Переработка полимерных масс

Размещено на http://allbest.ru

ВВЕДЕНИЕ

Переработка полимерных масс представляет собой совокупность различных процессов, с помощью которых исходный полимерный материал превращается в изделие с заранее заданными эксплуатационными свойствами. В настоящее время насчитывается несколько десятков разнообразных приемов и методов переработки полимеров. Выбор метода переработки для изготовления изделия в каждом конкретном случае определяется такими факторами, как конструктивные особенности изделия и условия его эксплуатации, технологические свойства перерабатываемого материала, а также рядом экономических факторов (тиражность, стоимость и т. д.).

Большинство методов переработки полимерных масс предусматривает формование изделий из полимеров, находящихся в вязкотекучем состоянии. Это -- литье под давлением, экструзия, прессование, каландрование и др. Отдельные методы основаны на формовании материала в высокоэластическом состоянии вакуумформование, пневмоформование. Находят промышленное использование методы формования из растворов и дисперсий полимеров, получение изделий методом полива, заливки и т. д.

В ряде случаев для изготовления одного изделия приходится сочетать несколько методов формования.

По назначению методы переработки пластмасс разделяются на подготовительные, основные и завершающие.



1. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ ПОЛИМЕРОВ

Изготовление изделий из полимерных материалов осуществляется главным образом следующими методами: литье под давлением, экструзия, выдувное формование, прессование, каландрование, пневмо- и вакуумформование. Особую группу составляют методы получения изделий из стеклопластиков.

Термопласты претерпевают ряд превращений. Сначала материал плавится и в процессе пластической деформации ему придается конфигурация будущего изделия. Далее охлаждением до температуры теплостойкости фиксируется приданная ему форма. Процесс формообразования при переработке термореактивных материалов происходит при нагреве материала до температуры отверждения, сопровождающегося протеканием химической реакции и образованием в материале пространственной молекулярной структуры.

1.1 Литье под давлением

Литье под давлением -- высокопроизводительный и автоматизированный метод переработки термопластов. Существующие в настоящее время технологические разновидности метода литья под давлением (включая вибролитьевое формование и экструзионное формование, литье вспениваемых материалов) отличаются способами и степенью нагрева материала, способами ввода его в форму и последующего формования. Однако, несмотря на большое разнообразие технологических схем метода литья под давлением, все они включают в себя следующие основные операции: подогрев материала (пластикация), впрыск (заполнение формы), выдержка под давлением и выдержка на охлаждение (отверждение).

Все эти операции осуществляются в литьевой машине -- агрегате, обеспечивающем подготовку расплава к впрыску в литьевую форму, впрыск расплава под давлением в оформляющую полость, оформление и удаление готовой отливки из формы. Современное литьевое оборудование отличается универсальностью, быстроходностью, высокой производительностью, возможностью регулирования процесса по заданным параметрам и автоматического контроля за работой отдельных узлов машины. Создание унифицированных узлов смыкания форм и впрыска позволяет комплектовать ими оборудованных сочетаниях, исходя из потребностей литья конкретных изделий. К недостаткам метода следует отнести низкую производительность при изготовлении изделий сложной формы и с арматурой, а также высокую стоимость оснастки (литьевых форм).

1.2 Экструзия

Экструзия -- процесс формования изделий продавливанием материала через формующий канал (профилирующий инструмент). Метод экструзии предназначен для получения изделий погонажного типа: труб, листов, пленок, профильных полос. Непрерывность и высокая производительность процесса экструзии создают предпосылки для автоматизации не только отдельных агрегатов, но и целых производств. В связи с этим экструдеры представляют собой один из наиболее перспективных видов оборудования для переработки пластмасс.

Агрегаты и линии на базе экструдеров, применяемые для изготовления изделий из термопластов, отличаются большим разнообразием конструкций. Они классифицируются по многим технологическим и конструктивным признакам, таким, например, как форма поперечного сечения изделия, способ формования, тип экструдера.

Существуют агрегаты и линии производства гранул, плоских пленок, рукавных пленок, труб, открытых и закрытых профилей, кабельных покрытий. Сырьем для изготовления изделий методом экструзии служат поливинилхлорид и его сополимеры, полиолефины, полиакрилаты, полиамиды, поликарбонаты, полиформальдегид и др.

К числу недостатков метода можно отнести сложность управления процессами экструзии и высокую стоимость оборудования и формующего инструмента.

1.3 Выдувное формование

Выдувное формование применяется для изготовления полых (объемных) изделий в виде бочек, бутылей, труб. Существует ряд разновидностей метода выдувного формования: выдавливание трубчатой заготовки из экструдера с последующим ее раздувом сжатым воздухом; получение заготовки методом литья под давлением и раздув заготовки в выдувной форме; раздельное изготовление трубчатой заготовки методом экструзии и отливка горловины изделия на литьевой машине с последующими соединением горловины с трубчатой заготовкой и раздувом последней; сварка трубчатой заготовки из листа с последующим нагреванием и раздувом.

