Меню

В каких сферах применяют экструдеры



Экструдеры: разновидности, принцип работы

Автоматизация и механизация труда требует разработки разнообразного оборудования. Широкое применение в самых разных областях получили экструдеры. Многие процессы в настоящее время просто невозможны без них. Экструдер: что это такое, виды и принципы работы – эти вопросы интересуют многих людей и заслуживают отдельного внимания.

Что такое экструдер?

Экструдер – это специальное оборудование (машина) для изготовления длинномерной продукции из пластичных или сыпучих материалов с использованием принципов экструзии. В свою очередь, экструзия представляет собой технологический процесс непрерывного выдавливания расплава или пастообразного вещества через формующий инструмент, позволяющий в непрерывном режиме получать изделия заданной формы и размера.

В задачу данного оборудования входит:

  1. создание нужного запаса сырья для непрерывной работы;
  2. подготовка его к формованию (расплавление, дегазация, гомогенизация и т. п.);
  3. транспортировка к формующему инструменту;
  4. формование и калибровка изделия.

Для обеспечения полноценного, непрерывного технологического процесса экструдер объединяется с другим оборудованием в экструзионную линию.

Важно! Главное преимущество экструдеров – возможность получения изделий непрерывной длины с последующим нарезанием на участки требуемых размеров.

Оборудование обладает высокой производительностью и обеспечивает точное формование. Система регулировки позволяет изменять ширину и толщину изделий. Обслуживается машина просто, и оператору не приходится затрачивать физические силы.

Виды устройств

По принципу действия различаются три основных типа экструдеров:

  1. Шнековые установки. Подача сырья на формующий инструмент осуществляется с помощью шнека (винта Архимеда). По сути, аналогичный винт используется в обычных мясорубках. В экструдере он захватывает сырье, уплотняет и продавливает через формующий инструмент. Шнек может иметь разную длину в зависимости от перерабатываемого материала.По мере продвижения по спирали винта сырье прогревается до нужной температуры и гомогенизируется. Из него удаляются газы. Шнековый тип считается наиболее распространенным и используется в разных областях производства.
  2. Плунжерные или поршневые установки. Они отличаются тем, что в камеру поступает четко дозированное количество материала, которое затем выдавливается поршнем через отверстие. Такая технология позволяет получать штучные изделия в непрерывном режиме с четко заданными размерами и формой.Широко применяются такие экструдеры при таблетировании изделий, в т. ч. для изготовления лекарственных таблеток. Могут использоваться для производства пластмассовых и резиновых изделий.
  3. Плоскощелевые установки. В них выдавливание материала осуществляется через узкую щель, что позволяет получать пленки и рулонные изделия. Подача сырья на формующий инструмент может производиться шнеком, плунжером или иным способом. Важно после выхода из щели сформованное изделие быстро охладить для сохранения формы.

Шнековые экструдеры классифицируются по количеству рабочих органов и по некоторым важнейшим характеристикам. По количеству винтов выделяются такие разновидности:

  1. Одношнековые установки. Это наиболее распространенный вариант, когда переработка осуществляется одним винтом.
  2. Двухшнековая установка. В ряде случаев требуется тщательная гомогенизация сырья, а предыдущий вариант ее не обеспечивает. Часто такая необходимость возникает при работе с порошковым полуфабрикатом. В этом случае параллельно устанавливаются два шнека, находящиеся во взаимном зацеплении. Они могут вращаться в одном или противоположном направлении.
  3. Для обеспечения еще более тщательного перемешивания могут использоваться многошнековые установки (до четырех шнеков). К этой категории можно отнести и планетарные системы, когда вокруг основного шнека вращается несколько (до 12 штук) сателлитных винтов.

Помимо конструктивных особенностей, шнековые экструдеры могут отличаться по скорости вращения. Как правило, используется нормальный или стандартный вариант. Для повышения производительности применяются быстроходные шнеки.

Устройство экструдеров

Устройство экструдеров зависит от их разновидностей, но у всех есть определенные общие принципы конструирования. Выделяются такие основные узлы:

  1. Бункер. Он необходим для обеспечения непрерывной работы оборудования. В нем создается необходимый запас сырья. Загрузка может осуществляться вручную или механизированным способом.
  2. Корпус (цилиндр), внутри которого располагается подающий механизм (шнек или плунжер).
  3. Привод механизма. Движение шнеку или поршню задает электродвигатель значительной мощности через редуктор. Скорость его вращения регулируется.
  4. Система нагрева. Нужная температура в цилиндре обеспечивается нагревательными обмотками, установленными поверх корпуса. Обычно выделяется несколько зон с разной температурой для постепенного нагрева материала. Нужная температура каждой зоны устанавливается оператором и поддерживается автоматически.
  5. Контролирующие приборы. Для обеспечения нужного качества устанавливаются приборы, регистрирующие температуру, скорость вращения и поступательного движения изделия.
  6. Головка с формующим инструментом. Важнейший узел экструдера – формующий инструмент. Он устанавливается в специальной головке, где предусмотрена четкая корректировка его расположения. В зависимости от назначения экструдера в инструменте формируется выход нужного размера. Он может быть круглым, прямоугольным, щелевым, различной сложной формы.

Интерес представляет конструкция шнека как наиболее распространенного механизма. В зависимости от назначения он различается:

  • длиной;
  • диаметром;
  • шагом;
  • глубиной нарезки витков.

Определяющим параметром считается отношение диаметра шнека к его длине. Шаг и глубина нарезки витков могут быть одинаковыми по всей длине или различаться по зонам по мере расплавления материала. По форме шнек может быть цилиндрическим или коническим.

Для обеспечения полноценного производственного цикла собирается экструзионная линия. Она включает:

  • охлаждающий узел;
  • систему роликов для удержания нужной формы до полного отвердения массы;
  • тяговое устройство для обеспечения продольного продвижения длинномерного изделия или конвейер для штучных изделий;
  • приемное устройство для сбора готовой продукции.

Особые требования выдвигаются к охлаждающей системе, т. к. ряд материалов (например, пластик) может растрескаться при резком охлаждении. В этом случае система формируется из ванн с водой, причем в них поддерживается нужная температура жидкости.

Принцип работы

Общий принцип работы любого экструдера – выдавливание гомогенизированного материала через выход формующего инструмента, что обеспечивает необходимую форму, размеры и структуру изделий. Для совершения такого процесса важно обеспечить следующие условия:

  • создание необходимой структуры материала;
  • и обеспечение давления в головке для выдавливания массы через отверстие инструмента.

Форма и размеры изделия зависят напрямую от аналогичных параметров выходного отверстия.

Экструдер может обеспечивать такие виды экструзии:

  1. Холодное формование. Оно подразумевает только механическое воздействие. Порошковый или измельченный полуфабрикат только тщательно перемешивается и прессуется для придания нужной формы. Аналогично можно перерабатывать и пастообразное сырье.
  2. Теплая экструзия. В этом варианте нет специального нагрева. Частичный разогрев материала происходит только за счет механического воздействия.
  3. Горячая экструзия. Сырье расплавляется, гомогенизируется и под давлением выдавливается наружу. В этом методе помимо механического движения шнека (поршня) предусматривается принудительный нагрев до высоких температур. При этом в головке развивается высокое давление.

