Машины для пластицирования термопластичных
пластмасс
Для получёния слоя или пленки порошок, гранулы или агломераты пластмасс
необходимо перевести в пластическое состояние. Применяемые для этого
устройства не всегда можно разделить на подготовительную машину
(например, экструдер, месилка) и установку для нанесения покрытия
(каландр, кашировальная плавильная машина, экструзионная машина), так
как они сопряжены.
В то время как раньше часто применялись внутренние
месилки и валковые смесители периодического действия, современные
установки оснащаются непрерывно работающими месилками и экструдерами,
часто в сочетании с непрерьюно работающими валковыми агрегатами.
Преимущество дополнительных смесительных валков непрерывного действия
состоит в том, что они обеспечивают удаление воздуха, попавшего в
продукт в процессе пластицирования, и других летучих компонентов смеси.
Недостаток валковых смесителей периодического действия состоит в том,
что нагрев и перемешивание могут осуществляться только в зазоре между
валками, и пластицированную массу нужно резать, снимать и перекладывать
вручную.
Валковые машины замкнутого типа, называемые внутренними смесителями, или
внутренними месилками, хотя и обеспечивают лучшее использование тепла и
благодаря этому лучшую пластикацию, требуют тем не менее периодической
подачи материала на каландр.
Наиболее распространенными пластицирующими машинами непрерывного
действия являются следующие: одношнековый экструдер; месилка;
планетарный валковый экструдер; двухвалковый шнековый пресс с месильными
дисками; двухшнековый экструдер.
Одношнековый экструдер в сравнении с другими характеризуется наименьшим
эффектом пластикации и гомогенизации, поэтому он не подходит для больших
современных установок, тем более что существует тенденция применять
каландр в первую очередь в качестве машины для придания формы и -реже в
качестве гомогенизирующей машины. Пластикация массы в решающей степени
зависит от взаимодействия сил, действующих между массой, шнеком и
корпусом.
На примере одношнекового экструдера можно объяснить принципиальное
устройство любого экструдера.
Одношнековый экструдер (рис. 2.25) загружается через загрузочную воронку
массой из резервуара с мешалкой или без нее. Загрузочная воронка может
быть дополнительно снабжена мешалкой либо подающим шнеком. Экструдер
представляет собой цилиндр с расположенным по его центральной оси
шнеком. Цилиндр делится на следующие зоны: зона втягивания I (чаще всего
охлаждаемая); зона преобразования II (нагрев, пластикация,
гомогенизация); зоны выталкивания III. .
В особых случаях возможно наличие и других зон, как, например, зона
смешения и зона дегазирования.
Конструктивными характеристиками шнека экструдера являются высота и угол
профиля витка, шаг витка. Длина шнека выражается через его диаметр
(например, L = 20D). Существуют шнеки без обжатия (диаметр сердечника по
всей длине постоянный); с равномерным обжатием сердечника (диаметр
сердечника увеличивается); с обжатием витка (угол подъема витка
уменьшается, шаг витка остается постоянным).
Время пребывания пластицируемого материала в экструдере зависит от длины
шнека и усилия выталкивания. Производительность экструдера зависит
главным образом от частоты вращения шнека. Вследствие возникающего
трения тепла и возможного перегрева перерабатываемой пластмассы частота
вращения шнека имеет верхний предел. Температурный режим экструдера
может поддерживаться циркуляцией воды или масляного теплоносителя.
Поскольку шнеки испытывают большие механические нагрузки и химические
воздействия, их изготавливают из специальных высококачественных сортов
стали.
Двухшнековый экструдер состоит из цилиндра и расположенных в нем двух
параллельных шнеков, которые в зависимости от применения вращаются
равнонаправленно либо встречно. В остальном (загрузка продукта,
поддержка температурного режима, регулирование числа оборотов) он не
отличается от одношнекового экструдера.
Благодаря значительно большему по сравнению с одношнековым экструдером
эффекту пластицирования двухшнековый экструдер часто применяется для
переработки непласти-цированного ПВХ.
Производительность при переработке 1000—1500 предварительно
пластицированного мягкого ПВХ, кг/ч
Экструдер с планетарными валками (рис. 2.26)
отличается от других экструдеров устройством зоны пластицирования (зонаЛ).
Эта зона содержит главный шпиндель с косыми зубьями (валковый цилиндр),
по которому катятся планетарные шпиндели. В зазорах зубчатого зацепления
происходит валкование и, следовательно, пластицирование пластмассы.
Главный шпиндель приводится во вращение с помощью плавно регулируемого
электродвигателя постоянного тока через редуктор. Зона наполнения А
охлаждается водой, а экструзионный узел, как правило, снабжен
электроподогревом. Возможно позонное охлаждение дутьем. Цилиндр и шнек
выполнены таким образом, что температурный режим может поддерживаться
изнутри масляным теплоносителем.
Рис. 2.26. Схема экструдера с планетарными валками:
А — зона наполнения; В — зона пластицирования и гомогенизации; С — зона
выталкивания; 1 — главный
шпиндель; 2 — планетарный шпиндель; 3 валковый цилиндр (стационарный)