Оснастка для переработки ПЭВП

Экструзия

Общие сведения о методе

Экструзия – способ получения изделий или полуфабрикатов из полимерных материалов неограниченной длины путем выдавливания расплава полимера через формующую головку (фильеру) нужного профиля. Экструзия, наряду с литьем пластмасс под давлением, является одним из самых популярных методов изготовления пластмассовых изделий. Экструзии подвергаются практически все основные типы полимерных материалов, как термопласты, таки и реактопласты, а также эластомеры. [3]

Суть технологии экструзии

Полимерный материал из бункера поступает в материальный цилиндр, захватывается вращающим червяком и транспортируется к формующей головке. При этом, полимер в первой питающей зоне червяка размягчается и уплотняется в пробку, в зоне сжатия он расплавляется, а в зоне дозирования гомогенизируется и подготавливается к подаче в формующую головку. [1]

Экструдеры

При экструзии расплав полимера продавливается через профилирующий инструмент, в результате чего получается изделие нужного поперечного сечения. Методом экструзии изготавливают самые разнообразные изделия, такие, как гранулы, трубы, листы, пленки, профильные полосы, кабельные оболочки и многие другие.

Основным оборудованием для переработки полимеров методом экструзии являются одно- и многочервячные экструдеры. В последнее время для переработки эластичных расплавов начинают применять дисковые бесчервячные экструдеры, в которых давление экструзии создается по принципу эффекта Вайссенберга. Наконец, в производстве изделий из фторпластов до сих пор применяют плунжерные экструдеры.

Все многообразие конструкций существующих экструдеров можно систематизировать с помощью семиступенчатой классификационной схемы (рис. 1).

В соответствии с этой схемой первая ступень (тип) определяет основной конструктивный признак экструдера (одно- или двухчервячный, плунжерный, дисковый). Вторая ступень (класс) обусловливает функциональное назначение экструдера в наиболее общем виде. Третья ступень (группа) определяет компоновку червяков (в одну или две ступени). Четвертая ступень (ряд) обусловливает термодинамическую категорию и виды воздействия на перерабатываемый полимер. Пятая ступень (исполнение) определяет наличие или отсутствие зоны дегазации расплава, шестая ступень (модель) — размерные характеристики экструдера по диаметру червяка и его относительной длине (D, LID). Седьмая ступень (вид) характеризует особенности конструкции многочервячных экструдеров (направление вращения червяков, наличие или отсутствие взаимозацепления).

В соответствии с этой схемой классификации можно ввести кодированное обозначение экструдера, используя запись в виде последовательности групп цифр, отделенных друг от друга косой чертой, например Э/102/201/301/402/501/6032015. Здесь буква Э означает, что речь идет об экструдере, сочетание 102 показывает, что на первой ступени (отделяется от последующей цифры нулем) экструдер относится к типу 2 (одночервячный); сочетание 201 означает, что на второй ступени экструдер относится к классу 1 (пластицирующий); сочетание 301 означает, что на третьей ступени экструдер относится к группе 1 (одноступенчатый); сочетание 402 показывает, что на четвертой ступени экструдер относится к ряду 2 (специальный автогенный); сочетание 501 означает, что на пятой ступени экструдер относится к машинам с зоной дегазации; сочетание 6032015 означает, что диаметр червяка равен 32 мм, а L/Z) = 15.

Выпускаемые отечественной машиностроительной промышленностью универсальные экструдеры имеют относительную длину червяка, равную 20, 25 и 30 диаметрам. Отношение длины рабочей части червяка к диаметру L/D у отечественных двухчервячных экструдеров составляет 12 и 15.

Конструкция одночервячного экструдера.