Шнек при горячей экструзии работает следующим образом:

  1. Сырье из бункера попадает в зону питания, где остается в твердом состоянии, но уплотняется за счет винтовой подачи.
  2. Далее масса попадает в зону пластификации, где под нагревом расплавляется, перемешивается и спрессовывается.
  3. Окончательная гомогенизация обеспечивается в зоне дозировки. Здесь расплав становится полностью однородным и обеспечивается давление для его выдавливания через формовочный инструмент.

Справка! При работе экструдера качество расплава зависит от температуры нагрева, скорости вращения шнека и создаваемого давления. В современных установках эти параметры корректируются автоматически при изменении одного из них. Важно обеспечить их постоянство при длительной работе оборудования.

В каких сферах применяют экструдеры?

Экструдеры разного типа широко применяются в различных областях деятельности человека:

  1. Переработка пластмассы и резины. В эту категорию входит обширный список продукции: трубы, профили, пленки, рулонные материалы, изоляция кабельных изделий и т. д.
  2. Переработка вторичного сырья. С помощью экструдеров возвращаются в производство отходы пластмасс (пакеты, бутылки, банки и т. д.).
  3. Порошковая технология. Особую область представляет изготовление ферритов.
  4. Пищевая промышленность: макаронные изделия, колбасы, шоколад, батончики и другие кондитерские изделия.
  5. Создание кормовой базы. Экструдеры позволяют подготовить корма для животных, которые имеют заданную структуру, и создают возможность оптимального хранения.
  6. Топливные брикеты.
  7. Фармакология. Экструдеры широко применяются при изготовлении таблеток.

Можно выделить такие типы экструдеров по области применения:

  1. Кормовые установки. Применяются чаще всего шнековые экструдеры. С их помощью перерабатывается зерновое и травянистое сырье для получения комбикормов. На выходе из экструдера можно получить длинномерную трубку или гранулы.
  2. Установки для пищевой промышленности. Часто используется холодная экструзия. Так готовятся, например, крабовые палочки. Масса просто уплотняется и выдавливается через фильеры.Применяется подобная технология и в кондитерском деле. Заготовка батончиков или конфет выдавливается холодным способом, а затем заготовка режется и покрывается горячим шоколадом. Достаточно давно с помощью шнековых экструдеров делаются макаронные изделия. В качестве полуфабриката используется тесто из твердых зерновых сортов.
  3. Фармакологические установки. Экструдеры плунжерного типа обеспечивают высокую точность дозировки, что обеспечивает поточное производство таблеток.
  4. Экструдеры для изготовления пластиковых труб. Это один из самых сложных вариантов. В формовочном инструменте кольцевой зазор формируется двумя элементами – дорном и матрицей:
    • первая деталь имеет размер внутреннего канала;
    • а вторая определяет внешний размер.

Изменяя расстояние между ними, можно варьировать толщину стенок трубы. Важную роль играет система охлаждения. Труба при выходе из экструдера обладает чрезмерной мягкостью, а потому устанавливаются специальные ролики, которые позволяют сохранить форму.

  • Экструдеры для изоляции проводов. Они во многом аналогичны предыдущему варианту. Отличие заключается в наличии сердечника (токопроводящей жилы), которая пропускается через дорн. Экструзионная линия комплектуется отдающим устройством для жилы, а скорость ее протягивания существенно влияет на толщину изоляции и ее адгезию. В линии четко согласуются усилие тяги и скорость вращения шнека.
  • Экструдеры для пленок. Они имеют щелевой формовочный инструмент. Важно обеспечить эффективное охлаждение сразу при выходе из головки. Для этого устанавливаются специальные вентиляторы. Охлажденная пленка наматывается на приемный валик. Натяжение пленки не должно приводить к ее вытягиванию и уменьшению толщины.
  • Грануляторы. При переработке вторсырья необходимо придать ему форму, удобную для дальнейшего использования. Термопластичные полимеры измельчаются и загружаются в бункер экструдера. В нем материал измельчается, гомогенизируется, а готовые гранулы выдавливаются через решетчатый инструмент.
  • Существует множество и других вариантов исполнения экструдеров. Они выбираются по назначению и исходному сырью.

    Какие задачи входят в работу оператора?

    На современных экструзионных линиях установлено достаточное количество датчиков и приборов, обеспечивающих контроль и поддержание необходимых параметров. Автоматически происходит их взаимная увязка.

    Однако главной задачей оператора становится правильная установка начальных данных, т. е. задание режима. Прежде всего необходимо установить температуру по зонам и скорость вращения шнека. От этого будет зависеть качество продукции и давление в головке, что важно для обеспечения безопасности.

    Правильность установок проверяется визуально после анализа образца выдавленной массы. Оценивается его:

    • гомогенность;
    • отсутствие пор;
    • размеры;
    • форма изделия и другие важные характеристики.

    После этого процесс запускается, а режим поддерживается автоматически. Достаточно контролировать показания приборов и при необходимости принимать меры. Если в процессе работы возникает необходимость изменения размеров, то может потребоваться замена формирующего устройства или внесение корректировки в начальные параметры.

    Экструдеры разного типа широко применяются в различных областях деятельности человека. Особенно актуальны они для производства изделий из пластмассы. Данное оборудование обеспечивает изготовление высококачественной продукции с высокой производительностью.

    Важно правильно оценить предъявляемые требования и выбрать нужную установку. На российском рынке представлены модели известных производителей, что дает возможность подобрать оптимальный вариант.

    Источник

    Экструзия (технологический процесс)

    Что такое экструзия полимеров?

    Процесс экструзии происходит при нагреве полимеров максимум до 250 0С. Производство идет на скорости до 120 метров/минуту. Около 30 % всего объема полимеров перерабатывается по экструзионной технологии с помощью экструдеров. Попробуем разобраться в тонкостях этого процесса.

    Экструзия полимеров — это технология получения формовочных изделий из термопластов и их композиций на шнековых прессах. Осуществляется путем продавливания (под давлением) однородного расплава через щель формовочной головки экструдера.

    Щель имеет определенную форму, которая определяет геометрию изделия — сайдинг, пленка, оконный ПВХ профиль. В качестве сырья используются гранулы полиэтилена ПВД и ПНД, полипропилена, ПВХ, полистирола и других полимеров.

    Экструзия включает в себя следующие этапы:

    1. получение однородного расплава в экструдере;
    2. формование;
    3. охлаждение продукции;
    4. натяжение и намотка (пленки), нарезка (профиль, труба).

    Оборудование

    Экструдер в линии по производству пластикового плинтуса
    Экструдер

    (экструдинг-пресс) — машина для формования пластичных материалов, путём придания им формы, при помощи продавливания (экструзии) через профилирующий инструмент (экструзионную головку).

    Экструдер состоит из: корпуса с нагревательными элементами; рабочего органа (шнека (винт Архимеда), диска, поршня), размещённого в корпусе; узла загрузки перерабатываемого материала; силового привода; системы задания и поддержания температурного режима, других контрольно-измерительных и регулирующих устройств. По типу основного рабочего органа (органов) экструдеры подразделяют на одно-, двух- или многошнековые (червячные), дисковые, поршневые (плунжерные) и др. Двухшнековые экструдеры в зависимости от конфигурации шнеков могут быть параллельными или коническими. В зависимости от направления вращения — с сонаправленным или противонаправленным вращением шнеков.

