Разработка технологии производства уплотнителей для двери холодильника (5000 п.м.)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Учреждение образования "БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"

Факультет заочный

Специализация 1-25 01 07 24 Экономика и управление на предприятии химической промышленности

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА КУРСОВОГО ПРОЕКТА

по дисциплине: Технология и оборудование синтеза и переработки полимеров

Тема: Разработка технологии производства уплотнителей для двери холодильника (5000 п.м.)

Исполнитель

студентка 4 курса группы 2

А.В. Сосновская

Руководитель

Доц., канд. хим. наук, доц.

Р.М.Долинская

Минск 2012



Реферат

Пояснительная записка содержит 21 с., 1 рис., 2 табл., 9 источников.

ПОЛИВИНИЛХЛОРИД, УПЛОТНИТЕЛИ, ЭКСТРУЗИЯ, ДВУХЧЕРВЯЧНЫЙ ЭКСТРУДЕР, ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ, ЭКСТРУЗИОННАЯ ГОЛОВКА

Рассмотрены технологические основы производства уплотнителя из ПВХ-профиля методом экструзии. Рассчитано количество композиционного ПВХ для обеспечения работы экструзионных линий в соответствии с программой. Произведен расчет материального баланса, на основе которого выполнен подбор основного оборудования для производства 5000 п.м. в год уплотнителя. Представлена компоновка оборудования. Дано ее описание.

Содержание

Введение

1. Патентная проработка и обоснование технологической схемы

1.1 Общие положения

1.2 Материал для производства уплотнителей. Характеристика ПВХ

1.3 Способ производства профиля уплотнителя

2. Описание технологической схемы

3. Расчет и подбор оборудования

Заключение

Список использованных источников

Приложение А

Введение

Нет сферы производства, науки, технологии, где не применялись бы полимерные материалы. Термостойкие, химически устойчивые, оптически прозрачные, негорючие, электроизоляционные и токопроводящие, сверхпрочные и сверхлегкие - число их бесконечно, без них нет современного мира, а будущее требует появления все новых и новых.

Такие свойства полимеров, как достаточная прочность, жесткость и эластичность при малой плотности, химическая стойкость, оптическая прозрачность, высокие диэлектрические свойства, делают эти материалы незаменимыми.

Поливинилхлорид можно по праву отнести к универсальным и безопасным материалам. Множество примеров использования поливинилхлорида мы можем видеть в повседневной жизни. Так, например, поливинилхлорид используется в качестве уплотнителя в бытовых холодильниках, заменяя относительно сложные механические затворы. Для улучшения свойств поливинилхорида для тех или иных целей в ПВХ добавляют вспомогательные компоненты: стабилизаторы, пигменты, наполнители, модификаторы и другие изделия из поливинилхлорида трудно воспламенить, они не горят и стойко переносят воздействие щелочей и кислот.

Поливинилхлорид (ПВХ) представляет собой пластмассу белого цвета, это продукт полимеризации винилхлорида. Имеет вид сыпучего порошка, готовый для дальнейшей переработки. На его основе производят поливинилхлоридное волокно, жесткие продукты (винипласт) и мягкие продукты (пластикат) пластмассы.

Поливинилхлорид (ПВХ) имеет высокую эластичность в большом диапазоне температур, хорошие диэлектрические характеристики, водонепроницаемость, маслостойкость и стойкость к органическим растворителям.

Около половины производимых термопластов, в т.ч. и ПВХ, перерабатывается в готовые изделия методом экструзии.

Экструзия - это способ изготовления профильных изделий большой длины из пластмасс и резины. Процесс непрерывен и заключается в выдавливании расплава полимера через отверстие определенного сечения. Первый шнековый экструдер для переработки термопластов был создан в Германии в 1935г. Функция экструдера состоит в обеспечении плавления непрерывно подаваемой твердой полимерной смеси, образовании гомогенного вязкого расплава и нагнетания расплава под высоким давлением в профильную головку. Производственная линия включает экструдер, инструмент (фильеру, устройство сухой и влажной калибрации), тянущее устройство, пилу для резки профиля, устройство для укладки и упаковки готовой продукции.

Подготовленная смесь ПВХ подается в материальный цилиндр экструдера, захватывается шнеком и продвигается по зонам, температура обогрева которых повышается от 150-170°C на входе до 190-210°C на фильере. В первой зоне происходит перемешивание и предварительный разогрев материала. В следующей зоне пластикации материал переходит в вязкотекучее состояние, уплотняется и поступает в зону дегазации для удаления газообразных включений, захваченного воздуха и влаги. В последней зоне выхода создается давление материала необходимое для прохождения расплава через фильеру. Формовка осуществляется путем притягивания профиля к стенкам калибратора за счет легкого вакуума в щелевых шлицах калибратора. Далее профиль осушается током воздуха, маркируется на каждом метре и проходит тянущее устройство.