Одночервячный экструдер (рис. 2) состоит из червяка 1, вращающегося внутри цилиндрического корпуса 2, на котором установлен бункер И. Внутри корпуса, как правило, запрессовывается гильза 3 с азотированной, закаленной и термообработанной поверхностью. Обогрев корпуса осуществляется нагревателями 4, сгруппированными в несколько (как правило, три или четыре) тепловых зон. На конце корпуса устанавливается головка с профилирующим инструментом 5, соединяющаяся с корпусом экструдера посредством адаптера 6. Между червяком и адаптером располагается решетка с пакетом фильтрующих сеток 7. Корпус устанавливается на станине 8. Осевое усилие воспринимается блоком упорных подшипников 10. Привод червяка осуществляется от регулируемого электродвигателя через шестеренчатый редуктор 9. Бункер изготавливается из листовой стали или алюминиевых сплавов со смотровым окном для контроля за уровнем находящегося в бункере материала. Для переработки материалов, склонных к сводообразованию (зависанию), в бункере устанавливают перемешивающее устройство. Бункера экструдеров, предназначенных для переработки материалов с низкой сыпучестью (порошки, отходы производства пленок и нитей), оборудуют устройствами для предварительного уплотнения материала. [2]

Рис. 2. Принципиальная схема одночервячного экструдера

Рис. 3. Бункер для переработки гидрофильных полимеров

Для переработки гидрофильных полимеров применяют бункера вакуумированием с целью удаления влаги и летучих. В не-которых случаях используют бункера, в которых материалы подогревается горячим воздухом (рис. 3).

Полипропилен

Получение полипропилена

ПП получают полимеризацией пропилена в присутствии комплексных металлоорганических катализаторов при низком и среднем давлении (0,3-10 МПа). Приведем описание одной из наиболее распространенных технологий производства ПП при низком давлении. ПП получают полимеризацией пропилена в органических растворителях (бензин и др.) непрерывным методом при давлении 1-3 МПа и температуре 70-90 °С в присутствии катализаторов Цигглера-Натты.

Схема производства полипропилена при низком давлении в присутствии треххлористого титана и диэтилаллюминийхлорида: 1- смеситель, 2- реактор, 3 – газоотделитель, 4 – аппарат для разложения катализатора, 5 – сборник суспензии, 6,8 – центрифуги, 7 – аппарат для промывки, 9 – сушилка.

Катализаторный комплекс TiCl₃∙Al(C₂H₅)₂Cl (соотношение 1:3) приготавливают в аппарате 1 и непрерывно подают в реактор 2, в котором поддерживается температура 70-80 °С и давление 1 МПа. При нахождении реакционной смеси в реакторе в течение 6 ч конверсия пропилена достигает 98%. Реактор снабжен мешалкой и рубашкой для нагревания и охлаждения. Снизу в реактор подается пропилен в виде смеси свежего и возвратного газа, а образующаяся суспензия ПП в бензине вместе с непрореагировавшим пропиленом непрерывно подается в газоотделитель 3. В газоотделителе при снижении давления пропилен выделяется из раствора в бензине и возвращается вновь в цикл, а суспензию разбавляют бензином, переводят в аппарат 4 для разложения катализатора при 50-60 °С добавлением смеси изопропилового спирта с бензином (25:75) и собирают в сборнике суспензии 5. В центрифуге 6 проводится отделение растворителя, а в аппарате 7 – промывка пасты полимера изопропиловым спиртом и водой при 40-50 °С. После фильтрования суспензии на центрифуге 8 паста полимера подается на сушку в вакуум-гребковую сушилку 9. Сушка происходит при температуре 95 °С до влажности 0,1%. Сухой порошок ПП поступает в отделение окончательной обработки на стабилизацию и гранулирование.[4]

Свойства полипропилена

ПП характеризуется свойствами, позволяющими отнести его к конструкционным материалам. ПП является кристаллизующимся полимером, содержание кристаллической фазы составляет 73-75%. ПП – неполярный полимер. Он растворяется только при повышенных температурах в сильных растворителях, стоек к кислотам и щелочам, отдельные марки допущены к контакту с пищевыми продуктами и используются для производства изделий медико-биологического назначения. [5]

Основные свойства ПП приведены в таблице.

Таблица1. Основные свойства полипропилена.

Применение ПП.

Изготовление труб – одно из основных направлений применения ПП. Выпускаются трубы методом экструзии. Они выдерживают более высокое давление и более высокие температуры, чем трубы из ПЭНП и ПЭВП. По теплостойкости трубы из ПП также лучше труб из жесткого ПВХ и ацетобутиратцеллюлозы, но по морозостойкости полипропиленовые трубы значительно уступают как полиэтиленовым, так и поливинилхлоридным. Полипропиленовые трубы применяются для подачи горячей воды, транспортировки агрессивных жидкостей, органических растворителей, минеральных масел и т.д. [4]

Формующие головки

ГОЛОВКА ФОРМУЮЩАЯ - это рабочий элемент (деталь) экструдера, используемая в соэкструзионной технологии, в которой происходит соединение потоков расплавов различных полимеров.