    Читайте также:  Оборудование и инвентарь для занятий фитнесом

    Устройство и принцип работы экструдера, что это такое

    Уже по тому, что слова «экструдер» и «экструзия» являются однокоренными, становится понятным, что экструдер — это основной рабочий орган экструзионной линии.

    По длине экструдер для полимеров условно делится на три зоны: загрузки, сжатия расплава и дозирования.

    Экструдер для пленки

    Схема экструдера для полиэтилена

    • Зона загрузки. Гранулы (порошок, вторичное сырье) подаются в бункер самотеком или под напором сжатого компрессором воздуха. Шнек, который приводится в движение работой привода, вращается, и уплотняя полимер до состояния пробки, продвигает его к горячим секциям экструдера.
    • Зона плавления. Здесь шаг между витками начинает уменьшаться. Как следствие один и тот же объем полимера пытается поместиться в уменьшившемся пространстве. Пробка прижимается к обогреваемым стенкам трубы экструдера, плавится, расплав перемешивается. Хотим уточнить, что плавление происходит, в основном, не за счет нагревателей (они лишь интенсифицируют процесс), а из-за огромных сдвиговых деформаций в уплотняющемся полимере.
    • Зона дозирования. На выходе из экструдера полимер продавливается через систему фильтрующих сеток и проходит через формующее отверстие, профиль которого зависит от формы выпускаемой продукции.

    Важно! Экструдер может различаться по типу и количеству шнеков. Выпускаются: одношнековые, двухшнековые и многошнековые, дисковые и многодисковые экструдеры.

    О конструкции одношнекового экструдера.

    Внутри толстостенного корпуса (трубы) вращается шнек — металлический стержень с винтовой навивкой. Шнек перемещает гранулы по направлению к экструзионной головке. Корпус опоясывают секции хомутовых нагревателей, которые греют металл и плавят полимер, прижимаемый винтом к внутренней поверхности трубы. «Горячую» часть оборудования помещают в водоохлаждаемый кожух, и сверху утепляют термочехлом.

    Одношнековый экструдер, схема

    Зоны технологического процесса экструзии

    Деление шнека на зоны I-III осуществляется по технологическому признаку и указывает на то, какую операцию в основном выполняет данный участок шнека. Разделение шнека на зоны условно, поскольку в зависимости от природы перерабатываемого полимера, температурно-скоростного режима процесса и других факторов, начало и окончание определенных операций могут смещаться вдоль шнека, захватывая различные зоны или переходя из одного участка в другой.

    Цилиндр также имеет определенные длины зон обогрева. Длина этих зон определяется расположением нагревателей на его поверхности и их температурой. Границы зон шнека I-III и зон обогрева цилиндра могут не совпадать. Для обеспечения успешного перемещения материала большое значение имеют условия продвижения твердого материала из загрузочного бункера и заполнение межвиткового пространства, находящегося под воронкой бункера.

    Питание шнека зависит от формы частиц сырья и их плотности. Гранулы, полученные резкой заготовки на горячей решетке гранулятора, не имеют острых углов и ребер, что способствует их лучшей сыпучести. Гранулы, полученные холодной рубкой прутка-заготовки, имеют острые углы, плоское сечение среза, что способствует их сцеплению и, как следствие, худшей сыпучести. При длительной работе экструдера возможен перегрев цилиндра под воронкой бункера и самого бункера. В этом случае гранулы начнут слипаться и прекратится их подача на шнек. Для предотвращения перегрева этой части цилиндра в нем могут быть сделаны полости для циркуляции охлаждающей воды (Источник: инструкция пользователя. Лебедев П.Г., Лебедева Т.М., Митина Л.Н.)

    уже более 20 лет занимается поставкой экструзионной техники на отечественный рынок и рынки стран СНГ — от простых ПВД/ПНД однослойных моделей производства рукавной пленки шириной до 700 мм (например, модель YF-MHB-45) до многослойных A-B-C экструдеров производственной мощностью до 300 кг продукции в час. Покупатели могут не сомневаться в “тотальной” компетентности наших технологов относительно всего, что происходит внутри и снаружи шнека; равно как и надежность наших машин также не подлежит сомнению.

    Экструзия пленки

    Наиболее популярными формовочными изделиями, которые получают с применением экструзии, являются пленки. Их изготавливают из полистирола, полипропилена, полиамида, лавсана, поликарбоната, ПВХ, но самыми востребованными из них являются, конечно же, пленки из экструдированного полиэтилена высокого и низкого давления. Именно на их примере мы рассмотрим, какие этапы этот материал проходит на выходе из экструдера.

    Существует два метода экструдирования пленок:

    1. Метод раздува рукава.
    2. Метод плоскощелевой экструзии.

    Применение

    Химическая промышленность

    В химической промышленности метод экструзии применяется для нагрева, пластификации, гомогенизации и придания необходимой формы исходному сырью. Химический состав конечного продукта при этом идентичен химическому составу исходного сырья, что позволяет добиваться стабильного качества продукта прибегая при этом к минимальному количеству настроек экструдера, этим объясняется относительная простота машин, работающих в химической промышленности.

    Методом экструзии в химической промышленности изготавливают различные погонажные изделия, такие как трубы, листы, плёнки, оболочки кабелей, элементы оптических систем светильников — рассеиватели и т. д.

    Пищевая промышленность

    В пищевой промышленности метод экструзии применяется намного шире. В ходе процесса под действием значительных скоростей сдвига, высоких скоростей и давления, происходит переход механической энергии в тепловую, что приводит к различным по глубине изменениям в качественных показателях перерабатываемого сырья, например денатурация белка, клейстеризация и желатинизация крахмала, а также другие биохимические изменения. Простейший экструдер, применяемый в быту — кондитерский рукав, механический экструдер — ручная мясорубка.

    Продукты, получаемые на пищевых экструдерах

    • традиционная жевательная резинка[1]
    • пельмени
    • кукурузные палочки
    • подушечки и трубочки с начинкой
    • хрустящие хлебцы и соломка
    • фигурные сухие завтраки
    • хлопья кукурузные и из других злаков
    • быстрозавариваемые каши
    • детское питание
    • фигурные чипсы
    • экструзионные сухарики
    • мелкий шарик из риса, кукурузы, гречи, пшеницы, для наполнения и обсыпки шоколадных изделий, мороженого и других кондитерских изделий
    • пищевые отруби
    • набухающая мука, панировка
    • продукты вторичной переработки хлеба
    • соевые продукты: соевый текстурат, концентрат (применяются в производстве колбасы, сосисок, котлет и т. д.), кусковые соевые продукты (фарш, гуляш, бифштекс, тушенка и т. д.)
    • продукты переработки отходов животноводства
    • модифицированный крахмал
    • реагент на основе крахмала применяемый в нефте- и газодобыче
    • строительные крахмалсодержащие смеси
    • основы для клеев

    Комбикормовая промышленность

    Экструдирование — процесс происходящий в стволе экструдера, при котором происходит механическое перемалывание за счет трения, высокотемпературное воздействие при высоком давлении на кормовое сырье (температура от 110 до 160 градусов и давление от 20 до 30 атмосфер). В процессе такого воздействия, происходит расщепление сложных углеводов на простые сахара, что обеспечивает существенное улучшение органолептических показателей корма, а также повышает усвояемость кормов (от 45 % при традиционных видах обработки до 95 %).