В заключении следует еще раз обратить внимание на особую роль полимеров как в промышленности, так и в повседневной жизни. Так обыкновенный холодильник, который является незаменимым предметом обихода в каждом доме, прямое тому подтверждение. Здесь сочетается множество полимерных материалов: корпус выполнен из ударопрочных пластиков; пластмассовые камеры изготавливают из АБС-пластика (ударопрочная техническая термопластическая смола на основе сополимера акрилонитрила с бутадиеном и стиролом) или из ударопрочного полистирола методом вакуум-формирования; двери выполнены из ударопрочного полистирола. И, конечно же, неотъемлемой частью любого холодильника является дверной ПВХ уплотнитель, без которого функционирование любой холодильной установки было бы невозможно.

уплотнитель материал экструзия

1. Патентная проработка и обоснование технологической схемы

1.1 Общие положения

Среди большого разнообразия изделий из полимерных материалов эластичные уплотнительные профили (уплотнители) занимают не последнее место.

Благодаря относительной мягкости и в тоже время объемной несжимаемости эластичный уплотнитель легко заполняет все неровности соединяемых частей, поэтому уплотнительные профили применяют для обеспечения герметичности и надежности соединений между отдельными деталями машин, механизмов; изоляции от атмосферных осадков и пыли в светопрозрачных строительных конструкциях (окна, двери) и т.п.

Уплотнители имеют особое значение в связи с широким их использованием в различных отраслях техники, строительстве, быту. Достаточно внимательно изучить конструкцию любого холодильника.

Дверной уплотнитель препятствует проникновению теплого воздуха из помещения в холодильную камеру через дверной проем [1]. Для этого он должен плотно прилегать к плоскости шкафа без зазоров.

Применяются два вида уплотнителей: резиновые и поливинилхлоридные [3]. Технология изготовления уплотнителей из поливинилхлорида в отличие от резиновых позволяет получить достаточно тонкие (0,4-0,7 мм) стенки. В результате чего такой уплотнитель может быть прижат к шкафу без больших усилий.

Дверные уплотнители различаются также по наличию и количеству баллонов и по своему профилю. Резиновые уплотнители обычно имеют один баллон (реже применяются безбаллонные). Уплотнители из поливинилхлорида имеют два баллона, в одном из которых помещается магнитная вставка. Баллон прямоугольного сечения, в котором находится магнитная вставка, прижимается передней плоскостью к шкафу. Толщина стенки баллона существенно влияет на силу притяжения уплотнителя и не превышает 0,45 мм. Баллон "гармошка" служит для компенсации небольшого свободного хода двери. В свободном состоянии уплотнителя "гармошка" несколько сжата и при отходе двери растягивается, препятствуя отрыву уплотнителя от шкафа. Для эффективной работы профиль баллона "гармошка" имеет небольшое сопротивление растяжению, что обеспечивается тонкими стенками баллона, а также соответствующей его конфигурацией [7].

Дверные уплотнители, которые устанавливают со всеми типами затворов (за исключением магнитных вставок), прижимаются к шкафу путем сжатия их профиля: профиль уплотнителя с магнитной вставкой работает на растяжение. Это обеспечивается конфигурацией баллона уплотнителя, которому придают форму гармошки.

Ранее в холодильниках применялись курковые и секторные затворы дверей. Уплотнители современных холодильников имеют магнитную вставку, что позволяет отказаться от механических затворов на двери холодильника.

Магнитные затворы представляют собой эластичную магнитную вставку, помещенную в уплотнительный профиль на внутренней панели двери. При закрывании двери она плотно притягивается к металлическому корпусу. Исходным сырьем для получения магнитных материалов служит феррит бария ВаО в смеси с каучуками или поливиниловыми и другими смолами, придающими ему гибкость. Изготовленные ленты эластичного магнита намагничивают в магнитном поле. Магнитные вставки узлов уплотнения делают прямоугольного сечения. Улучшить магнитные, физико-химические и термомеханические свойства, а также технико-экономические показатели магнитных эластичных вставок стало возможным благодаря использованию новых полимерных композиций на основе сополимеров этиленвинилацетат.

Этиленвинилацетат (ЭВА) - это высоко молекулярное соединение относится к полиолефинам, получается в результате сополимеризации этилена и мономера винилацетата.

Притягивая уплотнитель к шкафу по всему периметру, магнитный затвор обеспечивает хорошее уплотнение и в то же время не требует усилий для открывания двери, которое необходимо проверять динамометром с погрешностью +1 Н. Динамометр прикрепляют к ручке на расстоянии, наиболее отдаленном от шарниров. Усилие при этом должно быть направлено перпендикулярно плоскости двери.

В холодильниках с магнитным затвором уплотнитель притягивается к шкафу силой притяжения магнита, при этом профиль уплотнителя растягивается.

Уплотнение двери следует проверять, не включая холодильник в сеть. Бумажная полоска шириной 50 мм и толщиной 0,08 мм, заложенная между уплотнителем двери и закрываемой поверхностью шкафа, ни в одном месте не должна свободно перемещаться.

1.2 Материал для производства уплотнителей. Характеристика ПВХ

Производство длинномерных уплотнителей из эластичных полимерных материалов включает большую номенклатуру разнообразных по виду изделий. Широкие области применения эластичных уплотнительных профилей предполагают использование значительного ассортимента полимерных материалов, характеризующихся разнообразием технологических и технических свойств. Выбор материала определяется требованиями, предъявляемыми к указанным изделиям. Кроме основных технических требований (упруго-прочностные показатели, твердость, внешний вид) к разным видам уплотнительных профилей предъявляются специфические требования, в зависимости от областей применения данных изделий. Таким образом, важным является правильный выбор материала для уплотнителей, так как их работоспособность в большинстве случаев лимитирует надежность и долговечность конструкций, в которых они применяются.

Основные группы материалов для производства уплотнительных профилей:

- резиновые смеси на основе различных синтетических каучуков;

- композиты термопластичного полимера винилхлорида (поливинилхлоридный пластикат);

- термопластичные эластомеры (термоэластопласты).

Термопластичный полимер поливинилхлорид (ПВХ) - твердое вещество белого цвета, являющееся продуктом полимеризации винилхлорида, выпускается в виде сыпучего порошка, готового для дальнейшей переработки. На основе ПВХ получают поливинилхлоридное волокно, мягкие (пластикат) и жесткие (винипласт) пластмассы. Распространенное обозначение поливинилхлорида - ПВХ, хотя могут встречаться и латинские обозначения: PVC или, например, PVC-P (поливинилхлорид пластифицированный), PVC-U (поливинилхлорид непластифицированный), PVC-C (поливинилхлорид хлорированный), HMW PVC (поливинилхлорид высокомолекулярный). Поливинилхлорид устойчив к воздействию влаги, основных кислот, щелочей, растворов солей и промышленных газов, таких как хлор и диоксид азота. Материал также устойчив к воздействию бензина, керосина, жиров и спиртов. Ограниченно растворим в ацетоне и бензоле. Растворяется в дихлорэтане и нитробензоле. Поливинилхлорид безвреден для здоровья и окружающей среды. ПВХ - это экологически чистый продукт, представляющий химическое соединение углерода, водорода и хлора, который состоит примерно на 43% из этилена (побочный продукт очистки нефти) и на 57% из связанного хлора, получаемого из каменной и поваренной соли. Также при экструзии ПВХ профиля в его состав добавляют стабилизаторы , модификаторы , красители и различные добавки , которые отвечают за прочность конечного продукта, его цвет, устойчивость к ультрафиолетовым лучам, атмосферным осадкам и перепадам температур. В качестве стабилизатора в большинстве случаев используют связанный свинец, но, как и хлор, свинец, находясь в химическом соединении, не является биологически активным и, как результат, абсолютно безвреден [9].

Важным моментом является и то, что поливинилхлорид может перерабатываться пять раз без потери своих эксплуатационных качеств, что широко реализуется на практике во всем мире.

Никакие вредные вещества не выделяются и при пожаре, твердый ПВХ трудно воспламеняется и не поддерживает процесс горения.

ПВХ начал широко использоваться с 1950 года в автомобильной промышленности. Сегодня его можно встретить практически во всех областях повседневной жизни (телефония, кредитные карты, различные типы упаковки, сосуды для хранения донорской крови и плазмы, бутылки для минеральной воды и т. п.) [2, 3].

ПВХ или поливинилхлорид впервые был получен в 1835 г. Виктором Регно. Основы технологии индустриального производства поливинилхлорида (ПВХ) были разработаны в 1912 г. Фритцем Клатте. Первые промышленные партии ПВХ были изготовлены вначале 30-х годов на заводах США и Германии. Первоначально ПВХ получили, используя широко распространенные и доступные уголь, известь и поваренную соль. Современные технологии предусматривают использование поваренной соли и этилена СН₂ = СН₂, получаемого в крекинг-процессе переработки нефти. В начале 50-х годов началось сначала в США, а затем и в Европе победное шествие ПВХ в качестве материала для оконных рам. Один из первых немецких патентов на оконные рамы из ПВХ датируется 1952 годом. Первые рамы из поливинилхлорида представляли собой металлическую основу, облицованную мягким или полумягким ПВХ. Несколько позднее начался выпуск профилей из твердого поливинилхлорида, который частично усиливался деревянными или металлическими вкладышами.

Поливинилхлорид получают радикальной полимеризацией исходного сырья - винилхлорида. Наибольшее применение в промышленности получил суспензионный метод по причинам высокой производительности, относительной чистоты конечного ПВХ, его совместимости с компонентами при переработке и возможностями модификации свойств ПВХ в процессе производства путем изменения параметров режима и введения различных добавок. Суспензионная полимеризация осуществляется по периодической схеме. Винилхлорид, содержащий 0,02-0,05% инициатора реакции, интенсивно перемешивают в водной среде, содержащей 0,02-0,05% защитного коллоида. Смесь нагревают до 45-65°C и поддерживают заданную температуру в узких пределах с целью получения однородного продукта. Полимеризация протекает в каплях винилхлорида. В результате получают пористые микрогранулы ПВХ. Производство ПВХ полностью автоматизировано, а сама полимеризация происходит в реакторах объемом свыше двухсот кубических метров. По завершении реакции полимеризации, а степень прореагировавшего винилхлорида доходит до 90%, непрореагировавший винилхлорид удаляют, ПВХ отфильтровывают и сушат в токе горячего воздуха, после чего просеивают и расфасовывают. В дальнейшем поливинилхлорид перерабатывают в винипласт или пластикат [2].