Наибольшее распространение получил первый метод, включающий в себя следующие технологические операции: получение трубчатой заготовки, смыкание формы, раздув заготовки сжатым воздухом, охлаждение изделия, размыкание формы и извлечение изделия. Агрегаты для производства полых изделий создаются на базе серийно выпускаемых экструзионных машин и машин для литья под давлением.

В состав агрегата помимо оборудования для получения заготовки входит приемное устройство. С целью увеличения производительности агрегата приемное устройство выполняется многокомпозиционным способом.

Основным сырьем для получения объемных полимерных изделий служат полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид и другие термопластичные материалы.

1.4 Прессование

Прессование является одним из наиболее распространенных методов переработки пластических масс. Этим методом в настоящее время перерабатываются в основном термореактивные материалы, так как переработка термопластов прессованием нерентабельна из-за низкой производительности и больших энергетических затрат.

Пресс-материал в виде порошка, гранул или таблеток загружают в пресс-форму и подвергают воздействию тепла и давления. Оформление и отверждение изделия происходит в горячей форме.

В процессе формования давление должно достичь такого уровня, который обеспечил бы уплотнение материала, оформление изделия и удаление из формы воздуха и паров. Для изготовления изделий сложной формы и с применением арматуры служит метод литьевого прессования.

Этот метод в отличие от метода прямого прессования позволяет изготавливать изделия с тонкой арматурой, сложного сечения, с отверстиями, оформляемыми при помощи знаков и вставок.

Литьевое прессование позволяет частично компенсировать недостатки, свойственные методу прямого прессования (низкую производительность и большие отходы материала). При литьевом прессовании материал загружается в отдельную обогреваемую камеру (тигель), откуда продавливается в форму через литниковые каналы.

К разновидностям метода прессования относится и метод поршневой экструзии -- непрерывное прессование изделий постоянного сечения по температуре продавливания через пресс-форму с открытым входным и выходным каналами.

Переработка пластмасс методом прессования осуществляется на высокопроизводительном прессовом оборудовании (прессах), работающем в полуавтоматическом и автоматическом режимах и обеспечивающем возможность изменения технологического режима прессования в широких пределах. Одним из средств комплексной автоматизации процесса прессования пластмасс служат роторные линии, отличительная особенность которых состоит в наличии нескольких синхронно вращающихся роторов. Каждый ротор представляет собой многопозиционную машину, предназначенную для осуществления какой-либо технологической или транспортной операции.

Каландрование, как и вальцевание, заключается в непрерывном продавливании полимерного материала через зазор между двумя вращающимися навстречу друг другу валками. Но в отличие от вальцевания, при каландровании материал пропускается через несколько зазоров с целью калибрования полученных рулонных материалов и пленок.

Одна из схем процесса переработки материала на каландре такова: на двухвалковых вальцах из композиции термопластную ленту, которую пропускают через экструдер; из экструдера с щелевой головкой материал поступает в каландр, где он проходит последовательно через несколько зазоров между обогреваемыми валками, при этом происходит образование пленки или листа заданной толщины.

В промышленности используется значительное число разновидностей каландров, предназначенных для выпуска профилированной ленты, промазки резиновой смесью тканей, обкладывания и дублирования, тиснения поверхности пленок и листов, обработки поверхности жестких материалов (глажения), удаления избыточной жидкой фазы.

Методом каландрования перерабатываются термопластичные материалы и резиновые смеси.

Пневмо- и вакуумформование являются методами переработки листовых и пленочных термопластов. Наряду с этими методами для переработки материалов в виде листов и пленок используются механоформование (механическая вытяжка нагретой заготовки), штамповка (высечка) и различные комбинированные методы.

При переработке термопластов методами пневмо- или вакуумформования происходит предварительный нагрев заготовки до высокоэластического состояния. После придания заготовке необходимой формы материал охлаждается. В зависимости от конструкции нагревательного устройства различают теплорадиационный и контактный обогрев.

В зависимости от характера расположения изделий в форме различают негативный, позитивный, свободный и комплексный способы формования листовых и пленочных термопластов.

Для придания изделию требуемой формы необходимо приложить к заготовке определенное давление. Создание давления при помощи вакуума (вакуумформование) используется для формования изделий из листов толщиной не более 5 мм.

Формование при помощи сжатого воздуха (пневмоформование)' применяется для получения изделий из толстых заготовок, а также для изготовления изделий с глубокой вытяжкой и сложной конфигурации. Иногда для создания давления формования используется жидкость, нагнетаемая под давлением в полость над заготовкой.

К недостаткам методов пневмоформования и вакуумформования следует отнести большое количество отходов, разнотолщинность получаемых изделий и невысокую производительность.

