Каталог продукции

Обзор оборудования для переработки полимеров

Так сложилось, что большинство технологических процессов в различных отраслях производства протекает при воздействии относительно высоких температур. Компания Elcer специализируется на изготовлении различного рода нагревательных систем для практически любой отрасли. Однако, именно в индустрии переработки полимеров используется наибольшее количество различного рода нагревателей. Мы производим и поставляем практически всю линейку нагревательных систем для оборудования по переработке полимеров: термопластавтоматов, экструдеров, грануляторов, вакуумформовок и т.п. Далее представлено общее описание наиболее распространенного оборудования, в которых применяются системы контактного нагрева нашего производства.

Термопластавтоматы

Термоспластавтомат (ТПА) - инжекционно- литьевая машина (англ. Injection moulding machines) - машина для литья пластмасс под давлением, при температуре пластикации до 623К (350 С). ТПА является универсальным оборудованием для получения штучных изделий из полимеров. Исходным материалом для них служат полиолефины, полистирол, его сополимеры, полиамиды, термопластичные полиуретаны, полиэфиры, полифениленоксиды. При оснащении ТПА узлами пластикации, поставляемыми по специальному заказу, на них можно получать изделия из поликарбоната, сополимеров формальдегида, непластифицированного поливинилхлорида, полиакрилатов, наполненных термопластичных материалов.
Основными параметрами, которые оказывают наиболее сильное влияние на конструкцию и технико-экономические характеристики термопластавтоматов и которые необходимы для разработки универсальной и специальной конструкций литьевых машин, являются: объем впрыска за цикл (объем отливки), объемная скорость впрыска (время впрыска), давление литья, площадь литья, усилия запирания и раскрытия формы, ход подвижной плиты, максимальное расстояние между плитами, жесткость, быстроходность, пластификационная способность и диапазон температур инжекционного цилиндра.
Метод литьевого формования полимеров заключается в том, что исходный материал в виде гранул или порошка загружается в бункер литьевой машины, где захватывается вращающимся шнеком и транспортируется им вдоль оси обогреваемого кольцевыми нагревателями цилиндра в его сопловую часть, переходя при этом из твердого состояния в состояние расплава. Затем он выбрасывается за счет поступательного перемещения шнека через специальное сопло в сомкнутую охлаждаемую литьевую форму. Заполнивший плоскость формы расплав полимера удерживается в ней какое-то время под давлением и остывает. Далее производится раскрытие литьевой формы и съем готового изделия, а цикл формования повторяется.
Качество литья и производительность ТПА напрямую зависят от строгого соблюдения установленных параметров технологического режима:
• температуры расплава, определяемой температурой цилиндра пластификатора;
• давления впрыска;
• температуры пресс-формы.

К основным узлам ТПА относятся:
1. пресс-форма и механизм ее запирания;
2. узел впрыска;
3. гидравлическая система;
4. механизм выталкивателя изделия из пресс-формы;
5. автоматическая система контроля и регулирования;
6. защитные устройства.