Винипластами называются жесткие продукты на основе ПВХ. Чистый винипласт - это жесткий ПВХ, обладающий сравнительно высокой механической прочностью, водонепроницаемостью, хорошими диэлектрическими характеристиками и устойчивостью ко многим химическим воздействиям. К числу недостатков чистых винипластов, относят их низкую ударную прочность, невысокую морозостойкость и низкий, не выше 80С, температурный порог эксплуатации. Для повышения ударной прочности в состав винипласта вводят так называемые модификаторы ударной вязкости. В общем случае рецептура винипласта включает сам полимер, стабилизаторы, красители и различные наполнители. Модифицированный винипласт применяется в производстве широкого ассортимента изделий от труб и профильных изделий до плит и листов. Перерабатывается в конечный продукт методами экструзии, вальцевания, прессованием, а также литьем под давлением. Винипласт используют как конструкционный материал для производства различных коммуникаций, химической аппаратуры, воздуховодов вентиляционных систем. Из прозрачного винипласта производят тару для пищевых продуктов и пластиковые бутылки. Из этого материала получают покрытия для полов и стен, теплоизоляционные и звукоизоляционные материалы, профили плинтусов и оконных переплетов.

Пластикатами называются мягкие продукты на основе ПВХ, обладающие высокой эластичностью в широком диапазоне температур от -60 до +100°С, хорошими диэлектрическими характеристиками, водонепроницаемостью, маслостойкостью и стойкостью ко многим органическим растворителям. Недостатком пластикатов является их склонность к потере эластичности и ухудшению морозостойкости в процессе эксплуатации. Чрезвычайно широк ассортимент материалов на основе пластикатов: это и материалы для кабелей и шлангов, всевозможные изоляционные материалы, изделия медицинского назначения, оконные уплотнители. Пластикат используют для изготовления оболочек для электропроводов, линолеума и плиток для полов, материалов для облицовки стен, обивки мебели, упаковки пищевых продуктов, для производства искусственной кожи и обуви. Прозрачные гибкие трубки из пластиката применяют в медицинских системах жизнеобеспечения и переливания крови.

В структуре мирового рынка пластмасс ПВХ занимает второе место после полиэтилена. В Европе доля ПВХ продуктов составляет 28 % от общего количества перерабатываемых синтетических материалов. Структура потребления: примерно четверть производимого ПВХ идет на изготовление труб и фитингов, пятая часть на профили из жесткого (не пластифицированого) ПВХ - в том числе оконные, далее следуют пленки, кабельная продукция, упаковочные материалы и др.

ПВХ обладает наилучшим из всех пластиков соотношением: цена эксплуатационное качества. Изделия из него обладают долговечностью. Стойкостью к атмосферным воздействиям, экологичность. Как исходное сырье ПВХ получают в виде мелкого белого порошка.

Чистый ПВХ не является конструктивным материалом. Для того, чтобы его переработать в изделие с определенными эксплуатационными качествами, к порошку ПВХ добавляется целая рецептура аддитивов: стабилизаторы, смазки, наполнители, красители, модификаторы [8].

Стабилизаторы

Переработка ПВХ в готовое изделие производится при повышенных температурах (более 120°С). В этих условиях ПВХ деструктирует с выделением газообразного хлористого водорода. Для предотвращения этого процесса в рецептуру вводят стабилизаторы. В качестве стабилизаторов применяются неорганические и органические соединения свинца, кадмия, бария, олова, кальция и цинка.

Смазки

Смазки необходимы для нормального протекания процесса экструзии ПВХ профиля. Внутренние смазки увеличивают текучесть ПВХ при переходе его в вязко-текучее состояние, а внешние предохраняют смесь от прилипания к горячим металлическим частям оборудования.

Красители

Универсальным красящим пигментом с высокой разбеливающей способностью является диоксид титана. Именно этот пигмент придает белым профилям яркость и способствует максимальной атмосферостойкости ПВХ профиля при наружном применении.

Наполнители;

В целях экономии ПВХ в рецептуру добавляется специально обработанный мел. Применение необработанного мела вызывает быстрый абразивный износ металлических частей дорогостоящего экструзионного оборудования.

Модификаторы.

Модификаторы служат для придания готовым изделиям из ПВХ ударной прочности.

В небольших и строго рассчитанных количествах в рецептуру ПВХ смеси вводятся дополнительно антистатики, антипирены, пластификаторы и вспомогательные добавки. Следует подчеркнуть, что для достижения высокого качества профиля и долговечной работы оборудования необходимо строгое соблюдение рецептуры, рекомендованной фирмой поставщиком этого оборудования, а также соблюдение технологических режимов: температуры давления и скорости экструзии.

1.3 Способ производства профиля уплотнителя

Профиль уплотнителя изготавливают методом экструзии.

Экструзия - это способ изготовления профильных изделий большой длины из пластмасс и резины. Процесс непрерывен и заключается в выдавливании расплава полимера через отверстие определенного сечения [5].

Первые экструдеры были созданы в 19 в. в Великобритании, Германии и США для нанесения гуттаперчевой изоляции на электрические провода. В начале 20 в. было освоено серийное производство экструдеров. Примерно с 1930 г. экструдеры стали применять для переработки пластмасс; в 1935-37 гг. паровой обогрев корпуса заменили электрическим; в 1937-39 гг. появились экструдеры с увеличенной длиной шнека (прототип современного экструдера), был сконструирован первый двухшнековый экструдер. В начале 1960-х гг. были созданы первые дисковые экструдеры.

Функции экструдера состоят в обеспечении плавления непрерывно подаваемой твердой полимерной смеси, образовании гомогенного вязкого расплава и нагнетания расплава под высоким давлением в профильную головку. Производственная линия включает экструдер, инструмент (фильеру, устойчиво сухой и влажной колибрации), маркирующий принтер, тянущее устройство, пилу для резки профиля устройство для укладки и упаковки готовой продукции.

Для экструзионного производства ПВХ-профилей поливинилхлорид поступает в виде мелкого порошка, который образуется при полимеризации и сушки. Для сравнения - в виде порошка в экструдеры поступает только ПВХ, другие подобные материалы приходят в виде гранул. Именно порошок в качестве исходного сырья не случаен. Так производитель может создавать разнообразные, в том числе и уникальные, рецептуры готовых смесей и изделий, особенно учитывая то, что существует большое количество различных добавок: размягчители, стабилизаторы, наполнители, красители. Таким образом, можно создать ПВХ-профиль с любыми свойствами - более или менее прочный, твердый или мягкий, белый или окрашенный, термически, химически стойкий [4].

Основное оборудование в экструзионной технологии - экструдер с фильерой формующей головкой. Расплавленная масса пластика продавливается через отверстие, имеющее конфигурацию сечения уплотнителя. Подготовленная смесь для ПВХ профиля подается в материальный цилиндр экструдера, захватывается шнеком и продвигается по зонам, температура обогрева которых повышается от 150-170°С на входе до 190-210°С на фильере. В первой зоне происходит перемешивание и предварительный разогрев материала. В следующей зоне пластикации материал переходит в вязко текучее состояние, уплотняется и поступает в зону дегазации для удаления газообразных включений, захваченного воздуха и влаги. В последней зоне выхода создается давление материала необходимое для прохождения расплава через фильеру. Через профилирующую головку материал непрерывно выдавливается в виде заготовки необходимого сечения. Заготовка поступает в калибрующее устройство, где происходит ее предварительное охлаждение и калибрование по геометрическим размерам. Далее уплотнительный профиль проходит охлаждающую ванну, окончательно охлаждается и наматывается намоточным устройством на специальные барабаны или в бухты. Отвод уплотнительного профиля осуществляется тянущим устройством [5].

Недостатком пластиката ПВХ является узкий температурный интервал переработки из-за возможности термоокислительной деструкции ПВХ при высокой температуре. Поэтому для получения качественных уплотнителей важным является строгое соблюдение температурных параметров экструзии. По своим свойствам уплотнительные профили из ПВХ-пластиката аналогичны резиновым на основе бутадиен-стирольного каучука. Но в отличие от резиновых, поливинилхлоридные уплотнители становятся жесткими при температурах ниже 0°С, затруднена их установка в конструкции (например, строительные, если монтаж производится в зимнее время). Повышение жесткости наблюдается также при миграции пластификаторов на поверхность уплотнителей из ПВХ, что влечет за собой усадку изделий (уменьшение размеров по длине) и, соответственно, появление щелей между концами уплотнителя в контуре конструкции. Кроме того, эластичный ПВХ склонен к накоплению остаточной деформации, характеризующей способность изделия (материала) сохранять эластические свойства после выдержки в сжатом состоянии.

Следует отметить, что эластичный профиль для уплотнителя двери крупные заводы холодильников предпочитают изготавливать на своем производстве. При этом заводам холодильников проще проводить модернизацию производства и контролировать качество уплотнения дверей БХП на своих моделях.

При складировании и перевозках "нежный" пластмассовый профиль деформируется. Остаточная деформация профиля может оказаться причиной плохого уплотнения двери БХП, утечек холода и повышенного расхода электроэнергии. Поэтому сборку профиля с магнитной вставкой и сварку 4-х прямых отрезков все заводы с крупносерийным производством БХП осуществляют у себя. Готовый уплотнитель сразу же идет на сборку БХП. Отсутствие транспортировки помогает сохранить форму и размеры уплотнителя и обеспечить высокое качество уплотнения дверей на БХП [7].

