МАШИНОСТРОЕНИЕ

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ РАЗДУВНОГО ФОРМОВАНИЯ

Экструзионно-раздувные агрегаты. Эти

Агрегаты предназначены для производства по­лых полимерных изделий, которые использу­ются в качестве различных тароупаковочных средств (бутылки, банки, флаконы, канистры, баки, бочки и др.). Основными характеристи­ками, отличающими различные типы этого оборудования, являются максимальные значе­ния объема полости формуемых изделий и штучной производительности (табл. 7.3.2).

Принципиальное устройство всех экстру- зионно-раздувных агрегатов идентично (рис. 7.3.17). В их состав, как правило, входят одно - червячный экструдер 1, оснащенный кольцевой экструзионной головкой 4, которая предназна­чена для получения трубчатой заготовки из расплава полимерного материала, и приемное устройство 2 с раздувными полуформами, смонтированными на его подвижных плитах 3, которые предназначены для приема получае­мой трубчатой заготовки и последующего ее раздувания сжатым газом в полое изделие.

Принцип работы экструзионно-раздув - ных агрегатов заключается в том, что исходное полимерное сырье в виде гранул или порошка захватывается из бункера-накопителя 5 вра­щающимся червяком, а по мере продвижения в обогреваемом цилиндре плавится, пластициру - ется и продавливается через формующий инст­румент - обогреваемую кольцевую экструзи - онную головку 1 (рис. 7.3.18), выходя из нее в виде трубчатой заготовки 2, попадая затем в пространство между разомкнутыми половина­ми охлаждаемой раздувной формы 4, смонти­рованными на подвижных плитах приемного устройства. По достижению заготовкой опре-

Деленной длины производится смыкание раз - дувных полуформ с захватом заготовки и ее раздувание сжатым газом, подаваемым в по­лость заготовки через раздувной ниппель 3. После охлаждения производится размыкание полуформ и съем готового полого изделия 5. Затем цикл формования изделия повторяется. При производстве изделий малого объема ис­пользуются многоручьевые экструзионные головки и многогнездные раздувные формы [4].

Для формования крупногабаритных изде­лий (канистр, баков, бочек и др.) используются экструзионно-раздувные агрегаты, оснащенные копильным устройством (аккумулятором), расположенным между червяком экструдера и экструзионной головкой, в котором накаплива­ется расплав полимера, нагнетаемого непре­рывно вращающимся червяком экструдера за время, в течение которого происходит раздува­ние и охлаждение изделия в форме. После на­копления необходимого объема расплав поли­мера под действием поршня копильника с большой скоростью выдавливается из него через экструзионную головку с образованием трубчатой заготовки.

С целью снижения разнотолщинности формуемых изделий, обусловленной гравита­ционной вытяжкой получаемых заготовок и их неоднородным деформированием при раздува­нии, экструзионные головки часто снабжают специальным устройством, позволяющим в процессе экструзии целенаправленно изменять размер кольцевого зазора ее формующей щели, что обеспечивает желаемое распределение толщины стенки по длине получаемой экстру­зионной заготовки. Для этого используют кони­ческие дорны 2 и мундштуки / с относитель­ным смещения их в процессе экструзии заго­товки (рис. 7.3.19), обеспечиваемым отдель­ным, как правило, гидравлическим приводом, управляемым по заранее заданной программе.

Приемные устройства раздувных агрега­тов предназначены для выполнения следую­щих технологических и вспомогательных опе­раций: перемещения раздувных полуформ к экструзионной головке для приема экструди- руемой заготовки; смыкания и запирания раз­дувных полуформ; отрезания заготовки у экс­трузионной головки; подачи сжатого газа для раздувания заготовки; отвода раздувных полу­форм от экструзионной головки; охлаждения изделия; размыкания полуформ и съема гото­вого изделия.

По числу рабочих позиций приемные устройства разделяются на одно-, двух - и мно­гопозиционные. Одно - и двухпозиционные приемные устройства могут быть оснащены специальными механизмами, осуществляющи­ми вертикальное, горизонтальное или сложное кинематическое перемещение (подвод и отвод) раздувных полуформ относительно оси экстру - зионной головки, что позволяет обеспечивать непрерывный процесс получения заготовок. Многопозиционные приемные устройства ис­пользуются в тех случаях, когда время получе­ния заготовки намного меньше времени ее раздувания и охлаждения получаемого изде­лия. Такие приемные устройства представляют собой периодически или непрерывно вращаю­щийся ротор 4, на котором смонтировано не­сколько раздувных полуформ 3, снабженных индивидуальным приводом для их смыкания - размыкания (рис. 7.3.20).

