Оборудование заводов по переработке пластмасс

Экструзионные агрегаты для производства рукавных пленок

Пленками называют тонкие полимерные полотна толщиной от 0,005 до 0,5 мм. В настоящее время применяют два основных способа изготовления пленок: формование из расплава и осаж­дение из растворов. В промышленности переработки пластмасс наиболее широко распространен первый способ. При этом раз­личают три метода изготовления пленок из расплава: а) экстру­зией через рукавную головку с последующим раздувом рукава (рукавная пленка); б) экструзией через плоскощелевую голов­ку (плоская пленка); в) калиброванием в зазоре между враща­ющимися валками (плоская пленка). Каждый метод изготовле­ния отличается особенностями аппаратурного оформления. Наи­более распространены экструзионные агрегаты для изготовления рукавной пленки.

Экструзионный агрегат для производства рукавных пленок может быть скомпонован по одной из трех схем, представлен­ных на рис. 5.42. Агрегат для производства пленки по схеме «снизу вверх» (рис. 5.42, а) применяют для изготовления пле­нок любой толщины шириной до 24 м. Агрегат для изготовления пленки по схеме «сверху вниз» (рис. 5.42, б) используют для из­готовления тонких узких пленок. Агрегаты для изготовления

Пленки по горизонтальной схеме (рис. 5.42, в) применяют при изготовлении толстых (например, газонаполненных) пленок.

Несмотря на различия в компоновке, все агрегаты состоят примерно из одного и того же набора функциональных машин и механизмов: экструдера 1 с бункером 2; фильеры 3; рукавной головки 4; охлаждающего кольца 9, в котором в качестве хлад­агента может использоваться воздух или жидкость, поступаю­щие по трубопроводу 5; складывающих щек 6, иногда имеющих систему принудительного охлаждения; тянущего устройства 7, герметизирующего пузырь рукава; эстакады второго тянуще­го устройства 10; закаточной стойки с приемной бобиной 11.

Гранулы поступают в бункер 2 из устройств для подготовки и подачи сырья. При одновременной эксплуатации нескольких линий осуществляют централизованную подачу сырья с помо­щью внутрицехового пневмотранспорта. В большинстве случаев для подачи сырья в бункер используют индивидуальные пнев- мо - или вакуум-загрузчики.

Экструдер для приготовления расплава — универсальная ма­шина, которая снабжается червяком, рассчитанным на перера­ботку соответствующих полимеров. В связи с повышенными требованиями к однородности расплава и недопустимости при­сутствия в нем посторонних включений или непроплавленных частиц расплав перед входом в головку тщательно фильтруется. Для увеличения температурной однородности поступающего в

Рнс. 5.43. Схема угловой головки для экструзии рукавной пленки. Пояснения в тексте.

Головку расплава применяют червяки со смесительными насад­ками.

Кольцевые формующие головки для производства рукавных пленок классифицируют по следующим признакам: а) по на­правлению входа расплава — с боковым, центральным или ком­бинированным подводом расплава; б) по расположению оси ру­кава относительно оси червяка экструдера — прямоточные и уг­ловые; в) по виду установки — стационарные и вращающиеся; г) по виду распределительных каналов — винтовые, гладкие или решетчатые.

В настоящее время наиболее широко распространены ста­ционарные угловые головки с центральным подводом расплава и винтовым распределительным каналом.

Конструкция типичной угловой головки с комбинированным подводом расплава представлена на рис. 5.43. Головка состоит из корпуса 1, в который на центрирующем конусе вставлен дорн 2 с коническим наконечником 4. Кольцевой канал, где фор­мируется рукав, образован двумя формующими кольцами: ниж­ним 7 и верхним 10. Фланец 4, который крепится к корпусу го­ловки болтами 3, служит для крепления матрицы при помощи разрезной шайбы 6 и центровки нижнего кольца с помощью болтов 14. Верхнее формующее кольцо 10 крепится к нижнему утопленными болтами. В кольцевой паз, образующийся между

Кольцами, вставляется дросселирующее кольцо 9, которое может перемещаться в пазу при помощи болтов 8 и 12. На входном участке корпуса по ходу движения расплава установлена цент­рирующая втулка 15, внутри которой монтируются решетки 16 и 18 с пакетом фильтрующих сеток 17. Головка крепится к кор­пусу экструдера посредством фланца 19. Обогрев головки осу­ществляется при помощи пластинчатых нагревателей 11 и 13, температура в зоне каждого нагревателя контролируется тер­мопарами 20. Штуцер 21 служит для подвода в центральный канал дорна сжатого воздуха, раздувающего рукав.

Расплав поступает в головку через входное отверстие кор­пуса 1 и распределяется разводящим каналом дорна вдоль кольцевого сборника канала А. Из кольцевого канала расплав в виде кольцевой струи течет через коническую кольцевую щель В к формующей щели, образованной верхним формующим кольцом 10 и наконечником дорна 5. Установка одинакового по всему периметру радиального зазора в кольцевой щели произ­водится с помощью набора медных щупов посредством регули­ровочных винтов 14. Поперечная разнотолщинноеть пленки, воз­никающая вследствие неравномерного распределения давлений по периметру щели, устраняется при помощи дроссельного коль­ца 9, смещаемого в канале таким образом, чтобы за счет умень­шения проходного сечения увеличить сопротивление и снизить давление на участках щели, на которых рукав имеет наиболь­шую толщину.

Угловая вращающаяся головка с центральным подводом и спиральным распределителем расплава (рис. 5.44) состоит из корпуса 6, внутри которого установлен спиральный распреде­литель 8 с дорном 3, закрепленным на нем болтами 2. Расплав от экструдера поступает в центр головки, а затем по радиаль­ным каналам попадает в распределитель 8, где он равномерно распределяется по всему периметру формующей щели. Обогрев головки осуществляется нагревателями 7. Температура головки контролируется термопарами 15. Подвод и отвод охлаждающего воздуха из внутренней полости рукава производится по кана­лам А.

При необходимости головка может быть изготовлена с прис­пособлением для вращения. Совместное вращение корпуса и рас­пределительных каналов головки (корпус 6 совместно с закреп­ленной на нем винтами 5 матрицей 4 и дорном 3) позволяет по­лучать равноплотную намотку пленки в рулон. Для этого верх­нюю часть головки (включая корпус 6, матрицу 4, дорн 3 и спи­ральный распределитель 8) закрепляют в подшипниковой опо­ре 10. Центровка корпуса осуществляется хвостовиком 13, ко­торый укреплен во втулке 14, изготовленной из износостойкого материала. Гайка И через шариковый упорный подшипник 10 прижимает, торец хвостовика 13 к опорному торцу втулки 14, со­здавая при этом контактное давление, предотвращающее вы­текание расплава через щель в стенках канала. По мере изно­са хвостовика 13 или втулки 14 необходимо подтягивать гай­ку 11.

От электропривода 12 через шестерню 9 крутящий момент передается к корпусу головки. В зависимости от типа привода возможны два варианта вращения корпуса головки: непрерыв­ное вращение (в этом случае питание всех нагревателей осу­ществляется при помощи коллектора со щетками) или осцилли­рующее вращение на 270—300° (в этом случае все электриче­ские коммуникации головки выполняют из мягких эластичных проводов).

Точность изготовления деталей головки должна быть не ни­же второго класса. При сборке головки тщательно контролиру­ют зазоры между корпусом 6 и распределителем 8, а также по­стоянство величины формующего зазора по всему периметру щели. Окончательную корректировку зазора осуществляют при помощи болтов 1 через 20—30 мин работы экструдера.

Системы охлаждения можно классифицировать по виду хладагента на воздушные, водяные и смешанные. Наиболее широко распространены системы воздушного охлаждения (в ли­ниях для производства пленки шириной от 50 до 6000 мм в сло­женном виде).

Рис. 5.45. Система воздушного охлаждения рукавной пленки. По­яснения в тексте.

Типичная система ох­лаждения рукавной пленки (рис. 5.45) состоит из фор­мующей головки 1, охлаж­дающего кольца 3, поли­мерного рукава 4, склады­вающих щек 5 и тянущих валков 6, которые сжима­ют рукав и герметизируют образующийся в шахте пле­ночный пузырь. Воздух по­дается вентилятором по трубопроводу 2 в рапреде - лительную камеру А, отку­да он выходит через коль­цевые щели в направлении пленочного рукава 4. Сжа­тый воздух для раздува ру­кава под давлением подает­ся через каналы в дорне. Выходящий из головки рукав разду­вается сжатым воздухом до диаметра, в 3—5 раз превышаю­щего диаметр щели, охлаждается потоком воздуха, поступаю­щего из охлаждающего кольца, и равномерно вытягивается в продольном направлении роликами тянущего устройства 6. Складывание рукава осуществляют охлаждаемые щеки 5.

Основным конструктивным элементом системы охлаждения является охлаждающее кольцо 3. Оно состоит из распредели­тельной камеры А, образованной верхней 8 и нижней 9 губками кольца, экрана 7 и коллектора В.

Типичные конструктивные схемы охлаждающих колец при­ведены на рис. 5.46. Во многих конструкциях угол наклона вы­ходной щели кольца, определяющий интенсивность охлаждения и стабильность рукава, регулируется в диапазоне от 0 до 90°. При выборе размеров распределительной камеры и каналов кольца важно согласовать предельную скорость обдува с гид-

Рис. 5.48. Система охлаждения рукава с устройством для внутреннего охлаж­дения. Пояснения в тексте.

Равлическим сопротивлением кольца. Наиболее равномерный поток создается в безлабиринтных воздушных кольцах (рис. 5.46, а) или во вращающихся кольцах (5.46, б).

Для стабилизации положения рукава используют аэродина­мический эффект, сущность которого состоит в локальном сни­жении давления, достигаемом за счет увеличения скорости те­чения воздуха в зазоре между элементами кольца и поверхно­стью рукава.

Охлаждающее кольцо при использовании аэродинамического эффекта струи (рис. 5.47) работает следующим образом. Вы­ходящий из щели кольца воздушный поток вначале попадает в полость а, образованную поверхностью рукава и насадкой 7. В направлении движения воздуха поперечное сечение полости а уменьшается. Размер полости и ее форма определяются поло­жением вставки 8 (углом наклона выходной щели) и высотой конической насадки. В узком зазоре выходной щели полости б скорость воздушного потока возрастает, а гидростатическое дав­ление в потоке уменьшается. В результате в этом месте возни­кает стабилизирующая сила. Положение минимального зазора определяется формой насадки 7, а также размером и формой пленочного пузыря. Стабилизация пленочного рукава за счет аэродинамического эффекта струи позволяет в 2—2,5 раза уве­личить скорость обдувающего пленку воздуха и соответственно интенсивность охлаждения.

Еще более эффективны системы с охлаждением воздуха в пузыре. Различают два вида устройств внутреннего охлажде­ния: охлаждение замкнутого в пузыре объема воздуха и охлаж­дение путем обмена воздуха в пузыре. В первом случае воздух в пузыре охлаждается в теплообменнике, установленном на дорне головки. Недостаток таких устройств — малая эффектив­ность охлаждения при большой энергоемкости.

Более совершенна система внутреннего охлаждения пузыря путем полного обмена находящегося в пузыре воздуха (рис.

5.48) . Такая система состоит из кольца наружного охлажде­ния 4, нагнетающего 8 и отсасывающего 7 вентиляторов; трубо­проводов для подачи и отсоса воздуха из пузыря, автомата конт­роля и регулирования ширины пленки 3, управляющего регули­рующей заслонкой 6; распределительного устройства 9; устрой­ства стабилизации положения рукава 10, закрепленного на фор­мующей головке 5; тянущих валков 1 и складывающих щек 2.

Распределительное устройство 9 стабилизирует воздушный поток в зоне вытяжки рукава, препятствуя его сжатию (образо­ванию на нем продольных складок). Главной частью системы является автомат контроля и регулирования ширины и толщи­ны пленки, поддерживающий заданный режим работы вентиля­торов подачи и отсоса воздуха в пузырь. Контролируются и ре­гулируются следующие параметры: диаметр рукава на линии затвердевания, высота установки датчиков диаметра рукава, расход воздуха, подаваемого в пузырь и отводимого из него, ко­нечные ширина и толщина пленки.

Системы контроля и регулирования диаметра рукава разли­чают по следующим признакам: независимое регулирование диа­метра рукава и расходов воздуха на входе и выходе из пузыря или совмещенное регулирование диаметра рукава и расходов воздуха на входе и выходе из пузыря (т. е. регулирование рас­хода производится по результатам замера диаметра). Второй принцип проще, и поэтому используется более широко. При этом время запаздывания, зависящее от высоты линии затвер­девания и скорости вытяжки, определяется местоположением датчика диаметра относительно формующей головки.

Приемное устройство в агрегате для производства рукавных Пленок состоит из стабилизирующего устройства, устройства складывания и вытяжки пленки и намоточного устройства (рис.

5.49) . Стабилизирующее устройство 2 служит для фиксации по­ложения пузыря относительно вертикали, проходящей через центр кольцевой щели формующей головки и зазор между тя­нущими валками. Оно представляет собой шахту квадратного,

Рис. 5.49. Приемное устройство для ру­кавных пленок. Пояснения в тексте.

Ромбовидного или цилиндричес­кого сечения. Его располагают на эстакаде 1 в зоне постоянно­го диаметра рукава перед скла­дывающим устройством 3. Стен­ки шахты выполняют из планок или роликов, коэффициент тре­ния материала которых о поли­мерную пленку невелик. Ролики могут быть неподвижными или вращающимися за счет контакта с движущимся рукавом. Число их по вертикали может состав­лять от 1 до 10.

Складывающее устройство 3 предназначено для сплющивания рукава и состоит из двух рам, на которых обычно закрепляют полированные деревянные план­ки. Щеки с деревянными планками обычно применяют в агре­гатах для производства широкоформатных рукавных пленок. Для уменьшения трения пленки о щеки их поверхность иногда покрывают бумагой или тканью. В некоторых случаях приме­няют перфорированные алюминиевые листы или древесностру­жечные плиты. При изготовлении толстых пленок (6^3=0,2 мм), а также пленок из пластифицированного ПВХ применяют ох­лаждаемые металлические щеки. Изменение угла между щека­ми производят при помощи винтовых механизмов 8.

Фальцовочные устройства 4 предназначены для формирова­ния боковых продольных складок (фальцев) при сплющивании рукава. Такие складки позволяют уменьшить ширину сложен­ного рукава и благодаря этому при неизменной длине валиков приемных и намоточных устройств изготавливать пленку боль­шей ширины. Фальцовочное устройство состоит из треугольных плит (или рам), расположенных с противоположных сторон ру­кава. Каждая плита одним из углов обращена к зазору между тянущими валками, основания плит перпендикулярны зазору и параллельны верхней плоскости формующей головки. Плиты можно перемещать вдоль зазора и изменять угол их наклона относительно основания. Глубина фальцовки определяется уг­лом наклона плит фальцовочного устройства, который подбира­ется экспериментально.

Тянущее устройство, состоящее из валков 5 и 6, предназначе­но для продольной вытяжки пленки и ее дальнейшего транспор­тирования через устройства охлаждения и приема. Обычно оно состоит из пары обрезиненных (один может быть металличес­ким) валков; один из валков вращается от электропривода с
бесступенчатым регулированием частоты вращения. Прижим валков осуществляется с помощью пружин или пневмоцилинд - ров. Для уменьшения усилий намотки перед намоточным устрой­ством устанавливают дополнительные тянущие валки.

Складывающие устройства для уменьшения ширины наматы­ваемого рукава имеют треугольную форму (при складывании рукава вдвое) или форму фасонного желоба (при загибе края пленки). Треугольное складывающее устройство представляет собой сварную раму, края которой, соприкасающиеся с плен­кой, скруглены и тщательно отполированы. Его устанавливают за тянущими валками. В устройстве с фасонным желобом 11 края пленки постепенно отгибаются так, что в сечении полотно вначале приобретает ГІ-образную форму, а затем отогнутые края прижимаются к полотну. Конструктивно складывающее устрой­ство состоит. из двух желобов, установленных по краям плен­ки, с плавно изменяющимся в направлении движения пленки профилем. Оба устройства позволяют уменьшать ширину полот­на в 2 раза. Сложенное полотно валками 12 отводится к намо­точному устройству.

Ширительно-центрирующие валки 7 предотвращают образо­вание складок на сложенном рукаве и удерживают полотно в нужном положении относительно продольной оси агрегата. В качестве валков ширительного устройства применяют: изогну­тые обрезиненные валки (максимальный прогиб в середине вал­ка) ; валки с расходящейся в обе стороны от середины винтовой нарезкой; две пары наклонных обрезиненных валков, оттяги­вающих края полотна в противоположные стороны.

Устройство продольной резки пленки на два и более плос­ких (одинарных или двойных) полотна состоит из одного или нескольких ножей 9, устанавливаемых в держателях между при­емными валками 10 и намоточным устройством.

Намоточное устройство предназначено для приема готовой пленки и сматывания ее в рулон. Конструктивно любое намо­точное устройство состоит из сварной станины, на которой уста­новлен регулируемый электропривод для вращения бобины, ме­ханизмы крепления бобины, отрезания и перезаправки полотна.

По виду привода бобины намоточные устройства подразделя­ются на центральные, периферийные (контактные) и комбини­рованные.

В намоточных устройствах центрального типа рулон нама­тывается на шпулю, установленную на приводной штанге. При­меняют два способа привода штанги: при постоянном вращаю­щем моменте или при постоянном натяжении (момент возраста­ет). В первом случае натяжение полотна по мере увеличения диаметра рулона снижается, и внешние слои пленки наматыва­ются не очень плотно. Способ привода определяет схему управ­ления электроприводом.

Автоматизированное намоточное устройство центрального ти­па (рис. 5.50) состоит из станины 1, пневмоцилиндров 11, двух-

Позиционной кар-усели 4, привода 2, шпуль (бесштангового креп­ления) 3 и 6, заправочно-отрезного приспособления 10, прижим­ного валка 7, компенсирующего ролика 12, отклоняющих роли­ков 5, шпулярника 13, механизма подачи шпуль 15 и приемника шпуль 14. При намотке пленочное полотно поступает из прием­ного устройства через отклоняющий ролик 16 на компенсирую­щий ролик 12 с противовесом. Ролик 12 связан с сельсином си­стемы управления намотки и поддерживает постоянное натяже­ние полотна. Величина натяжения задается массой противовесов компенсирующего ролика. Полотно с компенсирующего ролика через отклоняющие ролики 16' и прижимной валок 7 поступает на шпулю 6, где наматывается в рулон заданного диаметра, при достижении которого автоматически включается привод карусе­ли 4, и намотанный рулон из положения намотки 6 переходит в положение съема 3. При этом один из пневмоцилиндров. 11 пе­ремещает заправочно-отрезной механизм 10, состоящий из рыча­гов,- на которых установлены нож 8 и заправочная щетка 9. Нож отрезает полотно, а щетка заправляет его свободный конец в зазор между вращающейся шпулей 6 и прижимным валком 7. В положении съема вращение шпули с рулоном прекращается, зажимы крепления шпули разводятся с помощью пневмоцилинд­ров (на схеме не показаны), и рулон скатывается в приемник, откуда поступает на внутрицеховой транспорт. Из шпулярни­ка 13 вилка 14 захватывает новую шпулю и пневмоцилиндром 15 подает ее в зажимы вместо снятого рулона.

Намоточные устройства периферийного (контактного) типа отличаются тем, что в них шпуля (а затем и рулон) приводится во вращение за счет трения от вращающегося с постоянной ча­стотой барабана, т. е. вращающее рулон тангенциальное усилие прикладывается непосредственно к поверхности рулона.

Намоточное устройство периферийного типа, обеспечиваю­щее одновременную намотку двух полотен пленки (рис. 5.51), состоит из станины 1, отклоняющих роликов 2, ножа продольной резки 3, тянущих валков 8, регулируемого электропривода 9, направляющих рычагов 7, предназначенных для крепления ру­лонов 5. При намотке полотно А поступает через отклоняющий ролик к ножам 3, обрезающим с двух сторон кромки рукава, ко­торый затем разделяется на два полотна; каждое из них про­ходит через отклоняющие ролики 2 и, попадая в зазор между барабаном 4 и рулоном 5, наматывается на него. Ось шпули 6 фиксируется в пазах направляющих рычагов 7 в горизонталь­ном положении, располагаясь параллельно оси барабана 4. По мере увеличения диаметра рулона рычаги 7 отклоняются, со­храняя параллельное расположение осей рулона и барабана. По достижении заданных размеров рулона рычаги 7 опускают ру­лон на приемник, снабженный гидравлическим демпфером.

Аппаратура управления, к которой относятся система авто­матизированного электропривода червяка и рабочих органов оборудования и системы контроля и регулирования параметров технологического процесса, должна удовлетворять следующим требованиям: а) поддерживать с требуемой точностью заданные технологические параметры рабочего процесса; б) обеспечивать возможность независимого регулирования рабочих параметров в

Установленном диапазоне рабочих характеристик; в) обладать высокой эксплуатационной надежностью и быть безопасной в обслуживании; г) иметь возможность подключения к централи­зованным системам АСУ.

Этим требованиям удовлетворяют современные системы электропривода с тиристорным управлением, а также системы измерения и регулирования основных параметров процесса (тем­пературы нагревателей, температуры и давления расплава, тол­щины и ширины пленки и т. д.). Регулирование частоты враще­ния электродвигателя приемно-намоточных устройств произво­дят по схеме тиристорный преобразователь — двигатель посто­янного тока (см. разд. 5.2). Технические характеристики отече­ственных агрегатов для производства полиэтиленовых пленок приведены в табл. 5.4.