    • полножирная соя
    • зерновые экструдаты
    • корма для КРС, свиней, кроликов
    • корма для кошек, собак, домашних грызунов, крупного рогатого скота
    • корма для промысловых и аквариумных рыб

    Производство твердого биотоплива

    Одним из наиболее популярных методов получения топливных брикетов является использование специальных экструдеров. Процесс предствляет собой прессование шнеком отходов (шелухи подсолнечника, гречихи и т. п.) и мелко измельченных отходов древесины (опилок) под высоким давлением при нагревании от 250 до 350 С°. Получаемые топливные брикеты не включают в себя никаких связующих веществ, кроме одного натурального — лигнина, содержащегося в клетках растительных отходов. Температура, присутствующая при прессовании, способствует оплавлению поверхности брикетов, которая благодаря этому становится более прочной, что немаловажно для транспортировки брикета.

    Соэкструзия и коэкструзия.

    Соэкструзия — это технология, использующаяся для получения многослойных пленок.

    В качестве сырья может использоваться: полиэтилен низкой и высокой плотности, полипропилен, полиамидная пленка и др. полимеры. Гранулят этих пластических масс плавится в разных экструдерах, после чего соединяется и проходит через одну формовочную фильеру (головку). Для прочного склеивания нужно, чтобы молекулярная сетка полимеров была похожа по структуре. Но если нужно связать барьерный слой, например, EVOH и линейный полиэтилен, то потребуется специальные вяжущие сополимеры.

    Соэкструзионные многослойные пленки используются для вакуумирования продуктов, как транспортная упаковка, с/х пленка (для мульчирования, пленка с эффектом антифог), упаковка фармацевтических препаратов.

    По похожей технологии, которая получила название коэкструзия, изготавливают панели сайдинга и профиль ПВХ. Поливинилхлорид — основа профиля, занимает около 80% толщины панели, оставшиеся 20% — акрил. Как и в случае соэкструзии, используется работа двух коэкструдеров, где отдельно плавят ПВХ и акрил. Соединяются эти расплавы в щелевой филере, откуда выходят уже готовым спаянным изделием.

    Коронарная обработка пленки после экструзии

    Химическая инертность и малая поверхностная энергия пленки делают ее невосприимчивой к типографской или любой другой краске. Нанесение покрытия на поверхность полиэтилена станет возможным, если его поверхностная энергия будет хотя бы на 10 дин/см выше энергии наносимой краски. В ином случае краска будет просто собираться в капли. «Подзарядить» пленку можно коронированием. Каждая экструзивная линия оборудована активатором обработки коронным разрядом, который состоит из: генератора, трансформатора и электродов. При пропадании пленки в область электромагнитного поля растет ее поверхностная энергия и повреждается верхний слой макромолекул (микротравление).

    Применение технологии экструзии

    • Химическая промышленность. Почти все термопласты и их композиции могут перерабатываться экструзией в готовые изделия (пленки, трубы, оболочки изоляции, сайдинг, листы).
    • Производство комбикорма. Измельченное сырье для производства комбикорма поступает в экструдер, где подвергается уплотнению, сжатию и температурной обработке при температуре до 200 0С. Этот способ переработки повышает питательность и усвояемость корма, сохраняет в нем витамины и препятствует размножению микроорганизмов.
    • Брикетирование твердого биотоплива. Переработка биомассы (торфа, угольной пыли, шелухи подсолнечника, отходов сахарного производства, соломы сои, щепы) и прессование ее в гранулы или брикеты производится на экструдерах;
    • Пищевая промышленность. Макароны, кукурузные палочки и хлопья, жевательная резинка и чипсы, соевые продукты— все эти продукты изготавливают с помощью пищевой экструзии.

    Экструзия теста, экструдер для теста

    Развитие экструзионного производства сейчас идет сейчас по трем направлениям. Это: усовершенствование существующего оборудования, применение новых композиций полимеров, совершенствование автоматизированных систем управления. Последнее направление представляется наиболее актуальным — уже сейчас в России появились установки оборудованные АСУ на основе микропроцессора. Они позволяют автоматически контролировать не только работу экструдера, но и системы подготовки сырья, калибровки и обрезки готовых изделий.

    Источник

    Экструдер: что это такое, для чего он предназначен

    Моделей экструдеров, то есть машин, предназначенных для переработки полимеров в расплав, великое множество. Они различаются по характеристикам и виду перерабатываемого сырья. Среди массы вариантов их использования наиболее популярно получение с их помощью полиэтиленовых или полипропиленовых плёнок, из которых производят гибкую упаковку. На полученные материалы можно наносить печать и сваривать пакеты. А также своё применение они нашли в пищевой промышленности для изготовления макаронных изделий.

    Общая информация

    Экструдер — это машина, которая превращает сырьё в виде мелких частиц в расплав определённой формы. В качестве таких частиц могут использоваться гранулы, порошок, разнообразные пасты или лом.

    Процесс заключается в прохождении сырья через специальный формующий инструмент (экструзионную головку, фильерную пластину). Форму готового продукта задаёт калибрующее устройство с определённым сечением. Она будет зависеть от вида отверстия в формующем устройстве. Если это щель, на выходе получится листовой материал, если кольцо, то изделие будет иметь форму трубы.

    Процесс, происходящий с использованием этого оборудования, называется экструзией. В зависимости от конструкции машины её делят на несколько видов:

    • холодное синее формование, при котором на материал оказывается только механическое воздействие;
    • тёплая экструзия, заключающаяся в механических преобразованиях, которые сопровождаются тепловой обработкой;
    • горячая формовка — скоростной процесс, предполагающий использование высоких температур и давления.

    Области применения

    Технология изготовления изделий путём применения экструзии нашла своё применение в областях, описываемых далее.

    • Химическая промышленность. Эта область предполагает изготовление полимерных изделий (резиновых, пластмассовых и так далее), а также получение ферритов. При этом химический состав используемого сырья остаётся неизменным, экструдер предназначен в первую очередь для получения необходимой формы конечного изделия. Поэтому настройки такого оборудования относительно просты.
    • Пищевая промышленность. При производстве продуктов питания также может использоваться экструзия. Обычно, она представляет собой более сложный процесс, чем в предыдущем примере. Настройки оборудования предполагают тонкое изменение показателей температуры, скорости, давления, что приводит к изменениям характеристик и свойств первоначального сырья, например, денатурации белка, расщеплению углеводов или желатинизации крахмала.

    Классификация оборудования

    Свет увидел первый экструдер ещё в XIX веке, а уже к XX было создано множество модификаций этого оборудования . Современные экструдеры имеют несколько классификаций. По типу транспортирующего устройства они делятся на следующие виды:

    • одношнековые;
    • двухшнековые;
    • многошнековые;
    • дисковые;
    • поршневые;
    • комбинированные.