Экструзионно-раздувные агрегаты, осна­щенные многопозиционными приемными уст­ройствами, работают непрерывно, что обеспе­чивает их высокую производительность. Неко­торые модели таких агрегатов, выпускаемых АО КБАЛ им. акад. Л. Н. Кошкина, производят до 15-20 изделий в 1 мин при использовании одной экструзионной головки. Кроме того, многопозиционные приемные устройства по­зволяют одновременно изготовлять изделия различной конфигурации, но только в том слу­чае, когда для их формования может быть ис­пользован один типоразмер экструзионной заготовки.

Важной особенностью экструзионно - раздувных агрегатов является согласованная работа червячного экструдера и приемного устройства, условием которой является равен­ство или кратность суммы времени раздувания, охлаждения и съема готового изделия со вре­менем получения заготовки. Время раздувания изделия

V \Ук

Ро_л/ Ри.

К0

Где V0, Уф - объем полости соответственно

Заготовки и формуемого изделия; Pq , ри - • соответственно исходное давление газа в по­лости заготовки и давление газа, истекающего в полость раздуваемой заготовки; к - показа­тель адиабаты газа, подаваемого в полость раздуваемой заготовки через раздувной нип­пель.

Объемный расход газа GH, истекающего

В полость раздуваемой заготовки через раздув - ной ниппель [33],

Си - HpS

Где |Ир - коэффициент расхода пневмокомму-

Никационной системы, обеспечивающей под­вод сжатого газа из ресивера в полость разду­ваемой заготовки; S - площадь проходного сечения раздувного ниппеля; - соот­

Ветственно удельная газовая постоянная и тем­пература этого газа в ресивере.

Время, необходимое для охлаждения из­делия в раздувной форме [4, 45],

±8І тг2 а

Т -Т,

Ф

Где Т3, 7ф, Ти - температура соответственно

Заготовки, раздувной формы и извлекаемого из нее изделия; 5 - средняя толщина стенки формуемого изделия; а - коэффициент темпе­ратуропроводности полимера в рабочем интер­вале температур.

Время извлечения (съема) готового изде­лия из раздувной формы определяется как его габаритными размерами, так и оснащенностью приемного устройства специально предназна­ченными для этого манипуляторами, и в зави­симости от этого составляет 1... 5 с.

Время получения (экструзии) заготовки при использовании агрегатов, не оснащенных

Копильным устройством, определяется объе­мом материала заготовки и объемной произво­дительностью экструдера:

Где К3 - объем материала заготовки; Q - объ­емная производительность экструдера.

При использовании агрегатов, оснащен­ных копильным устройством, время получения заготовки

1 T И2 Ап КэгАр

Где а - коэффициент, характеризующий гео­метрию используемого червяка [4, 14, 39]; П - частота вращения червяка; Кэг - коэф­фициент, характеризующий геометрию кана­лов экструзионной головки [4, 42]; Ар - пере­пад давлений в головке, создаваемый гидроци­линдром копильного устройства; \х2 ~ среднее

Значение динамической сдвиговой вязкости расплава полимера в каналах экструзионной головки.

Оборудование для инжекционно - раздувного формования. Многие виды полых полимерных изделий могут быть получены на оборудовании, которое реализует инжекци - онно-раздувной метод их производства. Этим методом производятся различные бутылки и банки объемом 0,25...3 л, а также фляги и ка­нистры объемом З...8л. Основными техниче­скими характеристиками, отличающими раз­личные типы оборудования для реализации этого метода, являются максимальные значе­ния объема полости получаемых изделий, а также обеспечиваемая штучная производи­тельность.

Суть метода заключается в том, что полу­чаемая на первой стадии его реализации труб­чатая заготовка - преформа, затем раздувается (формуется) сжатым газом в готовое изделие. Существуют две технологии инжекционно - раздувного формования полых полимерных изделий: раздельная и совмещенная.