Определяющей частью технологии соэкструзии являются процессы, происходящие в формующей головке. Все действия с экструдатом после его выхода из формующей головки (раздув, ориентация и др.) осуществляются по конкретным и достаточно традиционным технологиям. Конструкции формующих головок характеризуются значительным разнообразием.

По направлению потока расплава головки могу быть прямоточными и угловыми. В последних происходит поворот расплава, и изделие выходит из головки под определенным углом к оси входного потока.

По конфигурации формующей щели различают головки плоскощелевые, кольцевые (трубные, рукавные), профильные. По форме профиля — для изделий открытого типа (листы, плоские пленки, стержни, уголки, швеллера и др.), закрытого типа (рукава, трубы, шланги, трубчатые уплотнители), смешанного типа и специальные головки (сложные профили, армированные, комбинированные, гибридные изделия).

По величине давления различают головки низкого (до 4 МПа), среднего (до 10 МПа) и высокого (более 10 МПа) давления. При всем разнообразии конструкционного оформления в большинстве формующих головок можно выделить наличие общих элементов. К ним относятся корпус с элементом присоединения к цилиндру экструдера. Это может быть фланцевое, байонетное или резьбовое соединение. Адаптер; фильтр-решетка, кольцевые зонные электронагреватели; регулировочное кольцо (губка в плоскощелевых головках). В головках закрытого типа обязательно присутствует дорн с дорнодер-жателем и нередко система для подачи воздуха внутрь изделия (труба, пленочный рукав, закрытый профиль). Поверхность рабочих каналов головки, кроме ее формующей зоны, может быть гладкой или с винтовой нарезкой, позволяющей улучшить процесс гомогенизации расплава. [1]

Технологическая часть

Получение изделий

Трубы диаметром 20 - 110 мм могут изготавливаться в прямых отрезках и бухтах, а трубы диаметром 125 - 1200 мм только в прямых отрезках. Длина труб в прямых отрезках должна быть от 5 до 24 м с кратностью 0,5 м, предельное отклонение длины от номинальной - не более 1 %. Допускается в партии труб в отрезках до 5 % труб длиной менее 5 м, но не менее 3 м. Предельное отклонение длины труб, изготовляемых в бухтах, не более 3 % для труб длиной менее 500 м и не более 1,5 % для труб длиной 500 м и более. Допускается по согласованию с потребителем изготовление труб другой длины и предельных отклонений. Внутренний диаметр бухты должен быть не менее двадцати наружных диаметров трубы.

Материальный баланс

Экструзия Стружка Летучие Брак и пуск. расходы Хран-е и тр-ка

Масса 1п.м. 0,133 кг.

1) Транспортировка и хранение:

0,133 ÷ 0,9985 = 0,134 кг

Потери: 0,134 – 0,133 = 0,001 кг

2) Стружка

0,134 ÷ 0,00735 = 0,135 кг

Потери: 0,135 – 0,134 = 0,0001 кг

3) Летучие

0,135 ÷ 0,99965 = 0,136 кг

Потери: 0,136 – 0,135 = 0,001 кг

4) Брак и пусковые расходы:

0,136 ÷ 0,9136 = 0,149 кг

Потери: 0,149 – 0,136 = 0,013 кг.

Компоновка участка

Экструзионные линии компонуются по своим типоразмерам, причем число однотипных машин на участке может достигать 10. Критериями размещения агрегатов служат: удобное для оператора размещение шкафов управления, пультов, столов, инструментов и приспособлений, сокращение до минимума маршрута движения оператора, обеспечение беспрепятственной доставки сырья и транспортирования готовой продукции, полная безопасность обслуживающего персонала, безопасность действия внутрицехового транспорта.

Выводы по проекту

В данном курсовом проекте был дан аналитический обзор о самом процессе экструзии, материале, из которого изготавливаются трубы, был выбран экструдер для изготовления выбранного типа труб и произведены необходимые расчеты.

Приложение1.

Приложение2.

