Оборудование предприятий по переработке полимеров

ЭКСТРУЗИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

3.1 Назначение и классификация

В настоящее время экструдеры играют особую роль в шинном производстве, т. к. 90-95% профилированных заготовок приобретают форму при помощи экструдеров. По этой причине они определяют производительность процессов, энергопотребление, стабильность качественных пока­зателей заготовок и шин в целом.

Экструдеры, применяемые в резиновой промышленности, являются универсальными маши­нами и по назначению классифицируются:

1. пластикаторы - для пластикации натурального каучука;

2. грануляторы - для придания бесформенной массе каучука вида, удобного для автоматическо­го дозирования (грануляция, листование);

3. стрейнеры - предназначены для очистки резиновых смесей от посторонних включений;

4. шприц-машины - для формования резиновых смесей, для осуществления непрерывной вулка­низации без давления, профилирования резиновых заготовок для последующей сборки слож­ных изделий;

5. обкладочные экструдеры - для обрезинивания проволоки и текстильных шнуров;

6. смесительные экструдеры - для непрерывного приготовления резиновых смесей; для допол­нительной обработки резиновой смеси после резиносмесителей периодического действия. Классификация не является строгой, т. к. после переналадки машину можно переквалифици­ровать. Однако на шинных заводах производство организовано по поточному принципу, поэтому экструдеры имеют узкоцелевое назначение и полностью соответствуют классификации.

Одночервячные машины для переработки резиновых смесей подразделяются на:

Экструдеры теплого питания. Машины теплого питания характеризуются небольшим от­ношением длины нарезной части шнека к его диаметру (L/D) - 3^5, по этой причине температура поступающей резиновой смеси в загрузочную воронку должна быть не ниже 50 °С, иначе смесь не успеет разогреться. Резиновая смесь перед подачей в экструдер разогревается на агрегате из нескольких вальцев. Экструдеры теплого питания характеризуются также относительно большой глубиной нарезки шнека (червяка). Большая глубина нарезки и малое отношение L/D определяют высокую производительность таких машин при противодавлении головки не более 4^5 МПа. Внешний вид экструдера теплого питания показан на рисунке 3. 1.

Недостатки: высокое энергопотребление, металлоемкость; нерациональное использование производственных площадей; высокие трудовые затраты; стабильность качества заготовок зависит от умения и добросовестности вальцовщиков и др. Например, для разогрева и подачи резиновой смеси в экструдер с диаметром шнека 250 мм и часовой производительностью 2+2, 5 т при выпус­ке протекторов используются трое или четверо вальцев с длиной валков 2100 мм. В результате на экструдер - основную машину в агрегате - приходится 16, 4% суммарной мощности привода; 11,

1% массы металла; менее 1, 5% занимаемой площади; 25% обслуживающего персонала.

Недостатки машин теплого питания привели к разработке экструдеров холодного питания.

Экструдеры холодного питания с гладким цилиндром. Смесь подается в машину холод­ного питания при обычной температуре, как правило, в виде ленточки с бухты. Машины получили широкое распространение с начала 70-х годов. Создание экструдеров холодного питания было осуществлено в результате комплекса инженерных решений: увеличения отношения L/D до 18^20; усложнения конструкции нарезки червяка; увеличение мощности привода; усложнения конструк­ции приемной воронки; создания нескольких зон температурного регулирования.

Внешний вид экструдера холодного питания, для подачи смеси на каландры, показан на ри­сунке 3.2.

Достоинства: устраняются недостатки экструдеров теплого питания, обеспечивается лучшее качество профилированных заготовок; возрастает производительность.

Недостатки: чрезвычайно низкая производительность при переработке смесей на основе на­турального каучука. По этой причине за рубежом они применяются там, где преимущества экстру­деров штифтового типа незначительны.

Области применения: производство резиновых профилей; обкладка кабелей; производство автомобильных и велосипедных камер; гранулирование; стрейнирование и т. д.

Экструдеры штифтового типа. Особенностью экструдеров штифтового типа является то, что через корпус экструдера пропущены радиальные металлические болты (штифты) - рис. 3. 3, доходящие почти до сердечника червяка. В одном поперечном сечении цилиндра радиально уста­навливаются 6^12 штифтов. Таких сечений по длине корпуса, в зависимости от назначения маши­ны, может быть от 6^12. Для того чтобы штифты не задевали нарезку в ней делаются проточки. Зазор между телом червяка и концом штифта может регулироваться вывинчиванием или ввинчи­ванием разрывного болта (штифта) вручную или с помощью электрогидравлического привода. Это позволяет адаптировать машину к изменениям свойств смеси.

