Непрерывное смешение высоковязких полимеров с наполнителями. Экструзия

Непрерывное смешение высоковязких расплавов полимеров с наполнителями осуществляется в непрерывном режиме на специальном оборудовании - экструдерах (червячный пресс).

Экструзия — процесс получения изделия с определенной формой сечения путем непрерывного продавливания массы полимера через формующую головку. Получаемые при экструзии полуфабрикаты очень разнообразны: листы, пленки, трубы, сложно-профильные изделия, моноволокна, сетки. Метод применяется также для нанесения полимерной изоляции на провода, для покрытия полимерами бумаги, картона, экструзией могут быть переработаны практически все полимеры и их композиции. Преимущество технологии заключается в обеспечении непрерывности и стабильности процесса, точности размеров получаемого изделия, высокой производительности, экономичности, возможности автоматизации процесса.

Исходным материалом процесса экструзии являются гранулы, порошок, либо непосредственно расплав полимера.

Схема двухчервячной экструзии

Рис. 6.15. Схема двухчервячной экструзии: а — однонаправленное вращение; б — встречное вращение.

Верхняя схема — полное зацепление;

средняя - частичное зацепление; нижняя - незацепляющиеся шнеки

Основные конструкционные элементы экструдера

Рис. 6.14. Основные конструкционные элементы экструдера:

1 - привод; 2 - цилиндр; 3 - червяк; 4 - пакет сеток; 5 — формующая головка; 6— загрузочный бункер; 7— электронагреватели

Исходное сырье подается в загрузочный бункер 6 (рис. 6.14), захватывается витками вращающегося червяка 3 и продвигается вдоль цилиндра 2. Обрабатываемое сырье (гранулы, порошки) нагреваются от соприкосновения с горячими за счет электронагревателей 7 стенками цилиндра и постепенно размягчаются. Образовавшаяся масса при перемещении и вращении гомогенизируется, затем проходит через сетки 4 (при грануляции см. ниже) или поступает в формующую головку 5, на выходе из которой материал получает определенный профиль.

При прохождении через экструдер обрабатываемый материал последовательно перемещается через три зоны: загрузки (питания); сжатия (плавления) и дозирования (выдавливания), что обеспечивается конструкцией червяка (рис. 6.15).

В зоне загрузки происходит смешение сыпучих компонентов. В результате сухого трения возможно разрушение частиц жестких наполнителей: изменение их гранулометрического состава; уменьшение длины волокон.

Зона сжатия. Размягченные и частично расплавленные гранулы полимера из зоны загрузки поступают в зону сжатия. За счет тепла электронагревателей цилиндра и внутреннего трения материал переходит в вязкотекучее состояние (см. главу 16). Здесь происходит смешение твердых частиц с высоковязким расплавом полимера без разрушения наполнителя. Плотность расплава примерно в два раза больше, чем насыпная плотность исходного материала, поэтому образующийся объем расплава примерно в два раза меньше. Для полного заполнения канала (это необходимо для обеспечения интенсивного перемешивания материала) объем канала уменьшают за счет уменьшения глубины канала. Уменьшение

Основные параметры червяка

Рис. 6.15. Основные параметры червяка:

1 - зона загрузки; 2 - зона сжатия; 3 - зона дозирования; h — глубина канала; t — шаг винтовой линии; е — ширина гребня витка; ср — угол подъема винтовой линии

глубины канала оценивают степенью сжатия (Кс) — это отношение объема винтового канала в зоне загрузки Уз к объему винтового канала в зоне дозирования Уд на длине в один шаг: Кс= Уз/ Уд. Рекомендуемая степень сжатия червяков составляет 2,8...3,5.

Зона дозирования находится перед формующей головкой. Зона имеет постоянную глубину канала, меньшую, чем у зоны загрузки. За счет сдвиговых деформаций здесь происходит окончательная пластикация (напомним, что это придание материалу лучших свойств для его формования) и гомогенизация расплава, который подается в формующую головку.

Конструкция червяка (соотношение длины зон) зависит от свойств перерабатываемого материала, вязкости полимера, свойств наполнителя. Так, длина зоны загрузки может достигать 75 % длины червяка.

Длина зоны сжатия кристаллических полимеров небольшая, поскольку эти полимеры плавятся в узком температурном диапазоне. И напротив, для экструзии аморфных полимеров применяют червяки с длинной зоной сжатия, так как такие полимеры переходят в вязкотекучее состоянии постепенно, в широком интервале температур или при длительных выдержках.

Длина зоны дозирования также зависит от типа перерабатываемого полимера и может изменяться в широких пределах. Для полимеров с низкой температурой деструкции (разрушения) применяют червяки с короткой зоной дозирования, поскольку их пребывание в этой зоне сопряжено с опасностью перегрева и деструкции. Для остальных полимеров (полиолефины, полистирол) зона дозирования обеспечивает дополнительную пластикацию и гомогенизацию, и длина ее составляет -20-25 % длины червяка.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >