Производства труб методом экструзии. Процесс изготовления труб основан на непрерывном продавливании расплава полимера через кольцевую щель формующей головки с последующим калиброванием трубы, охлаждением и отводом ее приемными устройствами. Методом экструзии изготавливают трубы различных конфигураций: гладкие, перфорированные, гафрированные, армир-ные и производят изоляцию эл-х кабелей. В наст время методом экструзии получают трубы диаметром от нескольких сотых мм до 500 мм и более. Трубы изготавливают из высоковязких растворов полимеров, т.к. из маловязких трудно сохранить заданные размеры профиля трубы после выхода из формующей головки. Наиболее часто используемые: полипропилен, полиэтилен, ПВХ, поликарбонаты, ПЭТФ. Технологический процесс включает следующие стадии: 1.Плавление полимера и гомогенизация расплава. Используют экструдеры с L/D=20-25. 2.Формование профиля трубы из расплава. 3.Калибрование трубы. 4.Охлаждение, намотка или резка трубы. рис Расплав полимера продавливается через кольцевую формующую головку. Трубный профиль поступает внутрь калибрующей насадки (гильза или диск), где частично охлаждается и приобретает необходимые размеры. Внутрь трубы подается сжатый воздух для прижатия расплава к стенкам насадки или создается вакуум между трубой и насадкой. Труба охлаждается в ванне, проходит маркировочное устройство, протягивается тянущим устройством и разрезается пилой. Трубы небольшого диаметра сматываются в бухты. Калибрование труб. Данная стадия отличает процесс получения труб от получения пленок рукавным методом. Цель: 1. Придание расплаву определенных размеров и конфигурации. 2. Предварительное охлаждение трубы для придания формоустойчивости и прочности и исключения ее деформации в охлаждающем устройстве. Калибрование проводится по наружной или внутренней поверхности трубы с использованием сжатого воздуха или вакуума. Наибольшее распространение получило калибрование по наружному диаметру сжатым воздухом. Трубная заготовка расплава выделяется из головки и поступает внутрь труб. Труба плотно прилегает к охлаждаемым стенкам гильзы. В рубашку насадки подается охлаждающая жидкость. Гильза охлаждается до температуры меньше температуры текучести (плавления) полимера. При этом на поверхности трубы образуется слой твердого полимера, который после выхода из насадки должен выдержать: 1) внутреннее давление воздуха; 2) силы трения, возникающие при движении трубы. Для снижения сил трения внутрь насадки между трубой и гильзой подается сжатый воздух или вода, выполняющая роль смазки. Целесообразнее использовать воду, котор имеет более высок коэфициент теплопровод-ти Последующее охлаждение трубы после выхода из калибрующей насадки происходит путем орошения водой или в водяной ванне. В проследнее время получило развитие произв-ва многослойных труб с промеж-ым вспененным слоем и внутр слоем хим-ки стойкого материала. Изготовление пустотелых изделий выдуванием. Технологический процесс получения выдувных изделии основан на деформации разогретых полимерных заготовок под действием внутреннего давления, создаваемого сжатым воздухом, придания им необходимой конфигурации с помощью формы. Данным методом изготавливают емкости, бутыли, флаконы и др. сосуды. Объем и масса изделия изменяется в широких пределах: от 10-6 до 3 м3. Для производства выдувных изделий применяют термопласты: ПЭТФ, ПЭ, ПП, ПВХ, поликарбонаты. Различают методы: 1.Экструзионно-выдувное формование (Э-В Ф). 2.Инжекционно-выдувное формование (И-В Ф). 3.