    По расположению шнеков:

    • параллельные;
    • конические.

    По частоте вращения:

    • нормальные;
    • быстроходные.

    По направлению вращения:

    • сонаправленные;
    • противонаправленные.

    Принцип работы

    Специальный загрузчик помещает сырьё в бункер машины. Эта работа может выполняться также и вручную. При этом гранулы засыпаются в загрузочную воронку. Из бункера они проталкиваются в зону шнека, а оттуда — в цилиндр пластификации. По пути продвижения сырьё перемешивается для однородности будущего расплава, а также находится под воздействием высоких температур и давлением элементов экструдера. На выходе путём плавления получается вязкая прозрачная масса, увеличенная в объёме за счёт растягивания.

    Читайте также:  Арендованные помещения и оборудование в учете

    Если экструдер дисковый, то в качестве транспортирующего устройства используют два диска, один из которых находится в неподвижном состоянии, а другой непрерывно вращается. Сырьё, попадающее в отверстие статичного диска, перемешивается и гомогенизируется. Оборудование, оснащённое таким устройством, прекрасно подойдёт для изготовления однородных смесей.

    Поршневой экструдер характеризуется низкой производительностью, поэтому его применение ограничено в основном изготовлением труб. Принцип работы заключается в выдавливании материала поршнем, что придаёт готовому изделию необходимую форму.

    Для всех этих целей бывает недостаточно одного экструдера. Чтобы наладить массовое производство и получить качественный продукт, приходится использовать дополнительные машины или устройства. Все вместе они будут образовывать экструзионную линию.

    Таким образом, можно получить не только расплав, но и сразу преобразовать его в готовое изделие, например, упаковочную плёнку, пластиковые трубы или поливинилхлоридный профиль.

    Устройство экструдера

    Как работает экструдер

    Устройство такого оборудования удобнее всего объяснить на примере самого простого из типов этой машины — одношнекового экструдера, также называемого одночервячным или одновинтовым. Он оснащён одним шнеком, и машина имеет одну сварную раму, в которую встроен вертикальный редуктор с упорным подшипником.

    Через специальную муфту к редуктору подсоединяется электрический двигатель. Таким образом, он располагается под узлом пластификации . Нагрев происходит с помощью электрического шкафа, который автоматический регулирует температуру. Коррозионная стойкость обеспечивается путём насыщения элементов экструдера парами азота. Благодаря этому они не выходят из строя и являются довольно долговечными.

    Кроме перечисленных выше, к раме подсоединены приборы, позволяющие осуществлять контроль над ходом производства. Они управляются пультом оператора. Благодаря компактным размерам получающегося устройства шнек можно вставлять прямо в выходной вал редуктора.

    Процесс дегазации

    Немаловажным этапом производства является дегазация. Сырьё, перерабатываемое экструдером, не всегда является идеальным, оно содержит примеси, излишнюю влагу и воздух. Чтобы качество материала не снижалось из-за несовершенства гранул, в машине осуществляется процесс дегазации. Он заключается в выпаривании воды, остаточного растворителя и мономеров из сырья под воздействием высоких температур или искусственно созданного вакуума. Осуществляется процесс либо шнеком, если в оборудовании предусмотрен только один винт, либо специальной камерой, если рассматривается многочервячный экструдер.

    Роль шнека

    Шнек имеет несколько функций, в зависимости от которых цилиндр можно условно разделить на несколько важных зон:

    Как устроен экструдер

    • в зоне питания исходное сырьё уплотняется за счёт попадания в шнековую область, но всё ещё остаётся твёрдым;
    • в зоне пластификации гранулы плавятся, смешиваются и спрессовываются под давлением, чтобы далее продвигаться по винту;
    • в зоне дозирования материал, состоящий из смеси плавящихся гранул с твёрдыми, перемешивается до однородности и поступает к формующему инструменту.

    Все процессы происходят при нагреве, температура которого может различаться от зоны к зоне. Качество получаемого материала будет зависеть от условий и полноты прохождения сырьём перечисленных этапов.

    Преимущества одношнекового и двухшнекового экструдеров

    Главная характеристика машины — количество и вид шнеков. Самым распространённым типом является одношнековый экструдер. Он прост в обслуживании по сравнению с другими видами этой машины. Для его работы необходим только один оператор, поскольку все важные органы управления локализированы в одном месте. Но если машина входит в состав крупной экструзионной линии, может понадобиться подсобный рабочий. Конечное количество операторов и рабочих определяется технологией и целями производства.

    Ещё одним немаловажным достоинством одношнекового экструдера является лёгкость транспортировки. Его можно перевезти с одного производства на другое или переустановить в новом месте.

    Но иногда такой экструдер не позволяет получить необходимого качества плавления готового продукта, и в производстве применяют двухшнековую машину. Она позволяет лучше транспортировать сырьё, подходит для гигроскопичных гранул. Зачастую оборудование с двумя винтами обладает функцией самоочищения, что также удобно для эксплуатации.

    Задачи оператора

    Современные машины оснащены всеми датчиками регулировки оптимальных условий для получения качественной плёнки. Однако задача оператора состоит в том, чтобы правильно настроить все параметры и поддерживать их на протяжении всего процесса. Конкретные условия работы зависят от вида производимых материалов, но есть несколько критериев, являющихся наиболее важными. Они и будут описаны далее.

    Контроль температуры

    Разновидности экструдеров

    Оператор должен контролировать процесс превращения гранул в готовый расплав. Для этого, в частности, осуществляется наблюдение за работой тепловой автоматики. Система должна обеспечивать поддержание необходимой температуры как в каждой из рабочих зон экструдера, так и в его элементах, важнейшими из которых являются головка и фильеры. На каждый участок приходится свой прибор, что позволяет более тонко настроить работу машины и получить наиболее качественный по однородности, форме и другим характеристикам материал. Но для наилучшего результата необходим опыт и ответственность оператора, который сможет отследить показания приборов и настроить их.

    Регулировка вращения шнека

    Шнек является важным элементом работы экструдера. Особенно важную роль он играет при вхождении машины в состав экструзионной линии, предназначенной для выпуска труб или гибкой упаковки. Барьерные шнеки увеличивают производительность и позволяют добиться высокого качества конечного продукта. Их действие заключается в отделении исходного сырья от готового расплава.

    Это осуществляется путём разделения шнека на две области с помощью встроенного в него дополнительного витка. В начале линии прохождения гранул большее отделение отводится под них, ближе к концу канал, содержащий расплавленный полимер, увеличивается в объёме, в то время как под недорасплавленный материал отводится меньше места. Таким образом, эти две фракции не пересекаются друг с другом, а только плавно перетекают одна в другую.

    В зависимости от технологии производства шнеки могут иметь различный диаметр и частоту вращения. Оператор контролирует последний параметр благодаря работе частотных преобразователей. Чем выше частота вращения, тем больше производительность экструдера. Однако этот параметр нужно аккуратно регулировать, чтобы не снизить качество выпускаемого продукта. В совершенных приборах преобразователи позволяют быстро переходить от низких скоростей к высоким, и, наоборот, без промежуточных этапов.

