны III); ? – эффективная вязкость расплава; L – длина шнека; ? – константа скорости прямого потока, ? – константа скорости обратного потока, которые зависят от геометрических параметров шнека.

Основные параметры процесса экструзии. К технологическим параметрам относятся температура переработки полимера, давление расплава, температура зон головки и температурные режимы охлаждения сформованного экструдата.

При слишком высокой вязкости расплава получать изделия методом экструзии трудно из-за большого сопротивления течению расплава, возникновения неустойчивого режима движения потока. Все это приводит к образованию дефектов изделий.
Повышение температуры переработки может привести к термодеструкции расплава, а увеличение давления, мощности привода при более низких температурах – к механодеструкции, т.е. для экструзии расплавов должны применяться полимеры с довольно узким интервалом колебания вязкости.

Основными технологическими характеристиками одношнекового экструдера являются L, D, L/D, скорость вращения шнека n, геометрический профиль шнека (см. рис.3) и степень сжатия (компрессии) – отношение объема одного витка червяка в зоне загрузки к объему одного витка в зоне дозирования.

Рис. 3. Схема зонной конструкции шнека

Короткошнековые экструдеры имеют L/D = 12-18, длинношнековые L/D> 30. Наиболее распространены экструдеры с L/D = 20-25.

Показателем работы экструдера является его эффективность- отношение производительности к потребляемой мощности.

Материалы. Большинство термопластов и композиций на их основе могут перерабатываться экструзией. Для этого достаточно, чтобы время пребывания расплава в экструдере при данной температуре было меньше времени термостабильности полимера при той же температуре. Наиболее широко применяется экструзия крупнотоннажных полимеров следующих типов. ПЭ, ПП, ПС ПК ПА, ПВХ (пластифицированный и непластифицированный), ПЭТФ а также смеси с неорганическими и полимерными наполнителями и более сложные композиции на их основе.

Для экструзии применяются материалы и режимы переработки при которых ПТР меняется в пределах 0,3 – 12 г/10 мин, т.к. из маловязких расплавов невозможно получить сплошную экструзионную заготовку в виде пленки, трубы, профиля. Если же используются литьевые марки полимера, то из них можно получить экструзией лишь отдельные типы изделий, так как ПТР у них находится в пределах 0,8 – 20 г/10 мин.
Так, трубы, кабельные покрытия производят из расплава полимера с ПТР от 0,3 до 1 г/10 мин. Это связано с выбором полимера большой молекулярной массы. Последняя определяет эксплуатационные свойства изделий – повышенные физико-механические характеристики.
Пленки, листы изготавливают экструзией расплава с ПТР в пределах 1 – 4 г/10 мин.
Дискретные изделия, производимые экструзией расплава с последующим раздувом в форме, получают из расплава с ПТР = 1,5 – 7,0 г/10 мин.
Ламинирование с помощью экструзии происходит при ПТР расплава в пределах 7 – 12 г/10 мин.

Основные параметры процесса экструзии

К технологическим параметрам переработки пластмасс методом экструзии относятся:

• температура по зонам экструдера;
• давление расплава;
• температура зон головки;
• режимы охлаждения экструдированного профиля;

Основными технологическими характеристиками экструдера являются длина шнека L, диаметр шнека D, соотношение L/D, скорость вращения шнека N, а также профиль шнека и степень изменения объема канала шнека.

Основной характеристикой формующего инструмента, состоящего как правило из экструзионной головки (вместе с фильтрующими сетками) и калибрующего узла, является коэффициент сопротивления течению расплава K. Перепад давления на фильтрующих сетках служит показателем засорения, т. е. увеличения сопротивления сеток и, следовательно, сигналом к их замене.

Укрупненным показателем работы любого экструдера можно назвать его эффективность, измеряемую как отношение производительности экструдера к его потребляемой мощности.