При реализации раздельной технологии стадии получения заготовки и ее раздувного формования в изделие существенно разделены во времени. Стадия получения заготовок реа­лизуется на литьевых машинах (рис. 7.3.21). Исходный полимерный материал захватывает­ся и пластицируется вращающимся червяком 3. По мере накопления в пластикаторе 2 необхо­димого объема расплава полимера 4 последний впрыскивается за счет поступательного пере­мещения червяка через сопло 5 в предвари­тельно сомкнутую охлаждаемую литьевую форму /. После выдержки полимера под дав­лением и охлаждения литьевая форма раскры­вается, отлитые заготовки 6 удаляются с по­мощью специального сталкивающего устрой­ства, и цикл формования повторяется. Как пра­вило, литьевые формы имеют от единиц до нескольких десятков формообразующих гнезд, что обеспечивает высокую производительность получения преформ.

Стадия раздувного формования преформ в изделия осуществляется на специальных раз­дувных линиях (рис. 7.3.22).

Равномерность разогрева заготовок обес­печивается вследствие их вращения вокруг оси симметрии в процессе поступательного пере­мещения вдоль нагревательных элементов /. Нагретые заготовки перемещаются в механизм раздувания, оснащенный раздувными охлаж­даемыми полуформами 4. Формование заго­товки в изделие 5 происходит при подаче сжатого газа в полость последней через раз - дувной ниппель 3. После формообразования

Изделия и его охлаждения раздувные полуфор­мы размыкаются, а готовое изделие 5 сбрасы­вается с раздувного ниппеля.

Как правило, раздувной механизм осна­щен многогнездными раздувными формами [4], что обеспечивает высокую производитель­ность оборудования. Для повышения степени двухосной ориентации макромолекулярной структуры материала заготовки при ее разду­вании в изделие этот механизм часто оснащают специальным устройством, обеспечивающим дополнительную принудительную вытяжку раздуваемой заготовки в осевом направлении. Реализация двухосной ориентации материала заготовки для некоторых полимеров позволяет повысить его прочностные характеристики и снизить газопроницаемость формуемых изде­лий.

При реализации совмещенной технологии используются инжекционно-раздувные агрега­ты, создаваемые на базе литьевых машин с предварительной червячной пластикацией. С этой целью литьевые машины дополнительно оснащают устройством, обеспечивающим раз - дувное формование изделий из получаемых заготовок, которые перемещаются на позицию раздувания с помощью специальных автомати­ческих устройств непосредственно после их инжекционного формования [4, 14]. Отличие этого способа производства полых полимерных изделий от раздельной технологии их формо­вания состоит в том, что получаемая с помо­щью литьевой машины заготовка отливается на специальном полом сердечнике [14], оснащен­ном клапанным устройством, через которое затем производят подачу сжатого газа в по­лость отлитой заготовки, обеспечивая ее разду­вание.

К преимуществам метода инжекционно - раздувного формования полых изделий следует отнести высокую степень механизации и авто­матизации, а также высокую производитель­ность оборудования. Линии для раздувного формования полых изделий из инжекционных заготовок, выпускаемые фирмами Сидел ь (Франция), Крупп-Каутекс (Германия), позво­ляют производить от нескольких сотен до не­скольких десятков тысяч изделий в 1 ч, что обеспечивается за счет параллельного исполь­зования нескольких механизмов раздувания, оснащенных многогнездными раздувными формами.

Штучная производительность оборудова­ния, обеспечивающего реализацию инжекци - онно-раздувного метода производства полых полимерных изделий, зависит от времени цик­ла их формования. При использовании раз­дельной технологии время цикла литьевого формования преформы

/ц « (1,1-1,3)/0. (7.3.11)

Где T0 - время охлаждения получаемой пре­формы, описываемое зависимостью (7.3.10).

При использовании совмещенной техно­логии производства определяющим моментом является условие равенства времени циклов инжекционного формования заготовок и раз­дувного формования из них изделий. Послед­нее условие накладывает вполне определенные требования к выбору типоразмера литьевого оборудования, на базе которого проектируются инжекционно-раздувные агрегаты.

Линии для производства рукавных пленок. Большое количество термопластичных полимеров перерабатывается в пленочные ма­териалы. Существуют два разных метода их получения: рукавный раздувного формования и плоскощелевой. Наибольшее распространение в практике переработки полимеров получил рукавный метод. Он может быть реализован по следующим технологическим схемам: верти­кально снизу - вверх или сверху - вниз и гори­зонтально. Для реализации рукавного метода производства полимерных пленок используют пленочные линии. Основными техническими характеристиками таких линий являются мак­симальный размер получаемого пленочного рукава в его двойном сложении и диапазон толщин пленок, которые могут быть на них получены.