    Изменение диаметра и формы

    Однородный расплав, являющийся основой будущего продукта, проходит через специальные отверстия. Они придают ему нужную форму, например, кольца. Оператор должен установить значение необходимого диаметра этого кольца, благодаря чему расплав примет форму трубы заданных размеров. Эта форма может меняться под воздействием сжатого воздуха. Так, можно раздуть расплав ещё больше, а можно направить его в зазор между валков элеватора, что приведёт к сплющиванию материала и его оседанию на дне машины в виде рукава.

    Полученный материал можно разрезать с одной или обеих сторон с помощью фальцевателей. С применением специальных ножей можно разрезать полученное изделие после прохождения им сушки на небольшие отрезки.

    Достоинства

    Экструдер обладает высоким уровнем производительности в сочетании с небольшими эксплуатационными расходами. Для полноценного функционирования такого оборудования не нужно большое количество обслуживающего персонала и глубокие знания химических процессов. Его легко установить и запустить в работу. При корректном использовании машина не требует частого ремонта. Возможность регулирования различных параметров экструдера позволяет получать качественные материалы различной толщины и ширины, необходимой производителю.

    Источник

    Описание и технологии переработки — Экструзия

    Экструзия – это способ переработки полимерных материалов непрерывным продавливанием их расплава через формующую головку, геометрическая форма выходного канала которой определяет профиль получаемого изделия или полуфабриката.

    Около половины производимых термопластов перерабатываются в изделия этим способом. Экструзией получают пленки, листы, трубы, шланги, капилляры, прутки, сайдинг, различные по сложности профили, наносят полимерную изоляцию на провода, производят многослойные разнообразные по конструкции и сочетанию применяемых пластмасс гибридные погонажные изделия. Переработка вторичных полимеров и гранулирование также выполняются с применением экструзионного оборудования.

    В 2006 году около 30% производимых в России термопластов были переработаны методом экструзии.

    Основным оборудованием экструзионного процесса является червячный экструдер, оснащенный формующей головкой. В экструдере полимерный материал расплавляется, пластицируется и затем нагнетается в головку. Чаще всего используются различные модификации одно- и двухчервячных экструдеров.

    Иногда при переработки пластмасс применяются бесшнековые, или дисковые, экструдеры, в которых рабочим органом, продавливающим расплав в головку, является диск особой формы. Дисковые экструдеры применяются, когда необходимо получить улучшенное смешение компонентов смеси. Из-за невозможности развивать высокое давление формования такие экструдеры применяются для получения изделий с относительно невысокими механическими характеристиками и небольшой точностью геометрических размеров.

    Комбинированные экструдеры имеют в качестве рабочего органа устройство, сочетающее шнековую и дисковую части, и называются червячно-дисковыми. Применяются для обеспечения хорошего смесительного эффекта, особенно при переработке композитов. На них перерабатываются расплавы пластмасс, имеющие низкую вязкость и достаточно высокую эластичность.

    Процессы, происходящие при экструзии.

    Технологический процесс экструзии складывается из последовательного перемещения материала вращающимся шнеком в его зонах (см. рис. 1): питания (I), пластикации (II), дозирования расплава (III), а затем продвижения расплава в каналах формующей головки.

    Деление шнека на зоны I-III осуществляется по технологическому признаку и указывает на то, какую операцию в основном выполняет данный участок шнека. Разделение шнека на зоны условно, поскольку в зависимости от природы перерабатываемого полимера, температурно-скоростного режима процесса и других факторов начало и окончание определенных операций могут смещаться вдоль шнека, захватывая различные зоны или переходя из одного участка в другой.
    Цилиндр также имеет определенные длины зон обогрева. Длина этих зон определяется расположением нагревателей на его поверхности и их температурой. Границы зон шнека I-III и зон обогрева цилиндра могут не совпадать.

    Рассмотрим поведение материала последовательно на каждом этапе экструзии.

    Загрузка сырья. Исходное сырье для экструзии, подаваемое в бункер, может быть в виде порошка, гранул, лент. Равномерное дозирование материала из бункера обеспечивает хорошее качество экструдата.

    Переработка полимера в виде гранул — наилучший вариант питания экструдера. Это объясняется тем, что гранулы полимера меньше склонны к образованию «сводов» в бункере, чем порошок, следовательно, исключаются пульсации потока на выходе их экструдера.

    Загрузка межвиткового пространства под воронкой бункера происходит на отрезке длины шнека, равном (1 — 1,5)D. При образовании «сводов» на стенках бункера питание шнека материалом прекращается. Для устранения этого необходимо в бункер помещать ворошители.
    Сыпучесть материала зависит в большой степени от влажности: чем больше влажность, тем меньше сыпучесть. Поэтому материалы должны быть вначале подсушены.

    Для увеличения производительности машины гранулы можно предварительно подогреть.

    Применяя приспособления для принудительной подачи материала из бункера на шнек, также удается существенно повысить производительность машины (в 3-4 раза). При уплотнении материала в межвитковом пространстве шнека вытесненный воздух выходит обратно через бункер. Если удаление воздуха будет неполным, то он останется в расплаве и после формования образует в изделии полости, что является браком изделий.

    Изменение уровня заполнения бункера материалом по высоте также влияет на полноту заполнения шнека. Поэтому бункер снабжен специальными автоматическими уровнемерами, по команде которых происходит загрузка бункера материалом до нужного уровня. Загрузка бункера экструдера осуществляется при помощи пневмотранспорта.

    При длительной работе экструдера возможен перегрев цилиндра под воронкой бункера и самого бункера. В этом случае гранулы начнут слипаться и прекратится их подача на шнек. Для предотвращения перегрева этой части цилиндра в нем делаются полости для циркуляции охлаждающей воды (см. рис. 1, поз. 4).

    Зона питания (I). Поступающие из бункера гранулы заполняют межвитковое пространство шнека зоны I и уплотняются. Уплотнение и сжатие гранул в зоне I происходит, как правило, за счет уменьшения глубины нарезки h шнека. Продвижение гранул осуществляется вследствие разности значений силы трения полимера о внутреннюю поверхность корпуса цилиндра и о поверхность шнека. Поскольку поверхность контакта полимера с поверхностью шнека больше, чем с поверхностью цилиндра, необходимо уменьшить коэффициент трения полимера о шнек, так как в противном случае материал перестанет двигаться вдоль оси шнека, а начнет вращаться вместе с ним. Это достигается повышением температуры стенки цилиндра (нагревом) и понижением температуры шнека (шнек охлаждается изнутри водой).

    Нагрев полимера в зоне I происходит за счет диссипативного тепла, выделяющегося при трении материала и за счет дополнительного тепла от нагревателей, расположенных по периметру цилиндра.
    Иногда количество диссипативного тепла может быть достаточным для плавления полимера, и тогда нагреватели отключают. На практике такое происходит редко.

    При оптимальной температуре процесса полимер спрессован, уплотнен и образует в межвитковом пространстве твердую пробку (см. рис. 2). Лучше всего, если такая скользящая пробка образуется и сохраняется на границе зон I и II. Свойства пробки во многом определяют производительность машины, стабильность транспортировки полимера, величину максимального давления и т. д.