2. Описание технологической схемы

При выборе технологической схемы следует учитывать требования к внешнему виду изделия, допуски на размеры и форму, эксплуатационные характеристики оборудования и экструдируемого профиля, а также специфические требования к изделию.

Большинство профильных изделий из жестких или полужестких материалов получают путем калибрования и предварительного охлаждения экструзионной заготовки (экструдата), выходящей из экструзионной головки, в калибрующих устройствах различных типов. В калибраторе заготовка пластически деформируется, приобретая форму, близкую к периметру рабочего канала калибратора, и предварительно охлаждается. Степень охлаждения зависит от времени пребывания в калибраторе и конструкции устройства. Калиброванный профиль непрерывно отводится тянущим устройством, режется на отрезки требуемой длины и складывается в накопитель приемного устройства. Для экструзионного производства ПВХ профилей поливинилхлорид поступает в виде мелкого порошка, который образуется при полимеризации и сушки [2].

В то время как обычные термопластичные материалы доступны в виде готовых к переработке составов, поливинилхлоридный порошок обычно смешивают с необходимыми добавками во время переработки [3]. Если по технологии не требуется использование гранулированных материалов, то используют сыпучие порошковые смеси или агломераты. Такие процессы очень экономичны, а также снижают вероятность деструкции теплочувствительного поливинилхлорида. Размер первоначальных частиц эмульсионного ПВХ составляет 0,1-2 мм, конечные же размеры и форма определяются условиями переработки (сушки). Это позволяет получать смолы для различных нужд: мелкозернистые смолы (с микроразмерами частиц) используют для пластизолей, тонкозернистые смолы легко перерабатываются каландрованием, грубо-зернистый сыпучий ПВХ с высокой объемной плотностью используют в экструзии, а пористый для мягких пластиков. ПВХ-Э содержит до 2,5 % эмульгатора, а иногда и других неорганических добавок. В связи с типом этих добавок и их количеством, прозрачность, водопоглощение и электрические свойства ПВХ-Э обычно ниже таковых у ПВХ-С и ПВХ-М. ПВХ-Э обладает наилучшей перерабатываемостью, что приводит к получению изделий с гладкой непористой поверхностью, более высокой прочностью и низкой электростатической поляризуемостью. Оба, суспензионный ПВХ с размером частиц от 0,06 до 0,25 мм и ПВХ-М с практически однородным гранулометрическим составом, являются очень чистыми веществами, что связано с технологией их получения. С добавлением небольшого количества стабилизатора, оба материала подходят для высококачественных изделий с хорошей механической и электрической несущей способностью, с коррозийно- и атмосферостойкостью. Смолы с пористыми частицами (объемная плотность 0,4-0,5 кг/м³) подходят для пластифицированного ПВХ, а с компактными частицами (объемная плотность 0,5-0,65 кг/м³) для непластифицированного ПВХ. Хлорированный поливинилхлорид (ПВХ-Х) с повышенным содержанием хлора до 60% труднее перерабатывается, зато стоек к температурам до 100°С.

Поливинилхлориды нельзя перерабатывать без добавления стабилизаторов, которые предотвращают обесцвечивание и деструкцию полимера с отщеплением HCl при высоких температурах во время переработки, а также разрушение под действием повышенных температур и УФ-излучения во время эксплуатации. Также добавляют смазки и абсорберы ультрафиолета. Введение основного карбоната кальция в качестве наполнителя в количестве 5-15% облегчает экструзию и увеличивает ударную вязкость при испытаниях с надрезом. Расплав поливинилхлорида очень вязкий и чувствительный к сдвиговой нагрузке и температуре.

Порошковый или гранулированный материал используется для экструзии жесткого ПВХ при температурах 170-200°С. Для переработки порошковых смесей требуется использование двухшнековых экструдеров, либо одношнековых с длинной шнека 20D. Переработка ПВХ требует лучшего контроля температуры, чем другие термопласты, так как при перегреве ПВХ начинает деструктировать. Поэтому очень важно, чтобы в шнеке и форме не образовывались застойные зоны. Для сварки жесткого ПВХ могут использоваться стандартные методы: сварка горячим газом, ультразвуковая и высокочастотная сварка. Недостатком пластиката ПВХ является узкий температурный интервал переработки из-за возможности термоокислительной деструкции ПВХ при высокой температуре. Поэтому для получения качественных уплотнителей важным является строгое соблюдение температурных параметров экструзии [1].

Для получения уплотнительных профилей используют пластифицированный поливинилхлорид (ПВХ-пластикат) с твердостью по Шору А 50-80 ед. [1], обладающий эластичными свойствами при обычных и пониженных температурах [3]. Вязкоупругое поведение пластиката ПВХ аналогично резинам, т.е. данный материал обладает способностью к большим обратимым деформациям при температуре эксплуатации, но отличается от резиновых смесей отсутствием процесса вулканизации.

В состав пластиката наряду со смолой ПВХ входят пластификаторы, стабилизаторы, наполнители, смазки, красители. В производстве уплотнителей ПВХ-пластикат используется в виде твердых гранул. Процесс получения поливинилхлоридных уплотнительных профилей осуществляется на агрегатной линии, схема которой представлена на рисунке 1:



Рисунок 1. - Схема агрегатной линии производства уплотнителей из ПВХ

1 - экструдер; 2 - профилирующая головка; 3 - колибрующее устройство; 4 - охлаждающая ванна; 5 - тянущее устройство; 6 - намоточное устройство

Гранулы пластиката через загрузочный бункер (воронку) поступают в экструдер (1), где при температуре и под действием сдвиговых нагрузок происходит переход материала в вязкотекучее состояние. Через профилирующую головку (2) материал непрерывно выдавливается в виде заготовки необходимого сечения. Заготовка поступает в калибрующее устройство (3), где происходит ее предварительное охлаждение и калибрование по геометрическим размерам. Далее уплотнительный профиль проходит охлаждающую ванну (4), окончательно охлаждается и наматывается намоточным устройством (6) на специальные барабаны или в бухты. Отвод уплотнительного профиля осуществляется тянущим устройством (5).

"Сердцем" всей экструзионной линии по праву считается инструмент: фильера и калибраторы. Именно инструмент в решающей степени определяет качество профиля и требует максимальной тщательности в своем производстве Фильера состоит из матрицы и дорна, которые формируют щелевой канал протекания расплава. От температурного режима фильеры зависит ровность и глянец профиля. Выходя из фильеры, горячий только что сформированный профиль должен сохранить свою геометрическую форму и быстро охладиться. Для этой цели служат калибраторы: сухой и влажный. В сухом калибраторе горячая заготовка профиля подвергается формовке и охлаждается. Формовка осуществляется путем притягивания профиля к стенкам калибратора за счет легкого вакуума в щелевых шлицах калибратора. Такой вид калибрования называется вакуумным. Для охлаждения поверхности профиля в стенках калибратора расположены каналы для циркуляции холодной воды. Окончательный отвод тепла из всей массы профиля осуществляется во влажном калибраторе, где профиль орошается водой. Далее профиль осушается током воздуха, маркируется на каждом метре и проходит траковое тянущее устройство, скорость которого строго согласуется со скоростью вращения шнеков в экструдере и подачей сырья. Скорость экструзии профилей ПВХ невелика, максимальной считается скорость 8 метров в минуту. Увеличение скорости экструзии может негативно влиять на качество профиля. При существенном увеличении скорости экструзии необходимо пересматривать рецептуру ПВХ- смеси и технологические параметры экструзии.

В соответствии с профилем изделия применяют роликовые, гусеничные, комбинированные тянущие устройства с механическим, гидравлическим и пневматическим зажимом изделия, элементы тянущего устройства обрезинены для лучшего сцепления с поверхностью изделия.

Для намотки тонких профилей используют тяговые барабаны диаметром 400-2500 мм. Чем тоньше изделие, тем меньшего диаметра применяется барабан.

Для разрезания, профилей используют дисковую пилу маятникового типа. Пила в процессе резания перемещается вместе с изделием и после ее разрезания возвращается в исходное положение [6].

При складировании и перевозках "нежный" пластмассовый профиль деформируется. Остаточная деформация профиля может оказаться причиной плохого уплотнения двери холодильника, утечек холода и повышенного расхода электроэнергии. Поэтому сборку профиля с магнитной вставкой и сварку 4-х прямых отрезков все заводы с крупносерийным производством холодильников осуществляют у себя. Готовый уплотнитель сразу же идет на сборку. Отсутствие транспортировки помогает сохранить форму и размеры уплотнителя и обеспечить высокое качество уплотнения дверей на холодильниках.

В современных условиях экструдер как таковой редко способен решить задачи, которые стоят перед переработчиками пластмасс. В соответствии с технологическими схемами, используемыми в наши дни, необходимо применение экструзионных линий. В них, помимо экструдера, могут входить:

- калибрующее устройство;

- ко-экструдеры;

- охлаждающие ванны;

- тянущее устройство;

- маркирующее устройство;

- ламинирующее устройство;

- отрезное/намоточное устройство;

- другие вспомогательные технологические единицы.

Таким образом, при выборе технологической схемы следует учитывать требования к внешнему виду изделия, допуски на размеры и форму, эксплуатационные характеристики оборудования и экструдируемого профиля, а также специфические требования к изделию. Каждый тип профильного изделия имеет свои конструктивные особенности, которые необходимо учитывать при выборе оборудования, материалов, при испытании и отладке оснастки и технологического процесса. Выбор технологической схемы производства профильного изделия и состава оборудования линии определяется его формой, размерами, свойствами материала и назначением изделия. Вместе с тем одно и то же изделие может быть получено по различным технологическим схемам в зависимости от наличия оборудования, технологической оснастки и технического решения, принятого при разработке технологического процесса. Выбор технического решения определяется многими объективными и субъективными факторами, наиболее важными из которых являются состав имеющегося экструзионного оборудования, эксплуатационные характеристики изделия и экономические аспекты производства.