Методы изготовления изделий из стеклопластиков весьма разнообразны по аппаратурно-технологическому оформлению. Это обусловлено особенностями исходных материалов, формой и размерами изделий. В зависимости от вида исходных стекловолокнистых материалов существуют установки для формования изделий, армированных стекложгутом, лентой, тканью, рубленым стекловолокном.

В качестве связующих используются полиэфирные, фенольные, кремнийорганические, эпоксидные смолы и компаунды.

Методы изготовления изделий из стеклопластиков подразделяют и получаются непрерывные их различают на открытые и закрытые, с давлением и без давления, с предварительным совмещением связующего и наполнителя и последующим формованием или с одновременным осуществлением всех этих процессов.

В технологической практике используется несколько методов формования изделий из стеклопластиков: метод контактного формования, метод напыления, метод формования с помощью эластичной диафрагмы, метод прессования, намотки и др.

Технологический процесс изготовления изделий из стеклопластиков независимо от метода формования состоит из следующих операций:

1) подготовка связующего и наполнителя;

2)совмещение связующего и наполнителя;

3) формование изделий.

Оборудование для производства изделий из стеклопластиков разнообразно в конструктивном отношении, поскольку оно отражает специфику методов формования, вид армирующего наполнителя. Как правило, изделия из стеклопластиков формуются на специальном оборудовании, однако используются и стандартные гидравлические прессы и литьевые машины.

Метод контактного формования применяется для изготовления строительных конструкций, корпусов лодок, кузовов автомобилей, а также для футеровки химических аппаратов и емкостей. При контактном формовании стоимость изделий высока, так как цикл изготовления изделий длителен и значительны затраты ручного труда.

Преимуществом метода является его универсальность, т. е. возможность получения изделий любой формы и размеров.

Метод напыления заключается в одновременном напылении на поверхность формы рубленого стекловолокна и связующего. Метод напыления можно с успехом комбинировать с другими методами формования изделий из стеклопластиков.

Метод напыления более производителен, чем метод контактного формования, однако и он не лишен недостатков (значительные потери стекломатериалов, тяжелые условия труда, трудности изготовления изделий сложной формы).

Метод формования с помощью эластичной диафрагмы состоит в уплотнении поверхности формуемого изделия через эластичную диафрагму сжатым воздухом или под вакуумом. Этим методом можно получать изделия различного назначения, в том числе трубы и оболочки. По сравнению с методом контактного формования обеспечивается более высокое качество поверхности изделия и большая точность изготавливаемых деталей. К недостаткам метода следует отнести высокую стоимость применяемого оборудования и сложность технологического процесса.

Прессование позволяет избежать появления разнотолщинности и получать изделия с высоким качеством поверхности. Метод получил широкое распространение, так как он достаточно высокопроизводителен и осуществляется на выпускаемом оборудовании -- гидропрессах. По технологическим признакам метод близок к методу прессования реактопластов.

Специфика переработки стеклопластиков определяет некоторые модификации конструкций прессов, например введение системы регулирования скорости смыкания форм и т. д.

Пропитка под давлением в замкнутой фор-м е позволяет получить изделия высокого качества без воздушных включений. Метод используется для формования различных корпусных изделий, емкостей, кузовов машин. Получаемые изделия стабильны по физико-механическим и диэлектрическим свойствам. Метод высокопроизводителен и выгоден для изготовления крупных и средних серий изделий.

Намотка -- один из наиболее перспективных методов изготовления высокопрочных изделий из стеклопластиков. Метод позволяет получать изделия с заранее заданными свойствами путем создания ориентированной структуры. Метод намотки применим для изделий типа оболочек, имеющих форму тел вращения. Наибольшее распространение метод намотки получил при изготовлении аппаратов, емкостей и труб, элементов конструкций самолетов и ракет. Метод намотки в сочетании с методом прессования используется для формования изделий сложной формы. Особое место метод намотки занимает в производстве труб, так как позволяет полностью механизировать процесс и сделать его непрерывным.

Центробежное формование используется в основном для получения труб.

Процесс заключается в пропитке предварительно уплотненного наполнителя связующим под действием центробежных сил. Трубы, полученные этим методом, отличаются высокой герметичностью, имеют гладкую внутреннюю поверхность. Этот метод применяется для футеровки пластмассовых и металлических труб. Достоинством метода является возможность оформления соединительных элементов (муфт, фитингов).

Протяжка применяется для получения труб и профильных изделий из стеклопластиков. Однонаправленное расположение волокна в изделиях, полученных данным методом, обусловливает их высокую механическую прочность. Метод высокопроизводителен, допускает механическую прочность

1.5 Завершающие методы

Назначение этих методов -- придание готовым изделиям определенного внешнего вида, создание неразъемного соединения отдельных элементов изделия. Важнейшими из этих методов являются механическая обработка изделий, сварка и склейка, нанесение декоративных покрытий.

Оборудование для переработки пластических масс характеризуется широкой номенклатурой по типам машин, что объясняется разнообразием способов формования и свойственных материалов.