Линия для производства рукавных пленок по схеме снизу - вверх управляется с помощью пульта управления 13 (рис. 7.3.23). Исходное полимерное сырье в виде гранул загружается в бункер экструдера 77, откуда захватывается его вращающимся червяком и по мере продвиже­ния в обогреваемом цилиндре пресса плавится, пластицируется и продавливается (экструдиру - ется) через формующий инструмент - обогре­ваемую кольцевую экструзионную головку 9,
выходя из нее в виде трубчатой заготовки. По­следняя под действием сжатого воздуха не­большого давления, подаваемого через специ­альное отверстие в экструзионной головке, раздувается в рукав, охлаждается подаваемым через обдувочное кольцо 8 воздухом, нагне­таемым в него воздуходувкой 12. Полученный охлажденный пленочный рукав отбирается тянущим устройством 4, при этом устройство 5, установленное на эстакаде 6, складывает его в полотно двойного сложения. Сложенное по­лотно через систему направляющих роликов 2 поступает на устройство /, в котором наматы­вается на бобину. При необходимости двойное полотно с помощью устройства 3 может разре­заться на одно или два одинарных. Для очистки получаемого расплава полимера от возможных инородных включений используется специаль­ный сменный фильтр 10, а для придания ус­тойчивости получаемому рукаву - ограничи­тельная «корзина» 7.

Недостатком реализации такой техноло­гической схемы получения рукавных пленок является то, что охлаждение получаемого ру­кава осуществляется за счет его обдувания потоком воздуха, обладающего относительно низкой теплоемкостью. В результате этого зона охлаждения получаемого пленочного рукава достигает значительных размеров (до несколь­ких метров), что увеличивает габаритные раз­меры пленочных линий и затрудняет их об­служивание. Этот недостаток частично ком­пенсируется при получении рукавных пленок по схеме сверху - вниз», при этом раздуваемая пленка дополнительно охлаждается водой.

Линия для получения пленок по схеме сверху - вниз управляется с пульта 7 (рис. 7.3.24). Трубчатая полимерная заготовка вы­давливается экструдером 5 через кольцевую экструзионную головку 4 вертикально вниз и раздувается в пленочный рукав, который пред­варительно охлаждается потоком воздуха через

І

\=L

Обдувочное кольцо 3 и окончательно охлажда­ется в водяном охлаждающем калибре 9. Полу­ченный охлажденный рукав отбирается тяну­щим устройством 10, при этом происходит его двойное сложение складывающим устройством 8. Затем рукав попадает в устройство //, в ко­тором происходит его сушка, а затем через систему направляющих роликов - в устройство 2. в котором разрезается на два полотна, нама­тываемых на бобины устройствами 1.

Использование калибра с водяным охла­ждением существенно сокращает зону охлаж­дения получаемого рукава, а следовательно, уменьшает габаритные размеры оборудования. Кроме того, водяное охлаждение повышает скорость охлаждения полимера, которая для некоторых видов из них оказывает весьма важ­ное влияние на процесс образования кристал­лической структуры. Так, переработка поли­пропилена в пленку с использованием водяно­го охлаждения приводит к образованию в нем тонкодисперсной кристаллической структуры, в результате чего получаемая пленка становит­ся оптически прозрачной.

Как правило, получаемые рукавными ме­тодами пленки отличаются разнотолщинно - стью, что существенным образом затрудняет их равномерную намотку на бобину. Для уст­ранения этой проблемы используются различ­ные технические решения [14]. Так, НПО по­лимерного машиностроения «Арсенал индуст­рии» (Россия) в конструкциях выпускаемых пленочных линий использует принцип осцил­лирующего вращения экструзионных головок вокруг собственной оси. Это приводит к рав­номерному распределению неоднородностей толщины пленки по ширине получаемого рука­ва в процессе экструзии, а следовательно, обеспечивает более равномерную его намотку.

Тянущее устройство предназначено для отбора получаемого пленочного рукава, регу­лирования толщины получаемой пленки, а также, при необходимости, для обеспечения ее перфорации.