3. Расчет и подбор оборудования

Для переработки ПВХ применяются в основном двухшнековые экструдеры со шнеками, вращающимися в противоположных направлениях и витками плотного зацепления. Они наилучшим образом подходят для этого с точки зрения создания необходимого давления, скоростей сдвига и продолжительности пребывания смеси в экструдере. Их производительность лимитируется, как правило, скоростью охлаждения изделия, но в некоторых случаях ограничения создаются и скоростью приемного устройства. Поэтому для производства профилей нередко используют многоручьевые головки, особенно когда сечение имеет несложную конфигурацию, что позволяет значительно повысить производительность экструдера и эффективность его действия [5].

В соответствии с произведенными расчетами в качестве оборудования для экструзии принимаем двухчервячный экструдер, характеристики [5] которого представлены в таблице:

Таблица 3.1 - Технические характеристики двухчервячного экструдера

Тип экструдера	ЧПВ2Сп63х25
Диаметр червяков, мм	63
L/D	25
Направление вращения	однонаправленное
Производительность, кг/ч	50 - 160
Обогрев цилиндра	электрический
Охлаждение цилиндра	воздушное
Установленная мощность, кВт	110

Производительность данного экструдера составляет 2000 кг/ч. Найдём необходимое количество (n, шт) оборудования, учитывая годовую потребность в продукции:

n= шт

Необходимо установить 3 единицы оборудования для нормального процесса производства.

Заключение

Появление новых технологий повлияло на функции полимерных материалов в разных отраслях и на способы их получения. Из этих материалов стали изготавливать более мелкие, но сложные по своей конструкции детали. В связи с обширным применением полимеров динамически развивается полимерная промышленность, как сектор мировой экономики. По своим объемам торговля полимерами в мире стремительно приближается к объемам продажи продукции черной металлургии.

Главные производители полимерных изделий - страны, богатые нефтью или газом, в частности, страны Восточной Азии и Латинской Америки.

Целью данной курсовой работы явилось полное рассмотрение процесса производства уплотнителей дверей холодильников, расчет материального баланса процесса и подбор основного оборудования.

В данной курсовой работе была рассмотрена технологическая схема производства уплотнителя для двери холодильника из ПВХ-профиля методом экструзии.

Метод экструзии - это способ изготовления профильных изделий большой длины из пластмасс и резины. Процесс непрерывен и заключается в выдавливании расплава полимера через отверстие определенного сечения.

Также был произведён расчет материального баланса, на основе которого выполнен подбор основного оборудования для производства 5000 п.м. в год, рассчитано его количество (3 экструдера).

Представлена технологическая схема производства уплотнителей для дверей холодильников, дано её описание.

Список использованных источников

1 Передвижная дверь холодильной камеры: пат.2426961 РФ МПК F 25D 23/02/ А. Н. Цехановский Заявка: 2010123295/21, 07.06.2010; опубл. 20.08.2011

2 Николаев, А. Ф. Технология пластических масс / А. Ф. Николаев. - Л.: Химия, 1977. - 368 с.

3 Головкин, Г. С. Проектирование технологических процессов изготовления изделий из полимерных материалов / Г. С. Головкин. - М.: Химия, Колос, 2007. - 399 с.

4 Ким, В. С. Теория и практика экструзии полимеров / В. С. Ким. - М.: Химия, КолосС, 2005. - 568 с.

5 Крыжановский, В. К. Производство изделий из полимерных материалов: учеб.-справ. пособие / В. К. Крыжановский, М. Л. Кербер, В. В. Бурлов. - СПб.: Профессия, 2004. - 464 с.

6 Ревяко, М. М. Оборудование и основы проектирования предприятий по переработке пластмасс / М. М. Ревяко, О. М. Касперович. - Минск: БГТУ, 2005. - 344 с.

7 Официальный сайт ЗАО "Атлант" [Электронный ресурс]. - 2012. - Режим доступа: www.atlant.by - Дата доступа: 25.10.2012.

8 Поливинилхлоридная композиция: пат.2358993 РФ МПК С 08L 27/06/ Р. Р. Галеев, Р. К. Низамов, Л. А. Абдрахманова Заявка: 2007141087/04, 26.10.2007; опубл. 20.06.2009

9 Каменев, Е. И. Применение пластических масс: Справочник / Е. И. Каменев, Г. Д. Мясников, М. П. Платонов. - Л.: Химия, 1985. - 448 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

1 - экструдер;

2 - экструзионная головка;

3 - калибрующая втулка;

4 - вакуумная ванна;

5 - тянущее устройство;

6 - пила;

7 - приемное устройство.

Размещено на Allbest.ru

...