Физико-химические процессы, протекающие при переработке материалов, определяют основные требования к перерабатывающему оборудованию. Кроме основных видов оборудования в перерабатывающих производствах используется вспомогательное нетиповое оборудование для транспортировки, расфасовки, хранения и складирования.

Основное оборудование для переработки пластмасс можно разделить в соответствии с основными стадиями производства на оборудование для подготовки, собственно формования и обработки, отделки и сборки.

Основное требование, предъявляемое ко всем видам оборудования-- обеспечение получения продукции отличного качества при высокой производительности.

Повышение производительности достигается при использовании агрегатов большой единичной мощности, многопозиционного оборудования, внедрения прогрессивных технологических процессов. Целесообразно соединение в ряде случаев перерабатывающих производств с производствами получения полимера, предназначенного для переработки на данном оборудовании. Наряду с созданием агрегатов большой единичной мощности постоянной тенденцией является разработка широкой гаммы типоразмеров оборудования.

Одним из основных направлений совершенствования процессов и оборудования для переработки пластмасс является внедрение систем автоматического управления технологическими процессами. Для использования этих систем необходимо увеличение надежности оборудования, применение правильно сконструированной оснастки, отработанных рациональных технологических режимов.

Решающее значение имеет внедрение прогрессивных, высокопроизводительных, принципиально новых методов переработки с использованием высокого давления, радиационного и вибрационного воздействия.

Получают интенсивное использование манипуляторы (роботы), применяемые для управления литьевыми, вакуумформовочными, выдувными и другими агрегатами. Они производят закладку в форму арматуры, извлечение изделий из формы, отделение литника и другие операции. Использование манипуляторов позволяет повысить производительность труда, снизить себестоимость изделий.



2. СВОЙСТВА ПОЛИМЕРОВ

2.1 Молекулярная масса и степень полимеризации

Информационная значимость этих двух величин в том, что с возрастанием их значений до определенной степени возрастают механические свойства материала и тем самым улучшаются его эксплуатационные характеристики. Растет температура плавления термопластов и улучшается их химическая стойкость, но при этом понижается текучесть расплавов, имеющая большое значение для процессов переработки. Например, сверхвысокомолекулярный полиэтилен уже не может быть переработан литьем под давлением или экструзией, а только прессованием или спеканием.

2.2 Насыпная плотность, плотность заполнения, степень уплотнения

Технологичное полимерное сырье подлежит дозировке, причем решение об использовании объемного или весового дозирования принимается на основании сыпучести. При хорошей сыпучести выбор, как правило, делается в пользу объемной дозировки, в то время как весовая дозировка обеспечивает большую точность в процессе работы.

Насыпная плотность обозначает вес брутто полимера г/см³. Если при этом масса испытывает нагрузку, получается плотность заполнения. Под степенью уплотнения, характерной для реактопластов, понимают отношение кажущегося удельного веса к насыпной плотности формовочной массы. Замер этих трех параметров осуществляется в соответствии со стандартом DIN 53 466¹.



2.3 Текучесть полимеров

Текучесть полимеров вследствие цепного молекулярного строения отличается от характера течения жидкостей, состоящих из низкомолекулярных веществ.

Под текучестью понимают перемещение макромолекул в состоянии расплава относительно друг друга. Подробное рассмотрение текучести полимеров в рамках этой главы не представляется возможным. Мы намерены остановиться лишь на некоторых практических методах определения текучести полимеров.

2.4 Текучесть термопластов

2.4.1 Показатель текучести расплава (ПТР)

Замер ПТР стандартизирован в соответствии с DIN ISO 1133 (ГОСТ Н 645) и может быть осуществлен почти для всех неармированных термопластичных полимеров.

Испытание проводится в момент выбора способа переработки материалов и при контроле поступающего сырья. Изготовители сырья предоставляю! необходимые данные, касающиеся максимально допустимых значений деструкции. Это важно в работе с полимерами, требующими обязательной предварительной сушки. ПТР позволяет оценить соответствие материала стандартам качества.

2.4.2 Текучесть по спирали

Еще одним используемым на практике тестом, хотя и внутрипроизводственным (в том числе и для реактопластов), является спиральный тест. Для него также справедливо правило: чем большая масса вытекает за определенный период времени, тем лучше текучесть материала, и тем меньше средняя молекулярная масса.

Проведение подобного испытания допустимо только в том случае, если полимеры с одинаковым химическим строением перерабатываются в равных условиях.

2.4.3Величина К и характеристическая вязкость

Для поливинилхлорида (ПВХ) величина Ь? определяется в соответствии с DIN53 726. Она прямо пропорциональна характеристической вязкости, определяемой по текучести раствора ПВХ в растворителе.