Рис. 1. Принципиальная схема одночервячного экструдера

Одночервячный экструдер состоит из червяка 1, вращающегося внутри цилиндрического корпуса 2, на котором установлен бункер И. Внутри корпуса, как правило, запрессовывается гильза 3 с азотированной, закаленной и термообрабо-танной поверхностью. Обогрев корпуса осуществляется нагревателями 4, сгруппированными в несколько (как правило, три или четыре) тепловых зон. На конце корпуса устанавливается головка с профилирующим инструментом 5, соединяющаяся с корпусом экструдера посредством адаптера 6. Между червяком и адаптером располагается решетка с пакетом фильтрующих сеток 7. Корпус устанавливается на станине 8. Осевое усилие воспринимается блоком упорных подшипников 10. Привод червяка осуществляется от регулируемого электродвигателя через шестеренчатый редуктор 9. Бункер изготавливается из листовой стали или алюминиевых сплавов со смотровым окном для контроля за уровнем находящегося в бункере материала. Для переработки материалов, склонных к сводообразованию (зависанию), в бункере устанавливают перемешивающее устройство. Бункера экструдеров, предназначенных для переработки материалов с низкой сыпучестью (порошки, отходы производства пленок и нитей), оборудуют устройствами для предварительного уплотнения материала.

Литература.

1. Производство изделий из полимерных материалов: Учеб. пособие/В.К. Крыжановский, М.Л. Кербер, В.В. Бурлов, А.Д. Паниматченко. – СПб.: Профессия, 2004. – 464 с., ил.

2. Тагер А.А. Физикохимия полимеров. – М.: Химия, 1978, 544 с.

3. Измельчители, экструдеры – Полимермаш-сервис. www.polimer-servis.ru

4. Технология полимерных материалов: Учеб. пособие/А.Ф. Николаев, В.К. Крыжановский, В.В. Бурлов и др.; под общ. ред. В.К. Крыжановского. – СПб.: проф, 2002. – 544 с.

5. Технические свойства полимерных материалов: Учеб.-справ. пособие/В.К. Крыжановский, В.В. Бурлов, А.Д. Паниматченко, Ю.В. Крыжановская. – 2-е изд., испр. и доп. – СПб.: Профессия, 2005.-248 стр., ил.

Экструзия

Общие сведения о методе

Экструзия – способ получения изделий или полуфабрикатов из полимерных материалов неограниченной длины путем выдавливания расплава полимера через формующую головку (фильеру) нужного профиля. Экструзия, наряду с литьем пластмасс под давлением, является одним из самых популярных методов изготовления пластмассовых изделий. Экструзии подвергаются практически все основные типы полимерных материалов, как термопласты, таки и реактопласты, а также эластомеры. [3]

Суть технологии экструзии

Полимерный материал из бункера поступает в материальный цилиндр, захватывается вращающим червяком и транспортируется к формующей головке. При этом, полимер в первой питающей зоне червяка размягчается и уплотняется в пробку, в зоне сжатия он расплавляется, а в зоне дозирования гомогенизируется и подготавливается к подаче в формующую головку. [1]

Экструдеры

При экструзии расплав полимера продавливается через профилирующий инструмент, в результате чего получается изделие нужного поперечного сечения. Методом экструзии изготавливают самые разнообразные изделия, такие, как гранулы, трубы, листы, пленки, профильные полосы, кабельные оболочки и многие другие.

Основным оборудованием для переработки полимеров методом экструзии являются одно- и многочервячные экструдеры. В последнее время для переработки эластичных расплавов начинают применять дисковые бесчервячные экструдеры, в которых давление экструзии создается по принципу эффекта Вайссенберга. Наконец, в производстве изделий из фторпластов до сих пор применяют плунжерные экструдеры.

Все многообразие конструкций существующих экструдеров можно систематизировать с помощью семиступенчатой классификационной схемы (рис. 1).

В соответствии с этой схемой первая ступень (тип) определяет основной конструктивный признак экструдера (одно- или двухчервячный, плунжерный, дисковый). Вторая ступень (класс) обусловливает функциональное назначение экструдера в наиболее общем виде. Третья ступень (группа) определяет компоновку червяков (в одну или две ступени). Четвертая ступень (ряд) обусловливает термодинамическую категорию и виды воздействия на перерабатываемый полимер. Пятая ступень (исполнение) определяет наличие или отсутствие зоны дегазации расплава, шестая ступень (модель) — размерные характеристики экструдера по диаметру червяка и его относительной длине (D, LID). Седьмая ступень (вид) характеризует особенности конструкции многочервячных экструдеров (направление вращения червяков, наличие или отсутствие взаимозацепления).