    Пресс-форма автомата состоит из двух частей, жестко закрепленных на неподвижной и подвижной плитах. Смыкание и размыкание пресс-формы выполняется путем перемещения подвижной плиты гидроприводом по направляющим колоннам. Для запирания пресс-форм применяется коленно-рычажный механизм, а в автоматах с очень большим усилием запирания высокоскоростной гидравлический механизм с гидроусилителем и четырьмя выдвижными консолями со шлицевыми замками на концах. Механизм запирания пресс-формы наряду с удержанием ее в замкнутом положении при впрыске расплава под большим давлением должен полностью предотвратить возможные деформации пресс-формы.
     Узел впрыска представляет собой червячный пресс с гидравлическим или электромеханическим приводом. Обычно комплектуется цилиндрами и шнеками различных диаметров. Цилиндры из азотированной стали с высокой твердостью поверхности и наплавка шнеков твердым молибденовым сплавом гарантируют хорошее скольжение и минимальный износ. Цилиндр имеет несколько зон нагрева и сопло с кольцевыми нагревателями, что создает условия получения стабильно высокого качества литья. Автоматически управляемое сопло с игольчатым клапаном осуществляет интрузионный (вталкиванием) впрыск расплава и обеспечивает высокую скорость и точную дозу впрыска. Перемещение узла впрыска к прессформе выполняется при помощи двух силовых гидроцилиндров по направляющим с шаровыми опорами. Такие опоры позволяют при необходимости поворачивать узел для удобства обслуживания термопластавтомата. Конструкция узла впрыска современных термопластавтоматов обеспечивает выполнение важнейшего требования технологии — высокой скорости впрыска. Время заполнения пресс-формы составляет 0,05 сек, что достигается за счет высоких скорости и давления впрыска.
     Гидравлическая система термопластавтомата состоит из силовых гидроцилиндров перемещения подвижной плиты с консолями и подвижной полуформой и удержания пресс-формы в замкнутом состоянии, гидропривода выталкивателя готовых изделий из формы, регулируемых и нерегулируемых насосов привода, распределительных и регулирующих клапанов. Точность позиционирования, контроль и регулирование скорости и давления обеспечивается сервоклапанами и пропорциональными регуляторами, действующими по принципу обратной связи. Золотниковые распределители обеспечивают стабильность параметров, применяются гидравлические аккумуляторы, предназначенные для увеличения скорости выполнения технологических операций.
Механизм выталкивателя изделий из пресс-формы выполняется в виде автономного гидропривода выталкивающих стержней.
     Автоматическая система контроля, регулирования и управления включает микропроцессор, командное устройство, программное обеспечение, цветной и монохроматический экраны, запоминающее устройство, давление и другие заданные технологические параметры, а также счетчики рабочих циклов и рабочих часов. Система позволяет осуществить полный и наглядный контроль производственного процесса, обеспечивая необходимую воспроизводимость и стабильность всех технологических параметров. и условий.
     Защитные устройства термопластавтомата составляют: подвижная защитная перегородка и ее электрическая, гидравлическая и механическая блокировка, защита пространства перед соплом и формы от попадания посторонних предметов. Предусмотрены также автоматический контроль и сигнализация уровня масла в баке, загрязненности масляного фильтра, неисполнения впрыска, выталкивания изделия и других операций.
Можно выделить отдельный специфический класс термопластавтоматов для литья под давлением заготовок (преформ) ПЭТ-бутылок. Автоматы этого класса отличаются применением многогнездовых пресс-форм и соответственно более сложной конструкцией узлов впрыска, запирания пресс-форм и других. Для увеличения производительности новые автоматы этого класса снабжены 96- и даже 288-гнездными пресс-формами и создают усилие запирания 80000 кН.

Сфера применения термопластавтоматов

Термопластавтоматы, работающие на рынке изначально можно разбить на три группы – отечественные, азиатские и европейские. Это оборудование отличается между собой как по цене, так и по своим возможностям и по своему назначению. Отечественные машины предназначены в основном для выпуска несложной продукции. В большинстве своем данное оборудование используется для выпуска тары.
Азиатское оборудование – оптимальный вариант для производителей товаров народного потребления. Относительно недорогие по цене, данные машины способны обеспечивать высокое качество несложных изделий. Термопластавтоматы от производителей Юго-Восточной Азии господствуют в пищевой и упаковочной отраслях. После 5 лет работы этих термопластавтоматов у пользователя может встать вопрос либо о расширении производства, либо о его усложнении, которое связано с покупкой европейского оборудования.
Оборудование европейских производителей используется в высокотехнологичных производствах. Данные машины незаменимы в автомобилестроении, оборонной, медицинской, оптической, электронной, радиотехнической отраслях, в любом производстве, где используется литье из конструкционных пластмасс. Оно имеет высокую степень производительности, надежности и, следовательно, цену. Западные фирмы имеют глубокие технологические разработки, как в конструкции рабочих органов оборудования, так и в технологических процессах (например, в производстве ПЭТФ преформ).
Наиболее распространенные в Украине марки термопластавтоматов производят компании Demag, Arburg, Battenfild, Krauss-Maffei (Демаг, Арбург, Батенфильд, Краусс-Маффай, Германия), Haitian (Хатьян, Китай), Netstal (Нетстал, Швейцария), LS (Южная Корея), BM Biraghi (Бираги, Италия), Husky (Хаски, Канада), Ferromatik (Ферроматик, США). Также представлены производители ТПА России и стран СНГ, такие как Хмельницкий (Украина), Атлант (Белоруссия), Крассмаш (Россия)

Экструзия и экструдеры

Типы и устройство экструдеров

Наиболее простым оборудованием для экструзии является одношнековый (одночервячный) экструдер без зоны дегазации (рис. 1). Такие экструдеры широко применяются для производства пленок, листов, труб, профилей, в качестве одной из составных частей линий-грануляторов и т.д. 