Исходя из характеристической вязкости, может быть рассчитана средняя молекулярная масса (для всех полимеров), а также величина К (по эмпирической формуле). 15 стандартах Института стандартизации характеристическая вязкость и величина К сравниваются друг с другом, и действует следующая закономерность: чем больше величина Я, тем выше молекулярная масса

2.4.4 Текучесть реактопластов

Характер течения реактопластов отличается от текучести термопластов. При отверждении реактопластов происходят два процесса:

• снижение вязкости за счет высвобождающейся теплоты химической реакции;

• увеличение вязкости за счет начинающейся сшивки макромолекул.

К сожалению, способ проверки для одновременного замера обеих реакций отсутствует: необходимо использовать два метода измерения.

2.4.5 Текучесть по Рашигу

Определение текучести по Рашигу напоминает метод определения ПТР. В этом случае таблетированный термореактивный материал после расплавления в нагревае мой камере затекает в конический канал. Длина образующегося после отверждения стержня является критерием текучести. Тест стандартизирован в качестве испытания на текучесть в соответствии с ASTM-D-569¹.

2.4.6 Определение текучести в пластометре

При проведении этого испытания формовочная масса прессуется и отверждается в нагреваемом пластометре. В ходе теста в течение определенного времени замеряется крутящий момент на приводном двигателе. Этот метод не стандартизирован².

2.4.7 Тестирование текучести по стаканчику

Тест стандартизирован в соответствии с DIN53465. Стаканчик стандартизированных размеров изготавливается прессованием, и при этом определяется продолжительность процесса. Для оценки скорости отверждения стаканчик прессуется при постоянном значении давления и неизменной температуре.

Все перечисленные здесь параметры служат для оценки качества и однородности полимерного сырья. Они определяются производителями полимеров.

Если переработчик в ходе приемки материала может проверить предоставленные данные, то тесты следует проводить, руководствуясь соответствующими стандартами. При проведении нестандартизированных испытаний, необходимо учесть характеристики используемого оборудования.

Многие производители для гарантии качества материала требуют от изготовителей пластмасс подробный протокол контроля.



3. КАЛАНДРОВАНИЕ

3.1 Общие сведения

Если речь идет о переработке полимеров, то под каландрованием понимают формование термопластических масс между двумя или несколькими валками и превращение их в бесконечную ленту.

Переработка на каландре имеет особенно большое значение для процесса изготовления поливинилхлоридной пленки (листов). ПВХ-пленка широко применяется во многих областях повседневной жизни. В процессе изготовления листов, как правило, используются 4- или 5- валковые каландры. В зависимости от расположения валков различают каландры типа I, L, F и S (рис. 3.1).

Выбор определенного типа зависит от различных факторов. Преимущество L-образного каландра состоит в том, что первый зазор для прохода полимерной массы расположен внизу это обеспечивает наиболее быструю и удобную загрузку материала.

Такой каландр в первую очередь используется для непластифипированного ПВХ.

Недостатком L-каландра является то, что при изготовлении листов из пластифицированного ПВХ пары пластификаторов, поднимаясь вверх, сорбируются изделием, ухудшая его качество. Поэтому при переработке пластифицированного ПВХ используется каландр типа F. Для совмещения с расплавом полимера полотна ткани или корда наиболее удобен каландр типа S. 1-образный

каландр используется крайне редко. Общепринятый диапазон толщины каландрованных листов составляет от 30 до 800 мк. В производстве напольных покрытий используются специальные каландры, изготавливающие полотна большей толщины.

3.2 Полимерные материалы, перерабатываемые каландрованием

Все термопласты, имеющие ярко выраженную область плавления и достаточно высокую вязкость, могут быть переработаны на каландре, но, как правило, речь идет только о следующих термопластах:

• ПВХ с пластификатором и без него;

• сополимеры винилхлорида;

• ударопрочный полистирол и акрилонитрил-бутадиенстирол (АБС);

• сложный эфир целлюлозы;

• полиолефины.

Что касается полиолефинов, то в последнее время в строительстве начинают использовать листы из полиизобутилена, полученные каландрованием.

Долгое время считалось, что полиэтилен (ПЭ) не пригоден к переработке на каландрах, однако за счет введения в смесь определенных добавок появилась возможность изготовления листов вполне удовлетворительного качества.

И все же, при изготовление пленок и листов экструзией проблем возникает гораздо меньше.

Наиболее часто каландровой технологией перерабатывают непластифицирован- ный и пластифицированный ПВХ, а также сополимеры винилхлорида.

Основная причина такого положения состоит в том, что ни один другой метод не позволяет добиться такой рентабельности при изготовлении пленки (листов) из ПВХ.



4. УСТРОЙСТВО КАЛАНДРА

Валки с параллельными осями располагаются в массивной жесткой станине на роликовых подшипниках, что обеспечивает достаточную точность вращения и точное регулирование расстояния между ними, то есть зазора валков.

На одном из концов удлиненных цапф валков расположены элементы подвода теплоносителя, а с другой стороны к валку присоединяется привод. Каждый валок приводится в движение бесступенчатым управляемым электродвигателем постоянного тока. Двигатели напрямую связаны с приводным блоком (рис. 3.2).