Обслуживание экструдеров

Обслуживать стандартный одношнековый экструдер несложно. Для подготовки оператора экструдера обычно требуется от одного до нескольких месяцев. Ремонт и обслуживание одношнекового экструдера сводится к замене и прочистке фильтрующих сеток, замене трансмиссионного масла в приводе, замены электрических предохранителей, ремонт или замена нагревателей цилиндра. После наработки прописанного производителем экструдера количества машино-часов необходимо разобрать экструдер и заменить при необходимости шнек и цилиндр.

К необходимой технической документации на экструдер относится:

• Паспорт на экструдер, выпускаемый заводом-изготовителей;
• Электрическая схема экструдера;
• Описание работы экструдера (часто входит в состав паспорта);
• Сборочный чертеж экструдера;

Изделия. Все изделия, получаемые на основе термопластов методом экструзии, могут иметь в принципе неограниченную длину. Поперечник изделий ограничивается главным образом диаметром шнека экструдера. Чем больше D, тем шире, толще могут получаться изделия

Заключение

В заключении стоит вновь остановиться на том, что в современных условиях экструдер как таковой редко способен решить задачи, которые стоят перед переработчиками пластмасс. В соответствии с технологическими схемами, используемыми в наши дни, необходимо применение экструзионных линий. В них, помимо экструдера, могут входить:

• Калибрующее устройство;
• Со-экструдеры;
• Охлаждающие ванны;
• Тянущее устройство;
• Маркирующее устройство;
• Ламинирующее устройство;
• Отрезное/намоточное устройство;
• Другие вспомогательные технологические единицы;

Конструкция пластикового столбика позволяет легко монтировать его посредством закрепления в углублениях обочин дорог и заливкой стандартной бетонной массой. Легкий вес столбика достигается пустотелой конструкцией. Коррозионная стойкость и пластичность, малая себестоимость по сравнению с бетонными и железными столбиками — прекрасные качества, позволяющие сделать выбор именно в пользу пластиковых дорожных столбиков.

Дорожные столбики производятся из полиэтилена низкого давления ПЭНД-273-81, при этом не исключается возможность их изготовления из вторичного сырья. Свойства полиэтилена обеспечивают исключительную эластичность и безопасность для кузовов автомашин при наезде на столбики.

Изготовление столбиков методом экструзии имеет ряд преимуществ по сравнению с их литьем на термопластавтоматах: высокую производительность, низкую себестоимость изделий, возможность получения практически всех элементов столбика на одной линии. По многочисленным заявкам клиентов, работающих в сфере обслуживания автодорог, компанией «Полимермаш-сервис» была разработана экструзионная линия ЛДСПС для производства дорожных сигнальных столбиков, которые соответствуют ГОСТ Р 50970-96.

Основным узлом линии является экструдер, который комплектуется барьерным шнеком, имеющим переменную скорость подачи расплава. Шнековая пара (шнек-цилиндр) азотирована и отполирована. Простота формующей профильной головки и использование внутреннего и наружного калибрования заготовки в вакуумной ванне охлаждения делает линию на порядок дешевле и проще западных образцов.

Ванна изготовлена из нержавеющей стали и имеет два отсека. В первом происходит вакуумирование профильной трубы с охлаждением водой из форсунок, во втором — поддержание вакуума и охлаждение. В большинстве случаев производительность линии лимитирует узел калибрования и охлаждения, особенно если экструдируются изделия больших размеров, которым во избежание деформации в тянущем и отрезном устройстве необходимо более длительное время охлаждения.

На линии от «Полимермаш-сервис» ванна вакуум-охлаждения исключает эти проблемы. Тянущая двухременная машина оборудована частотным преобразователем для обеспечения заданной скорости подачи профильной трубы и имеет оригинальное устройство зажима, копирующее профиль трубы.

Резка столбиков осуществляется дисковой пилой. В процессе резки пила перемещается вместе с трубой и после завершения цикла возвращается в исходное положение. В результате отрезное устройство может резать заготовку как под прямым, так и под любым заданным углом, длиной от 200 мм и больше, опрокидывая заготовки с приемного устройства в лоток.
Линия ЛДСПС легко трансформируется в линию для производства пластмассовых труб диаметром от 16 до 110 мм и, по требованию заказчика, может комплектоваться различным формующим инструментом для производства труб данного диаметра.