Рис. 1. Схема одношнекового экструдера: 1- бункер; 2- червяк (шнек); 3- цилиндр; 4- полость для циркуляции воды; 5- нагреватель; 6- формующая головка с адаптером.

 

Шнек экструдера  обычно состоит из трех зон: загрузки, сжатия и дозирования. Зона загрузки транспортирует полимер от отверстия под бункером к более горячим секциям цилиндра. Зона сжатия - это зона, где уменьшается глубина нарезки, а значит, и объем витка, что приводит к сжатию плавящихся гранул. Главный эффект сжатия - увеличение сдвигового воздействия на расплавленный полимер, обусловленного взаимным движением поверхности шнека относительно стенки цилиндра. Это улучшает смешение, увеличивает разогрев от трения и приводит к более однородному распределению тепла в расплаве. Назначение последней зоны шнека - дальнейшая гомогенизация расплава, однородное дозирование его через формующую головку, сглаживание пульсации на выходе. Шнек затем продавливает расплавленный полимер через фильеру, которая определяет конечную форму. «Сердце» любого экструдера – фильера. Именно она определяет форму получаемой продукции и во многом – его качества. Видов фильер и их конструкций существует огромное множество. Однако, технология требует, чтобы и этот элемент оборудования был определенной температуры. В зависимости от конструкции фильеры, для ее нагрева применяются плоские или патронные нагреватели.

Двухшнековые экструдеры могут применяться как в тех же случаях, что и одношнековые, так и в специальных условиях, когда одношнековые экструдеры не справляются с задачами. В отечественных реалиях двухшнековые экструдеры в подавляющем большинстве случаев используются для экструзии ПВХ (поливинилхлорида) в изделия строительного назначения. Технология процесса экструзии ПВХ зачастую подразумевает применение порошкообразного основного сырья (ПВХ-композиции), которую невозможно переработать на стандартной одношнековой экструзионной линии. Как правило, двухшнековые экструдеры в обязательном порядке оснащаются устройством дегазации. Двухшнековые экструдеры различают двух основных типов:
• экструдеры со шнеками, находящимися в зацеплении (с однонаправленным или противоположно направленным вращением шнеков);
• экструдеры со шнеками, не находящимися в зацеплении (с однонаправленным или противоположно направленным вращением шнеков).

Многошнековые экструдеры применяются сравнительно редко. К таким экструдерам можно отнести четырехшнековый экструдер, а также планетарный экструдер. Червячная система последнего состоит из одного центрального червяка и еще, как правило, 6 дополнительных шнеков, расположенного вокруг основного на одинаковом радиальном расстоянии. Эти шнеки называют планетарными, отсюда и название экструдера. Такая конструкция позволяет перерабатывать материалы, склонные к быстрой термической деструкции (часто – композиции ПВХ) без применения высоких температур, но со значительным смесительным эффектом и интенсивной дегазацией расплава.

Дисковые экструдеры относятся к достаточно редкому типу экструзионных машин современности. Работа дискового экструдера основана на перемещении полимерного материала и создании давления за счет адгезии полимера к подвижным частям экструдера. Такие экструдеры могут быть как однодисковыми, так и многодисковыми. Последний является наиболее современным вариантом и позволяют давать давление расплава на выходе в несколько раз превышающее давление расплава стандартного одношнекового экструдера. Однако, обычно это преимущество нивелируется высокой стоимостью многодискового экструдера вследствие его конструкционной сложности.

Сфера применения экстудеров

Грануляторы

Полимеры гранулируют либо уплотняя порошкообразные материалы с малой насыпной массой в плотные правильные образования (гранулы, таблетки и др.), либо измельчая крупные блоки или всевозможные отходы, бракованные изделия из полимеров и др. Наиболее распространены методы грануляции термопластичных полимеров из расплава. В этом случае грануляторы используют также для совмещения полимера с пластификаторами, удаления влаги и летучих веществ, а также для введения в полимерный материал различных ингредиентов (например, антиокислителей, красителей). Расплав термопластичного полимера продавливают через головку экструдера гранулятора в виде жгута или ленты, которые разрезают на гранулы сразу же после выхода из головки или после охлаждения на воздухе или в воде. Термореактивные полимеры гранулируют измельчением холодного материала в размольном агрегате (например, в рифлёных вальцах), а также путём механического уплотнения порошкообразных материалов при повышенной или нормальной температуре.