Выдувное форм-е, котор предусматривает использование полимерных заготовок (преформ). В Э-В Ф выдувание производится из трубчатых заготовок, полученных методом экструзии. Во 2 и в 3 методах – из заготовок, полученных методом литья под давлением. В 1-м 2-м методах процесс форм-я полим заготовки и получение изделия совмещены или объед в один проц. В 3-м м-де стадии проц получения заготовки и формования разделены. Литьевые заготовки для формования выдувн изделии наз преформой. Преформа представляет собой заготовку в виде пробирки, котор можно легко транспортировать. Из нее получают изделия на выдувных агрегатах после предварительного разогрева заготовки. В настоящее время преобладает 2 и 3 вариант. Особенно при производстве выдув-й тары для жид-х пищев-х продуктов. Изготовление изделий экструзионно-выдувным формованием. Данный метод основан на использовании трубных полим-х заготовок, полученных методом экструзии и последующ деформацией под действ сжатого воздуха с приданием необх конфигур-й. «+»: 1. Простой в конструкционном оформлении; 2. Высокопроизводителен; 3. Имеет меньшие капитальные затраты; 4. Возможность получ издел различного объема от 0,01 до 3000л. Технологический процесс включает следующие стадии: 1. Выдавливание трубной заготовки; 2. Смыкание формы и обрезка трубной заготовки; 3. Формование изделия; 4. Охлаждение изделия; 5. Раскрытие формы и извлечение изделия. Формование трубной заготовки. Это производство во многом аналогично процессу изготовления труб, но имеются принципиальные отличия: заготовка выдавливается сверху вниз без охлаждения и калибрования. Процесс непрерывный. Обычно используется так называемые двухручейная схема: пнаправление потока расплава полимера меняется, что обеспечивает непрер процесс при периодич характере процесса формования изделия. Используемое оборудование позволяет регулировать толщину трубной заготовки, изменяя положение дорна относительно мундштука, можно варьировать толщину заготовки и форму бутыли. Выдавливаемая трубная заготовка помещается между двух полуформ, которые закреплены на плитах и могут перемещаться навстречу друг другу в горизонтальном направлении. С помощью механизма смыкания половинки форм соединяются, в момент смыкания пресс-канты пережимают часть заготовки, выступающей за габариты формы. Пресс-канты это острые края полуформ (см методичку). Происходит пережимание расплава, что приводит к образованию замкнутой полости. При этом избыток материала обрезается пресс-кантами. На этом месте образуется тонкая перемычка, по которой в дальнейшем с ним производят дальнейшую механическая доработка изделия. В момент смыкания трубная заготовка отрезается сверху от формующей головки ножницами или раскаленной нихромовой нитью. Процесс формования. После окончания смыкания внутрь заготовки подается сжатый воздух. Существует несколько вариантов подачи воздуха: См стр 20 1) Через дорн; 2) Через трубчатый ниппель; 3) Через тонкую пустотелую иглу (при формования изделий без горловины). Качество изделия зависит: 1. От давления воздуха – с повышением давления уменьшается шероховатость. Рекомедуемое Р = 0,21,0МПа. 2. От коэффициента раздува – для обеспечения равнотолщинности изделий коэффициент раздува должен быть 3-3,5. Охлаждения изделия. Непосредственно после прижатия расплава к стенкам формы начинается процесс его охлаждения. Продолжительность охлаждения зависит: 1. От толщины стенок; 2. От температуры расплава; 3. От температуры формы. Повышение темпер формования снижают процесс корабления и увелич блеск изд. Для ускорения процесса охлаждения используют различные методы. Например, внутрь полости подается смесь с водой или охлажденный воздух. Для обеспечения жесткости и исключения из формы температура изделия д.б. меньше температуры текучести или плавления полимера. Раскрытие формы и извлечение изделий. Форма раскрывается под действием узла смыкания. Изделие извлекается под действием собственного веса либо сжатого воздуха, либо используется специальные толкатели. Инжекционное-выдувное формование Процесс основан на деформации под Р сжатого воздуха тонкостенной полимерной оболочки, полученной методом литья под давлением (преформы) и придания ей с помощью формы необх конфигурации. Технологический процесс включает следующие стадии: 1. получение литьевой заготовки; 3. размыкание литьевой формы, помещение заготовки в форму для выдувания и смыкание формы для выдувания; 4. формование изделия; 5. охлаждение; 6. раскрытие формы и извлечение изделия. 1. Металлическую оправку помещают в форму, которая установлена на литьевой машине и производят отливку заготовки. К моменту размыкания литьевой формы температура расплава должна быть близка к температуре плавления или текучести полимера. Это необходимо для того, чтобы расплав обладал способностью к последующей деформации при формовании изделия. 2. Оправку вместе с заготовкой переносят из литьевой формы в форму для выдувания и производят смыкание формы. Литьевая форма соответствует форме приформы, а форма для выдувания соот-ет форме будущего изд. 3. формование изделия. Производится сжатым воздухом, кот падается внутрь оправки. Под действием сжатого воздуха открывается клапаны на металлической оправке, воздух растягивает полимерную оболочку, плотно прижимая ее к стенкам формы. Происходит формование изделия. Дальнейшие операции охлаждения и размыкания не отличаются от предыдущего метода. Преимущества метода: 1) сокращается расход полимера и не требуется последующая доработка изделия, т.к. при смыкании формы не происходит пережатия расплава; 2) на деталях отсутствуют сварные швы, прочность их увеличивается, они имеют хороший внешний вид; 3) возможность изготовления изделий сложной формы, т.к. литьевая заготовка м.б. изготовлена с учетом конфигурации формы. 4) Калибр-ая горловина изделия, что важно для упаковки газировки под избытком Р газа. Недостатки: 1) высокая стоимость оборудования. Используют термопластовтомат б. дорогое оборудование, чем экст-р; 2) увеличение длительности цикла, засчет дополнит стадий; 3) возможность изготавливать изделия токо небольшого V (до 20 л). Получения полимерной тары данным методом целесообразно совмещать с операцией ее заполнения продуктом, что повышает экономичность производства. Полимеры, используемые при разл методах См методичку Пэ- из преформ бутыли не получ Пэт- наибол. подходит для получения тары из преформ (И-В Ф и выдувное формование). По таким показателям как прозрачность, мех хар-ки, барьерные свойства возможность изготовления бутылок из преформ Пэт сущ-но опережает др. виды полимеров. Это обусловлено преимущ его использования для получения выдувных изделий прежде всего пищевого назначения. Метод литья под давлением. Литье под давлением – один из наиболее распространенных и прогрессивных методов переработки полимеров, т.к. позволяет получать изделия необходимой формы при относительно небольших затратах труда и энергии. Процесс изготовления изделия основан на заполнении формующей полости формы расплава полимера с последующим его уплотнением за счет давления и охлаждением. Этим методом могут перерабатываться практически все термопласты, которые подбирают в зависимости от назначение изделия, физикомеханических характеристик, теплостойкости полимера и других свойств. Данный метод может использоваться для переработки некоторых реактопластов, а также эластомеров. Для переработки обычно используют термопласты с ПТР = 1,2 – 3, в некоторых случаях до 7 г/10 мин. Данным методом могут перерабатываться полимеры и с меньшей текучестью, но при этом требуется высокая температура, что не всегда допустимо вследствие возможной деструкции полимера. С этим методом м.б. получены изделия с массой=0,1 кг до нескольких кг с толщиной стенок от 1-20 мм. Литье под Р отн-ся к 1 группе методов, также как и экстр-ия, кот предполагает переработку полимера в В\Т состоянии и хотя ф-х пр, происходящие при формовании изделия при литье и экструзии близки. Однако, имеется целый ряд технологич отличий для этих методов. принципиальных отличий: 1) процесс формования происходит в очень короткое время, расплав впрыскивается в форму с большой скоростью. При этом происходит дополнительный разогрев расплава полимера и ориентация М\Молекул в направлении движения; наличие в технологическом цикле стадии выдержки расплава в форме под давлением высокое Р в процессе литья до 140 – 180 МПа, тогда как в экст-ре 10-15; темпер по зонам литьевой машины устанавливается намного выше, чем в экст-ре. Это необходимо для снижения вязкости расплава, чтобы при впрыске не возникало большого перепада Р 5) трудность равномерного охлаждения всех элементов изделия вследствие чего возможна его деформация; 6) литье под давлением – периодический процесс, в котором технологические операции осуществляется в определенной последовательности по замкнутому циклу, а экст-ия непрер процесс. Процесс литья осущ-ся на агрегатах, кот называются литьевые машины или термопластавтоматы (тпа). Общий вид тпа. Основные элементы тпа. Условно установку м. разделить на 3 части. К 1 части м. отнести загруз бункер, шнек, цилиндр, литьевая машины сопло литьевой машины. 