Штифты комплексно воздействуют на процесс экструзии:

- усиливают сцепление смеси со стенками цилиндра, что способствует росту производи­тельности (меняется соотношение радиального и осевого потоков массы - в пользу осе­вого);

- обеспечивают более высокую степень гомогенизации резиновой смеси по массе, объему и температуре;

- сокращается длина экструдера, что позволяет снизить удельное энергопотребление.

На рисунке 3. 4 показан внешний вид экструдера штифтового типа.

Достоинства: повышается производительность; появляется возможность эффективно перера­батывать резиновые смеси с натуральным каучуком и смеси повышенной вязкости (с новыми мар­ками технического углерода и/или кремниевой кислотой); снижение температуры профилей на 10^5 °С; снижение удельного энергопотребления; компактность конструкции.

Области применения штифтовых экструдеров: выпуск протекторов, боковин, резиновых про­слоек; для подогрева резиновых смесей в линиях каландрования, стрейнирования; обкладки кабе­лей и т. д.

Экструдеры, реализующие принцип «трансфермикс». Впервые машина типа «Трансфер - микс» была разработана в 1955 году. Особенностью машины являлось то, что имелась винтовая нарезка на корпусе. Причем глубина нарезки на корпусе и шнеке - переменная (см. рис. 5. 5).

Червяк и полость цилиндров машин, реализующих этот принцип, имеют коническую форму и сужаются в направлении движения материального потока. Максимальная глубина нарезки чер­вяка соответствует минимальной нарезке на поверхности корпуса, и наоборот. В результате этого резиновая смесь последовательно переходит из межвитковых каналов червяка в межвитковые ка­налы корпуса и обратно, т. к. глубина нарезки, как на червяке, так и в цилиндре местами нисходит до нулевого значения. По этой причине частицы смеси, помимо поступательного перемещения со­вершают движения по траекториям перпендикулярным оси червяка. Это способствует интенсифи­кации процесса смешения.

В настоящее время ряд зарубежных фирм - «Берсторфф», «ТиссенКрупп», «Трёстер» и др. производят экструдеры, в которых реализован этот принцип.

Достоинства: увеличивается качество заготовок; высокая производительность; низкие энер­гозатраты.

Экструдеры типа «Штифтконверт». Экструзионные машины данного типа объединяют в себе преимущества экструдеров со штифтовыми цилиндрами и типа «Трансфермикс». Эти маши­ны оборудуются шнеком и конвертирующей втулкой с нарезкой. Важной конструктивной особен­ностью этих машин является дроссельный элемент (см. рис. 3. 6). Как видно из рисунка 3. 6, в дроссельном элементе предусмотрены штифты, симметрично распределенные по свободному объему, которые в радиальном направлении заходят в витки втулки. Такое устройство технологи­ческой зоны позволяет эффективно влиять на процесс экструзии.

Достоинства: высочайшая производительность; низкие температуры массы; высокий коэф­фициент готовности; компактность; высокая гибкость в применении.

Области применения: выпуск деталей шин; производство резино-технических изделий; для питания каландров и т. д.

Внешний вид машины этого типа показан на рисунке 3. 7.

Экструдеры холодного питания с вакуумотсосом. Имеют вакуумную зону для отсоса газо­образных продуктов. Применение вакуумной зоны позволяет повысить плотность заготовки, сни­зить ее пористость и разбухание по выходу из профилирующей головки. Вакуумирование реко­мендуется применять при выпуске тонкостенных заготовок. Однако при эксплуатации данных ма­шин следует иметь в виду, что возможно забивание вакуумной зоны при противодавлении головки более 7 МПа. Машина представлена на рисунке 3-8.

Фирмой «Берсторфф» разработана машина типа «Штифтконверт» с зоной вакуумотсоса (ри­сунок 3. 9). У экструдеров в таком исполнении наиболее важным компонентом является дроссель­ный элемент, т. к. глубина погружения штифтов позволяет регулировать степень заполнения экс- трудатом технологической части экструдера непосредственно перед зоной вакуума. При этом так­же достигается предотвращение переполнения технологической части экструдера при обработке различных смесей при различных величинах противодавления создаваемого профилирующим инструментом головки.

В таблице 3.1 приведены сравнительные характеристики экструдеров разных типов на при­мере машин с диаметром червяка 250 мм.