Экструзия и экструдеры


Экструзия – способ получения изделий или полуфабрикатов из полимерных материалов неограниченной длины путемголовка экструдера 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.

В основном для экструзии пластмасс применяют шнековые, или червячные экструдеры. Также существуют дисковые экструдеры. Для успешного производства продукции методом экструзии недостаточно только одного экструдера. Кроме него необходимо иметь еще несколько единиц оборудования, вместе составляющих экструзионную линию. Кроме того, существуют выдувные экструдеры, которые применяются в установках по получению изделий методом экструзионно-выдувного формования. Их описание, не входит в данную статью. Практически не встречаются экструдеры с вертикальными шнеками.

Цилиндр экструдераЭкструдер (от лат. extrudo - выталкиваю), машина для размягчения (пластикации) материалов и придания им формы путём продавливания через профилирующий инструмент (экструзионную головку), сечение которого соответствует конфигурации изделия. В экструдере получают главным образом изделия из термопластичных полимерных материалов (пластических масс), используют их также для переработки резиновых смесей (в этом случае экструдер часто называют шприц-машиной). С помощью экструдеров изготовляют плёнки, листы, трубы, шланги, изделия сложного профиля и др., наносят тонкослойные покрытия на бумагу, картон, ткань, фольгу, а также изоляцию на провода и кабели.  Экструдеры применяют, кроме того, для получения гранул, подготовки композиций для каландрирования, формования металлических изделий и для других целей

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. 

 Типы и устройство экструдеров

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 Головка 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


Основная сфера применения: производство парниковой (тепличной) и термоусадочной пленки, производство ПЭ стретч-пленки и полипропиленовой пленки, производство ПВХ стретч-пленки (стретч-ПВХ), а также производство широчайшего    спектра упаковки (пакеты «фасовка», «майка», мусорный мешок, пакеты с прорубной и петлевой ручкой и т.д.). Также экструдеры применяются в пищевой промышленности для производства сухих завтраков и снеков. Помимо пищевой и перерабатывающей промышленности, экструдеры широко применяются в агропромышленном комплексе.

Производители экструдеров представлены зарубежными странами (такие ТМ как  American Maplan Corporation , Battenfeld GmbH, BAUSANO & FIGLI S.P.A., Berstorff GmbH, COSTRUZIONE MECCANICHE LUIGI BANDERA SpA, ENTEK Manufacturing, Inc., ENTEX Rust & Mitschke GmbH, ERMAFA Kunststofftechnik Chemnitz GmbH, Gamma Meccanica SpA , KUHNE GmbH. И др)
В России производством экструдеров занимаются такие компании, как ООО «Полимер Проект», ООО "ТПК ТРИГЛА", ЗАО «Аксиом Проджектс», ООО «Продвижение» и другие.

На Украине существует ряд компаний, занимающихся производством экструдеров для различных отраслей экономики.  Так серийным производством и реализацией модернизированных экструдеров для переработки рапса, для производства топливных брикетов из шелухи подсолнечника, опилок и других видов растительной биомассы, для производства полнорационных комбикормов занимается машиностроительное предприятие «ЧеркассыЭлеваторМаш».  ООО «Тронка-Агротех»  выпускает экструдеры для пищевой промышленности, ОАО "Химтекстильмаш" - экструдеры для плавления гранул полимеров, ООО «НПП Экструдер» - производит экструдеры для переработки пластмасс.

Грануляторы


ГрануляторыПолимеры 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.

Остались вопросы?

Заполните форму и мы ответим на все вопросы: