ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Анализ процессов переработки полимеров с позиций элементарных стадий из "Теоретические основы переработки полимеров" Полимеры обладают поразительно удачным сочетанием химических, физических и электрических характеристик, которые обеспечивают наиболее широкую сферу их применения по сравнению со всеми другими видами сырья, известными человечеству. Более того, способность термопластичных полимеров деформироваться при повышенных температурах и термореактивных — до того, как произошло их отверждение, позволяет изготавливать из полимеров множество готовых изделий, имеюш,их иногда очень сложную конфигурацию. [c.12] Применяемые для формования изделий технологические приемы сравнительно просты. При помош,и этих приемов можно достаточно быстро производить большое количество изделий высокого качества и с хорошим внешним видом. Вне всякого сомнения, глубокое внедрение полимеров в современную жизнь обусловлено не только присущими им свойствами, но и многообразием известных методов формования. [c.12] В настоящей главе приведен краткий обзор современных методов переработки [1 ]. Эта же глава знакомит читателя с разработанной нами логической схемой их анализа. [c.12] Оборудование для переработки и технологические методы, применяемые в промышленности пластмасс, вначале использовались в резиновой промышленности. Первые обобщения достижений резиновой промышленности и промышленности переработки пластмасс можно найти в работах Ханкока [2], Гудьира [3], Хайта [4], де Кросса [5], которые в значительной мере способствовали развитию промышленности переработки полимеров. Любопытные исторические обзоры можно найти в работах [6—12], а также в работе Уайта [131, посвященной истории развития резиновой промышленности. [c.12] Первые плунжерные экструдеры были, по-видимому, разработаны Г. Бьюли и Р. Бруменом в Англии в 1845 г. [14]. Комбинация этих машин использовалась для наложения изоляции на провода. Первый подводный кабель, проложенный между Дувром и Кале в 1851 г., был изготовлен на таком экструдере. [c.13] Однако плунжерная экструзия представляла собой периодический процесс. Колоссальная потребность в непрерывной экструзии, в особенности в производстве кабелей и изолированных проводов, привела к наиболее важному достижению в области переработки — созданию червячного экструдера. Существуют косвенные указания на то, что изобретателем первого червячного экструдера был А. Г. Вольф, который создал его в США в 1860 г. [15]. Фирма Феникс Гуммиверке опубликовала чертеж червяка в 1873 г. [16]. [c.13] Кайл и Д. Приор в США заявили, что такая машина была ими создана в 1876 г. [13]. Однако датой рождения экструдера, который играет такую существенную роль в современной технологии переработки полимеров, принято считать 1879 г., когда М. Грей запатентовал свою конструкцию в Англии [17]. Этот патент представляет собой первое ясное описание машины такого типа. Экструдер Грея имел также пару обогреваемых валков. Независимо от Грея червячный экструдер был изобретен Ф. Шоу и Д. Ройлом в США в 1880 г. [c.13] Другой способ реализации непрерывного процесса экструзии был предложен в Англии в 1887 г. У. Смитом. В машине его конструкции сырье загружалось в бункер, оттуда поступало через обогреваемые питающие валки в камеру, внутри которой был установлен шестеренчатый насос [14]. [c.13] Потребность в смешении каучука с большим количеством тонкодисперсного технического углерода и ядовитыми органическими ускорителями вулканизации привела к возникновению смесителей закрытого типа, подобных пластикатору Ханкока. Заметным достижением явилось создание в 1916 г. Ф. X. Бенбери смесителя (смеситель Бенбери), который широко применяется в настоящее время. Наконец, в связи с растущими требованиями к смесительному оборудованию появились различные многочервячные машины, подобные машинам, применявшимся в других отраслях промышленности. Подробный обзор истории развития смесителей непрерывного типа, включающий описание различных двухчервячных экструдеров с вза-имозацепляющимися червяками можно найти в монографии Герр-мана [19]. [c.14] К началу бурного развития производства полимеров и промышленности переработки пластмасс после второй мировой войны упомянутые выше машины являлись основным перерабатывающим оборудованием. Усовершенствование этих и создание новых машин в последующие годы привело к формированию сегодняшнего арсенала многообразных машин и методов переработки некоторые из них будут кратко рассмотрены в последующих разделах этой главы. [c.14] Сердцем червячного экструдера является червяк — архимедов БИНТ, вращающийся внутри обогреваемого корпуса. Исходный полимер в виде сыпучего твердого вещества (гранулы, порошок и т. п.) под действием силы тяжести поступает в канал червяка из бункера. Твердые частицы движутся по каналу вперед, при этом они плавятся и перемешиваются. Затем однородный полимерный расплав продавливается через формующую матрицу, установленную в головке экструдера. Вращение червяка осуществляет электродвигатель, соединенный с червяком через шестеренчатый редуктор. Корпус экструдера имеет систему электрического или циркуляционного жидкостного обогрева. Определение и регулирование температуры осуществляется посредством термопар, установленных