Для восприятия распорного усилия валки должны обладать значительной прочностью и жесткостью, а их рабочая поверхность должна характеризоваться высокой износостойкостью. Поэтому валки изготавливаются из многослойных заготовок или в виде однородного стального валка с закаленной поверхностью.

Поверхностная твердость валка составляет приблизительно от 500 до 550 НВ. Обычно поверхность валка либо подвергается тонкому шлифованию до высоты микровыступов поверхности в 0,1 мк, либо полируется до зеркального блеска с высотой микровыступов до 0,01 мк. Если предполагается сильное химическое воздействие, например, при использовании определенных рецептур ПВХ, применяются также и хромированные валки. Как правило, используют валки диаметром от 600 до 800 мм и длиной до 2500 мм.

В процессе переработки в зазорах между валками создаются большие распорные усилия, которые могут стать причиной прогиба валков и изменения толщины листа (пленки).

Компенсация прогиба осуществляется несколькими способами. Так, его корректировка может быть предпринята с одной стороны за счет перекоса осей валков, а с другой посредством их контр-изгиба.

Обычно при перекосе валков ось предпоследнего валка смещается по отношению к осям других валков. За счет этого зазор по краям валков становится больше чем в середине.

Компенсация прогиба валков методом контр-изгиба выполняется на последнем валке. Это происходит за счет сил, «обратных» распорному усилию и приложенных к подшипникам, которые находятся на удлиненных цапфах валка. Как правило, подобных мер бывает недостаточно, поэтому дополнительно осуществляется так называемая профильная шлифовка двух последних валков в нагретом состоянии. Таким образом, границы допуска горячей шлифовки валков на сегодняшний день составляют уже менее 5 мк.



5. УСТРОЙСТВО ЛИНИИ КАЛАНДРОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

Формулировка, приведенная в начале главы, представляет каландрование как один из процессов формования. Здесь сам каландр должен выполнять исключительно деформирование полимерной массы и как можно в меньшей степени способствовать. протеканию в ней физико-химических процессов типа пластификации, гомогенизации и т. п.

Использовать каландр для осуществления подобных операций экономически нецелесообразно. С этой точки зрения в технологическую линию изготовления бесконечной ленты необходимо включать и оборудование, осуществляющее первичную подготовку полимерного материала. В принципе, процесс первичной обработки относится и к переработке ПВХ на каландре.

Таким образом, получение листов (пленок) из ПВХ подразделяется на две стадии:

1. Первичная подготовка полимера с его предварительной пластикацией.

2. Формование листа (пленки).

В начале линии каландрования предусмотрено изготовление сухой смеси ПВХ с соответствующими добавками, в том числе пластификатора. В качестве примера приведем ориентировочную рецептуру для непластифицированного и пластифицированного ПВХ.

Затем поступающая из смесителя пластифицированная порошковая смесь за счет пластикации превращается в однородный расплав. Для этого используются как машины периодического действия, так и машины, работающие в непрерывном режиме. В большинстве случаев они располагаются последовательно. К машинам, работающим в периодическом режиме, относятся пластосмесители и смесительные вальцы. Предварительную пластикацию целесообразно осуществлять в непрерывном режиме, поскольку это гарантирует подачу на каландр однородного материала с постоянной текучестью расплава, определенной температурой и предысторией. Все это сказывается на качестве изготавливаемой пленки в лучшую сторону. Кроме того, непрерывный процесс в большей степени гарантирует стабильность производственных условий при изготовлении пленки.

В качестве пластицирующих машин, работающих в непрерывном режиме, используются исключительно шнековые агрегаты, причем особое внимание уделяется гомогенизации полимерной массы. Это достигается за счет использования в конструкции шнека смесительных элементов, размещенных в зоне дозирования (см. главу 2).

После пластикации формовочная полимерная масса по транспортной ленте (в большинстве случаев) передается на смесительные вальцы, которые, кроме как для дальнейшей гомогенизации, используются еще и в качестве накопителя (буфера), а также для дегазации массы. Межвалковый зазор вальцев имеет клиновидную форму, в связи с чем загружаемый полимерный расплав перемещается с одного конца валков на другой вдоль по за:юру В конце зазора полоска материала снимается поворотными ножами и непрерывно передается на каландр.

С этой целью используется поворотный ленточный транспортер, который равномерно подает ленту в первый зазор валков каландра. Производительность транспортера рассчитана таким образом, что подается только определенное количество материала, которое может быть переработано каландром в настоящий момент. В противном случае частичное поверхностное охлаждение массы привело бы к ухудшению качества листа (пленки).

По трассе транспортерной ленты целесообразна установка металлодетектора, предназначенного для обнаружения металлических предметов, случайно попавших внутрь массы и способных повредить поверхность валков.