В соответствии с этой схемой классификации можно ввести кодированное обозначение экструдера, используя запись в виде последовательности групп цифр, отделенных друг от друга косой чертой, например Э/102/201/301/402/501/6032015. Здесь буква Э означает, что речь идет об экструдере, сочетание 102 показывает, что на первой ступени (отделяется от последующей цифры нулем) экструдер относится к типу 2 (одночервячный); сочетание 201 означает, что на второй ступени экструдер относится к классу 1 (пластицирующий); сочетание 301 означает, что на третьей ступени экструдер относится к группе 1 (одноступенчатый); сочетание 402 показывает, что на четвертой ступени экструдер относится к ряду 2 (специальный автогенный); сочетание 501 означает, что на пятой ступени экструдер относится к машинам с зоной дегазации; сочетание 6032015 означает, что диаметр червяка равен 32 мм, а L/Z) = 15.

Выпускаемые отечественной машиностроительной промышленностью универсальные экструдеры имеют относительную длину червяка, равную 20, 25 и 30 диаметрам. Отношение длины рабочей части червяка к диаметру L/D у отечественных двухчервячных экструдеров составляет 12 и 15.

Конструкция одночервячного экструдера.

Одночервячный экструдер (рис. 2) состоит из червяка 1, вращающегося внутри цилиндрического корпуса 2, на котором установлен бункер И. Внутри корпуса, как правило, запрессовывается гильза 3 с азотированной, закаленной и термообработанной поверхностью. Обогрев корпуса осуществляется нагревателями 4, сгруппированными в несколько (как правило, три или четыре) тепловых зон. На конце корпуса устанавливается головка с профилирующим инструментом 5, соединяющаяся с корпусом экструдера посредством адаптера 6. Между червяком и адаптером располагается решетка с пакетом фильтрующих сеток 7. Корпус устанавливается на станине 8. Осевое усилие воспринимается блоком упорных подшипников 10. Привод червяка осуществляется от регулируемого электродвигателя через шестеренчатый редуктор 9. Бункер изготавливается из листовой стали или алюминиевых сплавов со смотровым окном для контроля за уровнем находящегося в бункере материала. Для переработки материалов, склонных к сводообразованию (зависанию), в бункере устанавливают перемешивающее устройство. Бункера экструдеров, предназначенных для переработки материалов с низкой сыпучестью (порошки, отходы производства пленок и нитей), оборудуют устройствами для предварительного уплотнения материала. [2]

Рис. 2. Принципиальная схема одночервячного экструдера

Рис. 3. Бункер для переработки гидрофильных полимеров

Для переработки гидрофильных полимеров применяют бункера вакуумированием с целью удаления влаги и летучих. В не-которых случаях используют бункера, в которых материалы подогревается горячим воздухом (рис. 3).

Полипропилен

Получение полипропилена

ПП получают полимеризацией пропилена в присутствии комплексных металлоорганических катализаторов при низком и среднем давлении (0,3-10 МПа). Приведем описание одной из наиболее распространенных технологий производства ПП при низком давлении. ПП получают полимеризацией пропилена в органических растворителях (бензин и др.) непрерывным методом при давлении 1-3 МПа и температуре 70-90 °С в присутствии катализаторов Цигглера-Натты.

Схема производства полипропилена при низком давлении в присутствии треххлористого титана и диэтилаллюминийхлорида: 1- смеситель, 2- реактор, 3 – газоотделитель, 4 – аппарат для разложения катализатора, 5 – сборник суспензии, 6,8 – центрифуги, 7 – аппарат для промывки, 9 – сушилка.