в металлической стенке корпуса. Однако отдельные участки его приходится охлаждать, чтобы удалить излишнее тепло, выделяющееся вследствие вязкого трения. [c.15] Основные регулируемые технологические параметры — это частота вращения червяка и продольное распределение температур, заданное на корпусе. Основные конструктивные параметры экструдера — диаметр и длина червяка, обычно задаваемая отношением длины червяка к диаметру (LID). Эти параметры и определяют в значительной степени производительность экструдера, время пребывания в нем полимера и величину поверхности корпуса, которая может использоваться для подвода тепла к полимеру. [c.15] Такие параметры конструкции червяка, как число LID, профиль, глубина (радиальное расстояние между гребнем витка и его основанием) и угол подъема винтовых каналов, а также различные геометрические модификации влияют на качество пластикации и однородность расплава. [c.15] Конструкция червяка является наиболее важным фактором, влияющим на качество экструдируемого изделия. Поэтому ей уделяется очень большое внимание. Шаг винтового канала большинства червяков равен диаметру. Такие червяки называют червяками с диаметральным шагом. Угол подъема винтового канала у них составляет 17,6 Они имеют глубокую зону питания, назначение которой — захват и равномерная транспортировка легкого сыпучего твердого полимера, и мелкий винтовой канал на конце, обеспечивающий тщательное перемешивание и генерирование давления в расплаве. Этот последний участок уменьшает чувствительность процесса к изменениям технологических параметров и образует зону червяка с высокой стабильностью объемного расхода, демпфирующую и сглаживающую возникающие ранее флуктуации расхода. Обе эти зоны соединяются между собой промежуточной зоной с коническим сердечником. [c.15] Кроме одночервячных существуют также двух- и многочервячные экструдеры, которые обычно используют для тех же целей. Наибольшее значение среди них имеют двухчервячные экструдеры с взаимно зацепляющимися червяками. Они до известной степени конкурируют с одночервячными, расширяя при этом область применения экструзии. Так, гранулирование отходов, переработку порошкообразного ПВХ и других вызывающих затруднение при питании материалов легче производить на двухчервячных, чем на одночервячных экструдерах. [c.16] Конфигурация и размеры готового изделия определяются формующей изделие фильерой, калибрующим механизмом, охлаждающей системой и отрезным приспособлением, которые и определяют окончательные размеры и качество поверхности готового изделия. Приспособления и механизмы, в которые поступает выходящий из головки экструдат, специфичны для каждого конкретного процесса и каждого изделия [16, 20—23]. [c.16] Наложение изоляции на провода и кабель явилось одной из первых областей применения экструзии. Схема экструзионной линии для изолирования провода представлена на рис. 1.1. Полимер наносится на токопроводящую жилу, образуя первичный изолирующий слой. Металлический провод подается к фильере с отдающего устройства, проходя по пути в угловую головку через правильник и подогреватель (рис. 1.2). Изолированный провод выходит из фильеры и попадает в водяную охлаждающую ванну. Затем он проходит через электрический контроллер, где проверяется целостность изоляции, и поступает на тянущий кабестан, оттуда направляется к приемному устройству (намотка на бобину). [c.16] Скорость изолирования зависит от типа полимера и диаметра провода. При наложении первичной оболочки из ПЭНП или ПВХ на тонкие провода линейная скорость экструзии на современных линиях составляет 1000—1500 м/мин. Линии для изоляции кабелей имеют аналогичную конструкцию, но работают при значительно меньших скоростях. [c.16] Другой областью применения экструзии, имеющей большое промышленное значение, является производство рукавных пленок. Большое количество полимерных пленок производится этим способом. По этому методу пленка экструдируется в виде тонкостенного рукава вертикально вверх или вниз. Пленка охлаждается воздухом, поступающим из охлаждающего кольца, расположенного над матрицей (рис. 1.3). Внутрь рукава по воздухопроводу нагнетается воздух, который удерживается внутри, так как рукав сжимается и герметизируется сверху парой тянущих роликов, установленных сразу за сжимающими плитами. Благодаря этому рукав раздувается в большой пузырь. [c.16] Степень раздува вместе со степенью продольной вытяжки позволяет управлять толщиной и величиной одно- и биаксиальной ориентации пленки, изготавливаемой этим мет0д0]м. Поэтому степень раздува (т. е. отношение диаметра пузыря к диаметру матрицы) имеет очень большое значение. Обычно степень раздува лежит в интервале 1,5—4. Она определяет величину ориентации пленки в поперечном направлении. Величина ориентации в продольном направлении зависит от скорости вытяжки. Ширина щели в матрице составляет, как правило, 0,05 см, а толщина пленки при этом лежит в диапазоне от 0,0005 до 0,025 см. Диаметры матрицы могут быть и менее 10 см и достигать 120 см. Строгие требования к качеству и расходу сырья при изготовлении пленки послужили причиной появления сканирующих р-калибромеров, непрерывно контролирующих толщину пленки и поддерживающих ее иа заданном уровне за счет изменения скорости вытяжки. [c.17] Вернуться к основной статье