Сущность метода экструзии. Общее устройство и работа червячных машин

Экструзия – технологический процесс, сущность которого состоит в превращении материала в непрерывное изделие с поперечным сечением необходимой формы путем продавливания материала через формующий инструмент-головку. Выдавливание как технологический процесс применяется для продавливания пленок, листов, труб, профилей, наложения изоляции на провода и др. Экструдеры также используются для смешения, пластикации, гранулирования, окрашивания.

От загрузочного бункера при вращении червяка гранулы материала перемещаются внутри каналов червяка. В результате трения между материалом и поверхностями цилиндра и червяка, а также за счет подвода тепла от электронагревателей цилиндра материал по мере продвижения к головке плавится, сжимается, переходит в вязко-текучее состояние и, пройдя сетку и решетку, выдавливается через профилирующую головку.

Для перемещения материала вдоль цилиндра необходимо, чтобы его трение о стенки цилиндра было большим, чем о поверхность червяка. Если это требование не выполняется, то полимер будет вращать­ся вместе с червяком, не продвигаясь в осевом направлении. Самостоятельно экструдеры, как правило, не эксплуатируются, а входят в состав специализированных агрегатов, состоящих из ряда машин, работающих согласованно. Например, агрегат для производства труб включает в себя помимо экструдера охлаждаемые ванны, тянущее устройство, маркирующее устройство, отрезное устройство, намоточное уст­ройство. 1

Любой экструдер включает в себя следующие узлы: загрузочный бункер, рабочие органы - червяк и цилиндр, привод червяка, узел упорного подшипника.

Кинематическая схема одночервячного экструдера представлена на рис. От

электродвигателя 1 крутящий момент через редуктор 3 передается на червяк 4, который находится в цилиндре 2. Упорный подшип­ник 5 воспринимает возникаю­щие при работе экструдера силовые нагрузки.

Основным органом одночервячного экструдера является обогреваемый материальный цилиндр 1, внутри которого вращается червяк 2. Загрузка перерабатываемого материала производится с помощью загрузочного устройства 3, конструктивное оформление которого определяется состоянием и формой частиц перерабатываемого материала. Формующий инструмент 4 устанавливается на выходе из материального цилиндра /, обогреваемого при помощи нагревателей 5. Привод червяка, закрепленного в опорном узле б, осуществляется от электродвигателя 7 через редуктор 8 и муфту 9.

В процессе переработки исходный материал из загрузочного устройства поступает в червяк и перемещается в осевом направлении в винтовом канале червяка, образованном внутренней поверхностью материального цилиндра и нарезкой червяка. При движении материал уплотнятся, расплавляется, происходит удаление воздуха и гомогенизация расплава, развивается давление, под действием которого подготовленный расплав продавливается через формующий инструмент. Т.о., в одночервячном экструдере в направлении движения материала могут быть выделены зоны: питания (загрузки), плавления (пластикации), дозирова­ния (выдавливания) длиной L_n, I _ш, соответственно. В ряде случаев для экструдеров специального назначения могут быть выделены зоны дегазирования, смешения, диспергирования и т. д. В зоне питания происходит прием перерабатываемого материала и его перемещение в направлении зоны плавления и уплотнения. Для повышения производительности зона загрузки выполняется с большим объемом винтового канала червяка, а также используются устройства для принудительной запитки экструдера.

В зоне плавления происходит расплавление полимера, его уплотнение и удаление воздушных включений. Для эффективного проведения указанных процессов, канал червяка в зоне плавления выполняется с по­степенно уменьшающимся объемом канала Я, т. е. Н > Н₂.

В зоне дозирования происходит гомогенизация расплава и развивается давление, под действием которого расплав продавливается через формующий инструмент.

Червяки, диаметр D которых может быть от 20 до 500 мм и более, характеризуется геометрией (профилем) поперечного сечения канала, длиной нарезки, шагом t, степенью сжатия и числом заходов нарезки.