2 часть (узел впрыска) включает поршень узла впрыска и цилиндр узла впрыска. 3 часть: литьевая форма, кот состоит из форм-щей полости, кот соот-ет форме будущего изделия и литникового канала (литник)- это канал внутри формы, соед-щий сопло литьевой машины с форм полостью. Форма состоит из 2-х частей и явл-ся разъемной. Чаще одна из частей подвижна, а другая неподвижна. Конструкционные отличия литьевой машины от экструдера 2) 3) 4) 1. Шнек имеет меньшую длину L/D=15-17 Это связано с тем, что a. В тпа во время дозирования не требуется создания высокого давления b. Не требуется высокой степени гомогенизации расплава, т.к. дополнительный нагрев и интенсивное перемешивание расплава происходит при течении полимера по литнику во время впрыска 2. Шнек может вращаться (при дозировании) и перемещаться поступательно (при впрыске). 3. Наличие узла впрыска, который соединен со шнеком. Технологический процесс включает следующие стадии: 1. Плавление, гомогенизация и дозирование расплава полимера; 2. Смыкание формы и подвод к форме узла.впрыска (сопло тпа); 3. Впрыск расплава в форму; 4. Выдержка под давлением и отвод узла впрыска; 5. Охлаждение изделия; 6. Раскрытие формы и извлечение изделия. Во время операции дозирования шнек, вращаясь, отходит назад. Происходит плавление гранул полимера и гомогенизация расплава. Расплав полимера перемещ-ся в переднюю часть цилиндра. В конце операции дозирования, когда накопится определенная масса расплава, шнек останавливается. Одновременно включается узел впрыска. В момент впрыска цилиндр тпа подведен к форме и сопло соединено с литником формы. Шнек под действием поршня узла впрыска перемещается вперед и расплав впрыскивается в формующую полость. Для исключения вытекания расплава из формы и формирования изделия проводится выдержка под давлением, которая сопровождается охлаждением расплава. После охлаждения расплава сопло отводится от формы, начинается дозирование новой порции полимера. После окончания охлаждения форма раскрывается и изделие извлекается из формы. Дозирование полимера Операция дозирования осуществляется периодически через равные промежутки времени и с постоянной для каждого изделия частотой вращения шнека. Дозирование полимера осуществляется в результате перемещения расплава в переднюю часть цилиндра при вращении шнека, который при этом перемещается назад. Вращение шнека включается после оканчания выдержки под давлением предыдущего цикла литья и снижения давления в цилиндре тпа. Объем дозы расплава задается значением хода шнека вдоль цилиндра. После того, как наберется определенная порция расплава, вращение шнека прекращается. Смыкание формы. Осуществляется в результате перемещения подвижной плиты тпа, закрепленной на ней разъемной части формы. Усилие смыкания должно обеспечить герметичность формы в момент заполнения ее расплавом. Подвод формы к соплу осуществляется отдельным механизмом. При этом сопло цилиндра соединяется с литником формы и создается необходимое давление для предотвращения утечки расплава. Впрыскивание расплава. Под действием поршня узла впрыска шнек движется вдоль цилиндра к соплу. Расплав полимера под давлением течет через литник в формующую полость, заполняя ее, а затем под действием давления, сжимается. Давления впрыска велико (60-180 МПа), поэтому нагрузка на шнек во время впрыска большая и его вращение недопустимо, т.