Зачастую между каландром и смесительными вальцами монтируется шнековый экструдер, так называемый стрей- нер, единственная задача которого заключается в том, чтобы отфильтровывать случайно попавшие в полимерную формовочную массу металлические частицы. Для этого выходное отверстие экструдера оборудовано фильтром.

Подаваемая на каландр полимерная масса перед первым зазором валка, как правило, образует утолщение (наплыв) . Это утолщение, состоящее из нескольких I ';акладывающихся друг на друга завихрений, распределяется по длине рабочего зазора.

Для предотвращения стекания полимерной массы с валка на обеих его сторонах закреплены ограничительные щеки. После прохождения зазора между валками масса переходит на валок, вращающийся с большей скоростью, и находится на нем вплоть до момента достижения следующего зазора. Здесь, также как и перед всеми остальными зазорами, масса образует утолщение (наплыв) (рис. 3.4).

Таким образом, раскатанная пленка (лист) достигает последнего валка, а затем снимается с него. Для обеспечения передачи пленочного полотна каждый следующий валок вращается с более высокой скоростью.

Поддержание постоянной температуры как вдоль валков, так и по длине их окружностей является одним из условий предотвращения самопроизвольного изменения диаметра валков.

Валки нагревают горячей водой, которая нагнетается в продольные отверстия, расположенные приблизительно в 50 мм от рабочей поверхности валков (рис. 3.5).

Для изготовления листов (пленок) из непластифицированного ПВХ используют два метода: высокотемпературный метод и метод переработки при нормальной (стандартной) температуре с последующей дополнительной термической обработкой изделия.

Высокотемпературный метод предполагает ведение процесса при температуре валков 180-220 °С. При этом расплав ПВХ имеет относительно низкую вязкость, так что перед попаданием в зазор материал скатывается, образуя при этом утолщение (наплыв). Ввиду высокой термической нагрузки для предотвращения термического разложения такие составы ПВХ должны быть хорошо термостабилизированы.

При каландровании вторым методом листы (пленки) из непластифицированного ПВХ производятся при относительно низкой стандартной температуре (от 160 до 180 °С). После каландрования изделие подвергается дополнительной термической обработке на короткое время оно охватывает сильно нагретый валок, что способствует достижению равнотолщинности.

В отдельных случаях используются типы ПВХ, имеющие более высокое значение величины К, в результате чего получающиеся пленки обладают улучшенными механическими свойствами.

Поскольку метод стандартной температуры дороже высокотемпературной технологии, его применяют только при изготовлении высокопрочных пленок (например, для клейких лент).

Температурный диапазон получения листов (пленок) из пластифицированного ПВХ составляет от 150 до 190 °С. После снятия полотна пленки с последнего валка каландра возможна растяжка или вытягивание материала в высокоэластической температурной области. Для этого служат 5 или 6 вытяжных валков, приводимых в движение отдельно. Коэффициент вытяжки для невытянутых пленок из непластифицированного ПВХ составляет 1:2, для вытянутых пленок приблизительно 1:4. Для пленок из пластифицированного ПВХ этот коэффициент может доходить до 1:3,5.

Вытяжка и формование очень тонких пленок из непластифицированного ПВХ (толщиной до 50 мк) осуществляется на устройстве продольной растяжки пленки, расположенном после каландра.

Часто следующей стадией технологического процесса, проводимой в высокоэластической температурной области, становится тиснение листа (пленки) на специальных охлаждаемых валках.

Затем полотно пленки проходит по нескольким охлаждающим валкам с большим углом обхвата и охлаждается до температуры 25 °С. Края пленки отрезаются дисковыми ножами и передаются на смесительные вальцы. Подключенный к последнему валку каландра бесконтактный толщиномер (J-излучатель) контролирует необходимость регулировки последнего зазора между валками.

В конце линии каландрования (рис. 3.6 и 3.7) листы (пленки) наматываются в рулоны. Для рулонирования используются самостоятельные приводы с преобразователями вращающего момента и двигателями с плавной регулировкой оборотов. Современные намоточные устройства сконструированы в виде трехпозиционных механизмов, попеременно переходящих в позиции: 1 -- намотка; 2 -- съем рулона; 3 -- установка и зарядка новой шпули. Переход к следующей позиции осуществляется автоматически. Намотанный рулон отсекается ножом, а новый свободный конец пленки укладывается на новую шпулю, которая переходит в положение «Намотка». При необходимости дополнительной обработки рулонированной пленки для намотки используются большие передвижные шпули (диаметром более 1 м). В зависимости от толщины и кратности вытяжки скорость намотки пленки для непластифицированного ПВХ составляет приблизительно от 40 до 100 м/мин, а для пластифицированного ПВХ -- от 80 до 120 м/мин.

Высокие требования, предъявляемые к изготовлению листов (пленки), диктуют необходимость использования на всех этапах производства изделия (от подготовки сырья до намотки) электрических и гидравлических средств управления и ре1улировки.