Катализаторный комплекс TiCl₃∙Al(C₂H₅)₂Cl (соотношение 1:3) приготавливают в аппарате 1 и непрерывно подают в реактор 2, в котором поддерживается температура 70-80 °С и давление 1 МПа. При нахождении реакционной смеси в реакторе в течение 6 ч конверсия пропилена достигает 98%. Реактор снабжен мешалкой и рубашкой для нагревания и охлаждения. Снизу в реактор подается пропилен в виде смеси свежего и возвратного газа, а образующаяся суспензия ПП в бензине вместе с непрореагировавшим пропиленом непрерывно подается в газоотделитель 3. В газоотделителе при снижении давления пропилен выделяется из раствора в бензине и возвращается вновь в цикл, а суспензию разбавляют бензином, переводят в аппарат 4 для разложения катализатора при 50-60 °С добавлением смеси изопропилового спирта с бензином (25:75) и собирают в сборнике суспензии 5. В центрифуге 6 проводится отделение растворителя, а в аппарате 7 – промывка пасты полимера изопропиловым спиртом и водой при 40-50 °С. После фильтрования суспензии на центрифуге 8 паста полимера подается на сушку в вакуум-гребковую сушилку 9. Сушка происходит при температуре 95 °С до влажности 0,1%. Сухой порошок ПП поступает в отделение окончательной обработки на стабилизацию и гранулирование.[4]

Свойства полипропилена

ПП характеризуется свойствами, позволяющими отнести его к конструкционным материалам. ПП является кристаллизующимся полимером, содержание кристаллической фазы составляет 73-75%. ПП – неполярный полимер. Он растворяется только при повышенных температурах в сильных растворителях, стоек к кислотам и щелочам, отдельные марки допущены к контакту с пищевыми продуктами и используются для производства изделий медико-биологического назначения. [5]

Основные свойства ПП приведены в таблице.

Таблица1. Основные свойства полипропилена.

Применение ПП.

Изготовление труб – одно из основных направлений применения ПП. Выпускаются трубы методом экструзии. Они выдерживают более высокое давление и более высокие температуры, чем трубы из ПЭНП и ПЭВП. По теплостойкости трубы из ПП также лучше труб из жесткого ПВХ и ацетобутиратцеллюлозы, но по морозостойкости полипропиленовые трубы значительно уступают как полиэтиленовым, так и поливинилхлоридным. Полипропиленовые трубы применяются для подачи горячей воды, транспортировки агрессивных жидкостей, органических растворителей, минеральных масел и т.д. [4]

Оснастка для переработки ПЭВП

Формующие головки

ГОЛОВКА ФОРМУЮЩАЯ - это рабочий элемент (деталь) экструдера, используемая в соэкструзионной технологии, в которой происходит соединение потоков расплавов различных полимеров.

Определяющей частью технологии соэкструзии являются процессы, происходящие в формующей головке. Все действия с экструдатом после его выхода из формующей головки (раздув, ориентация и др.) осуществляются по конкретным и достаточно традиционным технологиям. Конструкции формующих головок характеризуются значительным разнообразием.

По направлению потока расплава головки могу быть прямоточными и угловыми. В последних происходит поворот расплава, и изделие выходит из головки под определенным углом к оси входного потока.

По конфигурации формующей щели различают головки плоскощелевые, кольцевые (трубные, рукавные), профильные. По форме профиля — для изделий открытого типа (листы, плоские пленки, стержни, уголки, швеллера и др.), закрытого типа (рукава, трубы, шланги, трубчатые уплотнители), смешанного типа и специальные головки (сложные профили, армированные, комбинированные, гибридные изделия).

По величине давления различают головки низкого (до 4 МПа), среднего (до 10 МПа) и высокого (более 10 МПа) давления. При всем разнообразии конструкционного оформления в большинстве формующих головок можно выделить наличие общих элементов. К ним относятся корпус с элементом присоединения к цилиндру экструдера. Это может быть фланцевое, байонетное или резьбовое соединение. Адаптер; фильтр-решетка, кольцевые зонные электронагреватели; регулировочное кольцо (губка в плоскощелевых головках). В головках закрытого типа обязательно присутствует дорн с дорнодер-жателем и нередко система для подачи воздуха внутрь изделия (труба, пленочный рукав, закрытый профиль). Поверхность рабочих каналов головки, кроме ее формующей зоны, может быть гладкой или с винтовой нарезкой, позволяющей улучшить процесс гомогенизации расплава. [1]

Познавательные статьи:



Психологические особенности спортивного соревнования

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Занятость населения и рынок труда

Социальный статус семьи и её типология