к. заполнение формы происходит в течение очень короткого времени (1-3 сек.). Эту операцию называют впрыском или инжекцией. Выдержка под давлением. После заполнения формы расплава происходит его выдержка в форме под давлением. В течении этой операции Р в форме остается постогянным. Процессы, происходящие в форме при выдержки под Р. Расплав полимера в форме охлаждается, вследствие этого ρ увеличивается, а объем уменьшается. Из-за уменьшения объема через литник в форму продолжает поступать расплав полимера и давление в ней поддерживается постоянным. Подпитка (дополнительное нагнетание расплава) компенсирует уменьшение объема полимера в форме при его охлаждении. Выдержка под давлением происходит до тех пор, пока расплав полимера в литнике не охлаждается до темпер застывания. Обычно это на 5-10 градусов меньше темпер плавления или текучести полимера. Чем больше продолжительность выдержки под Р, тем сильнее сниж-ся темпер расплава в форме, тем меньше вероятность изменения размера изделия. Т.о., выдержка под давлением компенсирует усадочные процессы, происходящие в форме при охлаждении полимера. Продолжительность выдержки зависит от размеров литника, температуры расплава и формы, и свойств полимера. При большом диаметре литника продолжительность выдержки увеличивается, качество изделия улучшается, но увеличивается продолжительность технологического цикла и снижается произ-ть тпа. Для каждого изделия подбирают оптимальные условия литья. Цель выдержки: компенсация уменьшения V, связанная с усадкой изделия в форме. После окончания выдержки происходит расстыковка формы и сопла и нач-ся новая операция дозирования. В форме продолжается процесс охлаждения изделия. Охлаждение. Необходимо для окончательного затвердевания расплава и достижения необходимой конструкционной жесткости изделия, чтобы исключить деформацию при извлечении из формы. Фактически охлаждение начинается сразу же после впрыска расплава в форму, однако, как технологическая стадия охлаждения начинается после окончания выдержки под давлением. В процессе охлаждения объем остается постоянным, а температура и давление уменьшаются. Изменение давления в ходе литья можно выразить следующей диаграммой: c P b Оа – заполнение формы расплавом; ab – сжатие; bc – выдержка под давлением; a cd – охлаждение; Р ост- остаточное Р в форме Pост d Продолжительность охлаждения зависят от толщины стенок изделия, теплопроводности расплава полимера, темпер расплава и О темпер формы. t Раскрытие формы и извлечение изделия. После окончания цикла литья форма раскрывается, подвижная часть формы отводится вместе с изделием, выступающая часть толкателей упирается в ограничитель, что приводит к извлечению изделия. Одновременно с извлечением изделия из литникового канала, извлекается литник. Для того, чтобы уменьшить прилипание изделия к форме, ее обрабатывают специальными антиадгезивами. Основные параметры процесса литья Темпер расплава, темпер формы, Р литья и продолжительность цикла литья. Факторы, влияющие на качество лит изделий 1. наличие остаточных деформаций (напряжение в изделии) Например, получ изделий с разной толщиной стенок. Впрыск расплава в форму с большой скоростью, это сопровождается ориентацией макромолекул. При заполнении расплава формы вдоль толстой стенки наблюдается большая скорость сдвига. Это приводит к более высокой степени ориентации макромолекул. Вдоль толстой стенки расплав течет с меньшой скоростью, степень ориентации макромолекул меньше. При последующем охлаждении расплава происходит частичная дезориентация макромолекул за счет быстрого охлаждения тонких стенок, процесс релаксации (дезориентации) на этих участках практически не происходит. Толстые стенки охлаждается медленнее, вследствие этого различие в ориентации макромолекул у различных стенок изделия увеличивается и это приводит к деформации изделия. Чтобы этого избежать конструкция охлаждающих каналов формы должна обеспечить равномерное температурное поле. 2. Расположение литникового канала формы во 2 варианте обеспечивается неравномерные условия охлаждения элементов изделия, что может привести к его деформации. Деформация, обусловл наличием остаточных напряжений, м. б. уменьшена засчет увеличения темпер формы или темпер расплава. 1 2 4. недостаточная продолжительность выдержки под Р характеристика тпа d шнека= 40-110 мм максимал V впрыска=100-4 тыс гр скорость впрыска=100-500 см3\сек скорость вращения=10-500 об\сек усилие смыкания=70-8500 т длина 4 м, ширина 1600 м, высота