На сегодняшний день широкое распространение получило электронное управление процессом с фиксированием данных на дисплее и распечаткой протоколов, используется оно и при каландровании. Наряду с регулировкой температуры всех терморегулируемых валков непрерывно контролируется толщина листов (пленки), по которой на каландре выполняются все корректировки (прогиб валов, перекос осей), а также скорость приема. Все это позволяет получать листы (пленку) однородного качества.

Мы уже отмечали, что для изготовления листов (пленок) из непластифицированного и пластифицированного ПВХ используются различные каландры.



6. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ЛИСТОВ (ПЛЕНОК)

Наряду с уже упоминавшимся тиснением листа (пленки) существуют и другие методы дополнительной обработки.

Для пленок, которые должны соответствовать самым высоким требованиям в том, что касается соблюдения заданных размеров, рекомендуется проведение дополнительной термообработки, которая устраняет натяжение полотна. ПВХ-пленки чаще всего используются как упаковочные и декоративные, поэтому на них зачастую наносят рисунок.

Эта операция обычно выполняется на ротационных машинах глубокой печати, причем на пленку может быть нанесен многоцветный рисунок.

Объединение одной или нескольких пленок для изготовления изделия большей толщины называется дублированием.

Дублирование возможно как на последнем валке каландра, так и на специальных машинах.

Объединение между собой пленок из разных материалов получило название кэширования.

Для лучшего сцепления двух полотен между ними наносится клеевой слой.

Другими вариантами подготовки пленки к использованию в определенных областях применения являются: флокирование (придание пленке бархатистой поверхности), металлизация в высоком вакууме, вспенивание, нанесение клеевого слоя и лакирование.

Некоторые из приведенных здесь методов относятся к облагораживанию поверхности и будут подробнее рассмотрены в главе 20.

Обобщая вышесказанное, следует подчеркнуть, что каландрование -- это важный метод переработки, используемый в основном при производстве листов (пленок) из пластифицированного и непластифицированного ПВХ.

Высокий расход материала, а также значительная стоимость производственных линий основные причины, сдерживающие распространение данной технологии полимерных материалов.

Физико-химические процессы, протекающие при переработке материалов, определяют основные требования к перерабатывающему оборудованию.

Кроме основных видов оборудования в перерабатывающих производствах используется вспомогательное нетиповое оборудование для транспортировки, расфасовки, хранения и складирования.

Основное оборудование для переработки пластмасс можно разделить в соответствии с основными стадиями производства на оборудование для подготовки, собственно формования и обработки, отделки и сборки.

Основное требование, предъявляемое ко всем видам оборудования обеспечение получения продукции отличного качества при высокой производительности.

Повышение производительности достигается при использовании агрегатов большой единичной мощности, многопозиционного оборудования, внедрения прогрессивных технологических процессов. Целесообразно соединение в ряде случаев перерабатывающих производств с производствами получения полимера, предназначенного для переработки на данном оборудовании.

Наряду с созданием агрегатов большой единичной мощности постоянной тенденцией является разработка широкой гаммы типоразмеров оборудования.

Одним из основных направлений совершенствования процессов и оборудования для переработки пластмасс является внедрение систем автоматического управления технологическими процессами.

Для использования этих систем необходимо увеличение надежности оборудования, применение правильно сконструированной оснастки, отработанных рациональных технологических режимов.

Решающее значение имеет внедрение прогрессивных, высокопроизводительных, принципиально новых методов переработки с использованием высокого давления, радиационного и вибрационного воздействия.

Получают интенсивное использование манипуляторы (роботы), применяемые для управления литьевыми, вакуумформовочными, выдувными и другими агрегатами. Они производят закладку в форму арматуры, извлечение изделий из формы, отделение литника и другие операции. Использование манипуляторов позволяет повысить производительность труда, снизить себестоимость изделий.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полимеры - это материалы, состояще из молекулы с высокой молекулярной массой. Уникальные свойства полимерных материалов и многообразие методов их переработки объясняется их молекулярной структурой.

Легкость с коротой пластмассы перерабатываются и с которой отдельные части единым целым, а также большая прочность при малом весе, делают этот материал наиболее привлекательным

полимер каландр экструдер



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Перепечко И. И. Введение в физику полимеров. М.: Химия.1978.319 с.

2. Нильсон Л. Механические свойства полимеров и полимерных композиций: Пер. с англ. М.: Химия. 1978. 312 с.

3. «Техника переработки пластмасс» под ред. Н.И. Басова и В. Броя, изд. «Дейтчер Ферлаг Фюр Грундштоффиндустри». - М.: Химия, 1985. -528 с.

4. Переработка пластмасс / Шварц О., Эбелинг Ф. - В., Фурт Б.; под. Общ. Ред. А. Д. Паниматченко. СПб.: Профессия, 2005. - 320 стр.

5. "Переработка пластмасс" ред. А.Д. Паниматченко, изд. Профессия, Спб 2005



ПРИЛОЖЕНИЕ



Размещено на Allbest.ru

...