Тянущее устройство смонтировано на сборной станине 3 (рис. 7.3.25). Получаемый охлажденный и сложенный пленочный рукав протягивается в зазоре между валком б, приво­димым в движение мотор-редуктором 5, и прижимным валком 7, при этом сила прижима регулируется давлением сжатого воздуха, по­даваемого в пневмоцилиндр 8. Затем пленоч­ный рукав по системе направляющих обводных роликов поступает на намоточное устройство. При необходимости получения перфорирован­ной пленки рукав сначала протягивается в за­зоре между валками 2 и 4, один из которых металлический с соответствующей профильной поверхностью, а второй гуммированный. При­вод валка 4 осуществляется за счет цепной передачи, соединяющей его с валком 6. Сила прижима между валками 4 и 6 регулируется давлением сжатого воздуха, подаваемого в цилиндр 1. Приводы тянущих устройств в со­временных пленочных линиях обеспечивают линейную скорость отбора пленки, достигаю­щую 2 м/с.

Намоточное устройство предназначено для равномерной намотки получаемой пленки. По принципу действия намоточные устройства разделяются на устройства с центральным и периферийным приводом, а по числу одновре­менно наматываемых бобин - на одно-, двух - и многопостовые намотчики. Последние исполь­зуются в том случае, когда получаемый пле­ночный рукав разрезается на отдельные полот­на. Двухпостовое намоточное устройство с периферийным приводом состоит из двух бо­ковых стоек У, соединенных между собой шпильками, на которых смонтированы мотор - редуктор 5, два приводных валка 4, два при­жимных валка, направляющие зубчатые рейки 2 и ряд других элементов (рис. 7.3.26). При­водные валки 4 связаны между собой цепной передачей. В состав намоточного устройства входят также две штанги 3 с укрепленными на них бобинами, которые в рабочем положении устанавливаются на наклонные направляющие зубчатые рейки 2. На концах штанг установле­ны подшипники, на которых смонтированы шестерни.

Каждое из двух полотен разрезанного пленочного рукава протягивается в зазоре ме­жду валками 4. приводимыми в движение мо - тор-редуктором 5, и прижимными валками (на рис. 7.3.26 не показаны), при этом концы поло­тен наворачиваются на бобины. Расположен­ные на наклонных направляющих зубчатых рейках 2 штанги 3 под действием собственного веса прижимают бобины к поверхности при­жимных валков, при этом за счет трения между соприкасающимися поверхностями оси штанг

С бобинами вращаются в подшипниках, что и обеспечивает намотку пленочного полотна. По мере увеличения диаметра наматываемого ру­лона штанги перемещаются по направляющим зубчатым рейкам, находящимся в зацеплении с шестернями штанг, что автоматически обеспе­чивает необходимую угловую скорость намот­ки рулона.

Принципиальное отличие намоточных устройств с центральным приводом от намот­чиков с периферийным приводом состоит в том, что вращение штанг с установленными на них бобинами непосредственно обеспечивается приводом. Это позволяет повышать плотность намотки, что является важным при производ­стве пленок из жестких полимерных материа­лов. В конструкции намоточных устройств такого типа предусматривается автоматическое регулирование угловой скорости намотки по мере увеличения диаметра наматываемого ру­лона.

Основную расчетную зависимость, свя­зывающую параметры получаемой пленки с технологическими параметрами процесса ее производства и конструктивными параметрами различных механизмов пленочной линии, можно получить из условия практической не­сжимаемости полимерных сред, которая в дан­ном случае имеет вид:

Где /2р - толщина получаемого пленочного рукава; 5ф - ширина формующей щели коль­цевой экструзионной головки, образованной поверхностями ее дорна и мундштука; рэ,

Р0 - плотность расплава полимера соответст­венно, экструдируемого через экструзионную головку, и охлажденного материала в отбирае­мом тянущим устройством пленочном рукаве: К1' К2 ~ коэффициенты, характеризующие

Соответственно продольную и поперечную деформации экструдируемой трубчатой заго­товки при формообразовании из нее пленочно­го рукава;

K{=Vjv0; K2=Dp/D(7.3.13)

V3 , V0 - соответственно среднее интегральное

Значение скорости расплава полимера на выхо­де из экструзионной головки и линейная ско­рость отбора пленочного рукава тянущим уст­ройством; Dp, Оф - диаметр соответственно

Получаемого рукава и средний диаметр фор­мующей щели кольцевой экструзионной го­ловки.

Средняя интегральная скорость экструзии полимера через кольцевой формующий капал головки, входящая в зависимость (7.3.13). оп­ределяется с учетом объемного расхода рас­плава полимера Q следующим образом:

VЧ

Линейная скорость отбора пленочного рукава тянущим устройством

Пп 30 где п, RnB - соответственно частота вращения

И радиус приводного валка тянущего устройст­ва.