    Читайте также:  Центробежный водомасляный сепаратор Centrifugal water–oil separator

    Зона пластикации и плавления (II). В начале зоны II происходит подплавление полимера, примыкающего к поверхности цилиндра. Расплав постепенно накапливается и воздействует на убывающую по ширине пробку. Поскольку глубина нарезки шнека уменьшается по мере продвижения материала от зоны I к зоне III, то возникающее давление заставляет пробку плотно прижиматься к горячей стенке цилиндра, происходит плавление полимера.

    В зоне пластикации пробка плавится также и под действием тепла, выделяющегося вследствие внутреннего, вязкого трения в материале в тонком слое расплава (поз. 3 на рис. 2), где происходят интенсивные сдвиговые деформации. Последнее обстоятельство приводит к выраженному смесительному эффекту. Расплав интенсивно гомогенизируется, а составляющие композиционного материала перемешиваются.

    Конец зоны II характеризуется распадом пробки на отдельные фрагменты. Далее расплав полимера с остатками твердых частиц попадает в зону дозирования.

    Основной подъем давления P расплава происходит на границе зон I и II. На этой границе образующаяся пробка из спрессованного материала как бы скользит по шнеку: в зоне I это твердый материал, в зоне II- плавящийся. Наличие этой пробки и создает основной вклад в повышение давления расплава. Также увеличение давления происходит за счет уменьшения глубины нарезки шнека. Запасенное на выходе из цилиндра давление расходуется на преодоление сопротивления сеток, течения расплава в каналах головки и формования изделия.

    Зона дозирования (III). Продвижение гетерогенного материала (расплав, частички твердого полимера) продолжает сопровождаться выделением внутреннего тепла, которое является результатом интенсивных сдвиговых деформаций в полимере. Расплавленная масса продолжает гомогенизироваться, что проявляется в окончательном плавлении остатков твердого полимера, усреднении вязкости и температуры расплавленной части.

    В межвитковом пространстве расплав имеет ряд потоков, основными из которых являются продольный и циркуляционный. Величина продольного (вдоль оси шнека) потока определяет производительность экструдера Q, а циркуляционного — качество гомогенности полимера или смешения компонентов.
    В свою очередь продольный поток складывается из трех потоков расплава: прямого, обратного и потока утечек.
    Прямой поток вызван движением шнека в направлении формующей головки. Обратный поток – это воображаемое течение, вызываемое высоким давлением со стороны головки; в реальности не существует. Поток утечки происходит при перетекании расплава между цилиндром и гребнем червяка.

    Производительность Q экструдера с учетом распределения скоростей различных потоков составляет
    Q = Q пр — Q обр – Q ут ,
    где Q пр , Q обр , Q ут — производительности экструдера от прямого потока, противотока и утечек расплава соответственно.

    Q= αn – β•(∆P)/(μ•L),
    где n — частота вращения шнека; ∆P — давление на выходе из шнека (в конце зоны III); μ — эффективная вязкость расплава; L – длина шнека; α – константа скорости прямого потока, β – константа скорости обратного потока, которые зависят от геометрических параметров шнека.

    Основные параметры процесса экструзии. К технологическим параметрам относятся температура переработки полимера, давление расплава, температура зон головки и температурные режимы охлаждения сформованного экструдата.

    При слишком высокой вязкости расплава получать изделия методом экструзии трудно из-за большого сопротивления течению расплава, возникновения неустойчивого режима движения потока. Все это приводит к образованию дефектов изделий.
    Повышение температуры переработки может привести к термодеструкции расплава, а увеличение давления, мощности привода при более низких температурах — к механодеструкции, т.е. для экструзии расплавов должны применяться полимеры с довольно узким интервалом колебания вязкости.

    Основными технологическими характеристиками одношнекового экструдера являются L, D, L/D, скорость вращения шнека n, геометрический профиль шнека (см. рис.3) и степень сжатия (компрессии) – отношение объема одного витка червяка в зоне загрузки к объему одного витка в зоне дозирования.

    Короткошнековые экструдеры имеют L/D= 12-18, длинношнековые L/D> 30. Наиболее распространены экструдеры с L/D = 20-25.

    Показателем работы экструдера является его эффективность- отношение производительности к потребляемой мощности.

    Материалы. Большинство термопластов и композиций на их основе могут перерабатываться экструзией. Для этого достаточно, чтобы время пребывания расплава в экструдере при данной температуре было меньше времени термостабильности полимера при той же температуре. Наиболее широко применяется экструзия крупнотоннажных полимеров следующих типов. ПЭ, ПП, ПС ПК ПА, ПВХ (пластифицированный и непластифицированный), ПЭТФ а также смеси с неорганическими и полимерными наполнителями и более сложные композиции на их основе.

    Для экструзии применяются материалы и режимы переработки при которых ПТР меняется в пределах 0,3 — 12 г/10 мин, т.к. из маловязких расплавов невозможно получить сплошную экструзионную заготовку в виде пленки, трубы, профиля. Если же используются литьевые марки полимера, то из них можно получить экструзией лишь отдельные типы изделий, так как ПТР у них находится в пределах 0,8 — 20 г/10 мин.
    Так, трубы, кабельные покрытия производят из расплава полимера с ПТР от 0,3 до 1 г/10 мин. Это связано с выбором полимера большой молекулярной массы. Последняя определяет эксплуатационные свойства изделий — повышенные физико-механические характеристики.
    Пленки, листы изготавливают экструзией расплава с ПТР в пределах 1 — 4 г/10 мин.
    Дискретные изделия, производимые экструзией расплава с последующим раздувом в форме, получают из расплава с ПТР = 1,5 — 7,0 г/10 мин.
    Ламинирование с помощью экструзии происходит при ПТР расплава в пределах 7 — 12 г/10 мин.

    Изделия. Все изделия, получаемые на основе термопластов методом экструзии, могут иметь в принципе неограниченную длину. Поперечник изделий ограничивается главным образом диаметром шнека экструдера. Чем больше D, тем шире, толще могут получаться изделия.

    Источник

    Экструзионное оборудование

    Одним из основных способов переработки пластмасс является экструзия. Основана на изготовлении деталей путем продавливания расплавленных термопластичных полимеров через специальные экструзионные головки (сопла, фильеры), которые придают материалу нужную форму.

    Экструдер — самая популярная машина для производства пластмассовых изделий.

    Рассмотрим, как работает экструзионное оборудование, что это такое.

    Экструзионная линия для переработки пластика

    Рис. 1. Экструзионная линия для переработки пластика.

    Особенности экструзионного оборудования

    Основные способы экструзии — холодный, теплый, горячий.

    Холодный способ применятся в пищевой отрасли для производства макаронных изделий или в сельском хозяйстве для выпуска комбикормов. Он основан на принципе мясорубки, когда поступающее сырье перемешивается до пластичного однородного состояния и выдавливаются через фильеры — специальные отверстия для формовки материала.

    Экструзионные линии для переработки термопластичных полимеров отличаются усложнённой конструкцией. Технология дополнительно включает в себя этап разогрева термополимеров до пластичного состояния.

    Плоские пленочные экструдеры снабжены формирующим узлом, представляющим собой узкую щель. Пластичная масса, проходя через прессы, превращается в пленочный материал нужных параметров. Для выпуска пленки типа двойного рукава применяются щелевые круглые формовочные фильеры.

    К сырью и линиям по производству тонких пленок предъявляются особые требования. Должна соблюдаться идеальная чистота, так как малейшая соринка может привести к браку.

    Экструзионные линии для выпуска пластикового оконного профиля являются технически сложными. К изделиям предъявляются повышенные требования. Проверка и контроль качества осуществляется при помощи ультразвуковых приборов.

    Экструдеры для труб оснащаются барьерными шнеками, разделяющими твердое сырье от расплавленного, для обеспечения однородности состава. Так же необходима система дегазации.

    Область применения

    Изготовление изделий путем экструзии используется в различных сферах:
    1. Электротехническая промышленность — создание оболочек для кабелей, деталей инструментов и оборудования.
    2. Строительная отрасль — производство труб, ПВХ профиля, полимерных пленок, тепловых изоляционных материалов.
    3. Пищевая отрасль — изготовление макарон, лапши, батончиков из шоколада;
    4. Сельское хозяйство — комбикорма, топливные брикеты.
    5. Медицина, фармакология — трубки, батончики гематоген, таблетки.

    Экструзионные линии работают одинаково. Различия в конструктивном исполнении, технических параметрах и режимах зависят лишь от требований к конечному продукту.

    Классификация

    Экструзионные линии имеют различные исполнения и характеристики.

    По конструкции делятся на типы:
    • с вращающимся корпусом;
    • с горизонтальным или вертикальным шнеком.

    По взаимному положению центральной оси червяка относительно заготовки различают экструдеры:
    • прямоточные — используются для изготовления изделий, где не нужно внутреннее отверстие: полимерные нити, пленки, шнуры;
    • с прямоугольной головкой — предназначены для изготовления изделий с внутренней полостью по всей длине. Например, оболочек электрических кабелей;
    • с косоугольной головкой — более удобный вариант, чем прямоугольная головка, применяется для изготовления кабельной продукции.

    Виды формующих головок

    Рис. 2. Виды формующих головок: а) прямоугольная; б) косоугольная; в) прямоточная.

    Подающие устройства бывают:
    • шнековыми (одношнековыми, двухшнековыми, многошнековыми);
    • поршневыми;
    • валковыми;
    • дисковыми;
    • комбинированными;
    • шестеренчатыми.

    По скорости вращения шнека:
    • быстроходные;
    • нормальные.

    Схема двухшнековых экструдеров

    Рис. 3. Схема двухшнековых экструдеров.

    Принципы работы

    Метод экструзии является самым популярным способом создания пластиковых изделий.

    Сырьем могут быть различные термопластичные полимеры: полипропилен, полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол.

    Современное экструзионное оборудование работает по технологии горячей, теплой или холодной экструзии.

    В камеру загрузки подается измельченный материал.

    Далее полимерные гранулы поступают в рабочий цилиндр, в котором есть три зоны:
    • питания;
    • пластификации;
    • дозировки и выпрессовывания.

    Измельченный материал, захватывается винтами шнека. Вращаясь внутри цилиндра, он разогревается, становится плотнее, затем перемещается в зону пластификации.

    Постепенно плавясь и спрессовываясь, далее скользит по шнеку в зону прессовки, затем выдавливается через формирующую экструзионную головку.

    Устройство экструдера

    Любой экструдер состоит из основных рабочих модулей, в число которых входят:
    • корпус с нагревательными элементами и сложными фильтрами;
    • шнек(синонимы — червяк, винт) размещается внутри корпуса, является главным рабочим механизмом машины;
    • загрузочный бункер для приема сырья;
    • электродвигатель и редуктор, обеспечивающие работу машины;
    • экструзионную головку для формовки изделия;
    • механизмы калибровки, тянущие устройства;
    • приборы регулировки параметров.

    Основные модули

    Рис. 4. Основные модули.

    Винт, шнек или червяк — это главный рабочий орган экструдера.

    Винты выпускаются в виде цилиндров или конусов, сужающихся к выходу. Они различаются по диаметру, длине, глубине и шагу витков.

    Машины настраиваются на определенные параметры по консистенции, степени вязкости, текучести, другим параметрам плавления.

    Управляется производственная линия пультом в автоматическом режиме. Встроенные датчики осуществляют производственный контроль.

    Процесс дегазации

    Дегазация выполняется для предотвращения возникновения воздушных пузырьков в расплаве, и как следствие — пустот и полостей в готовых изделиях.

    Удалении влаги и воздуха происходит путем выпаривания под действием повышенных температур искусственно созданного вакуума.

    Дегазаторами оснащаются устройства для изготовления сложных изделий, к качеству которых предъявляются повышенные требования: оконные пластиковые профили, трубы для трубопроводов, пленки.

    Роль шнека

    Именно шнек является главным рабочим органом. Захватывая материал, он перемещает его по корпусу агрегата к экструзионной головке, формирующей изделие. Двигаясь по цилиндру, материал уплотняется, нагревается, размягчается, становится однородным. В результате работы шнека на формирующий узел поступает однородный гомогенизированный расплав.

    Преимущества одношнековых и двухшнековых экструдеров

    Количество и вид шнеков — главные параметры, определяющие характеристики устройства.

    Одношнековые экструдеры — самый простой и распространенный вариант машины, используемый при выпуске полимерных пленок, простых пластмассовых изделий. Все этапы работ осуществляет один оператор, поскольку все узлы машины располагаются компактно.

    Двухшнековые машины более мощные и производительные, с высокой теплопроводностью. Их винты могут находиться во взаимном зацеплении, двигаться параллельно или встречно. Устройства способны перерабатывать порошковый ПВХ, с которым не справятся одношнековая техника.

    Применяются для смешивания нескольких видов полимерного сырья. Двухшнековые агрегаты подходят для переработки гигроскопичных гранул. В них часто есть камеры дегазации.

    Задачи оператора

    Экструзионные машины оснащены системой управления с датчиками регулировки температуры, скорости подачи сырья и движения шнека. Оператор должен выставить требуемые параметры, отслеживать показания приборов, поддерживать их работу на протяжении всего производственного цикла.

    1. Контроль температуры

    Автоматическая система управления обеспечивает необходимые температурные параметры во всех зонах агрегата и формующей головке фильеры.

    Каждый рабочий модуль оснащен независимыми приборами, позволяющими более точно настраивать параметры работы машины, для получения качественного результата

    2. Регулировка вращения шнека

    От диаметра и скорости вращения шнека зависит производительность экструдера. Повысить её помогут барьерные шнеки или дополнительные встроенные витки, разделяющие шнек на зоны.

    Нужно учитывать, что повышение скорости может отрицательно повлиять на качество продукции. Важно соблюдать оптимальный баланс этих параметров, чтобы в погоне за скоростью и производительностью не снизить качество продукции.

    3. Изменение диаметра и формы

    Форму изделиям придают специальные отверстия — формирующие фильерные головки. Заданные поперечные параметры выставляет оператор. По длине изделия нарезаются после завершения сушки.

    Высокая производительность экструзионного оборудования и незначительные эксплуатационные расходы открывает большие возможности для развития бизнеса.

    Источник