Теория и практика экструзии полимеров

АГРЕГАТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ОБЪЕМНЫХ ИЗДЕЛИЙ МЕТОДОМ ЭКСТРУЗИИ С РАЗДУВОМ

В связи с использованием тары из полимерных материалов дли транспортировки и хранения пищевых продуктов и различных то варов химической, фармацевтической, нефтеперерабатывающей, парфюмерной и других отраслей промышленности резко возросла потребность в увеличении производства объемных (полых) и зле лий из термопластов методом экструзии с раздувом. Многие объемные изделия из термопластов (бочки, фляги, канистры, бу­тылки и т. д.) невозможно изготовить ни одним из известных ме­тодов, кроме метода раздувного формования. Преимуществами данного метода являются: сравнительная простота технологии производства, высокая производительность оборудования, воз можность автоматизации производства, невысокая стоимость ос­настки. Наиболее распространенным методом производства объемных изделий является раздувание воздухом трубчатой заго­товки, полученной экструзией в открытое пространство.

Заготовку из термопласта для раздувания можно получать на литьевых или экструзионных машинах. Соответственно различа­ют два метода производства раздувных объемных изделий: литье­вой и экструзионный.

Сущность литьевого метода состоит в следующем: термопласт, доведенный до вязкотекучего состояния в пластикаторе литьевой машины, впрыскивается под давлением в предварительно сомкну­тую литьевую форму, внутри которой укреплен пустотелый сер дечник (рис. 6.1, а). Трубчатая заготовка оформляется в зазоре между сердечником и внутренней поверхностью литьевой формы. Заготовка может быть отлита по форме, близкой к раздуваемому изделию. При литье нераздуваемые части (горловина емкостей, резьба, ручки и т. д.) могут полностью соответствовать готовому изделию. После оформления заготовки (рис. 6.1, в) литьевая фор­ма сразу же размыкается (рис. 6.1, а), и сердечник вместе с горя­чей заготовкой переносится в раздувную форму (рис. 6.1, г).

После смыкания полуформ раздувной формы через отверстие в сердечнике внутрь заготовки подается сжатый воздух, и заготов-

й Т я д Q

ШИШОК 1

б в где

Гис. 6.1. Схема протводстьа раздувных изделий по литьевому методу

>.i раздувается по конфигурации оформляющей полости формы (рис. 6.1, д)у при этом толщина стенок заготовки уменьшается, а и размеры по сечению увеличиваются в несколько раз. Изделие • »ч ыжяается подаваемым на раздувание холодным воздухом, а так - м - при контакте с поверхностью оформляющей полости полуфор - 41.1, которая охлаждается водой. По окончании охлаждения изде- 111м полуформы размыкаются и изделие удаляется (рис. 6.1, е).

Литьевой метод производства раздувных объемных изделий по­ни» шет получать изделия сложной конфигурации с равномерной юл шиной стенок. Отходы материала при производстве объемных ипелий литьевым методом отсутствуют. Однако такое лроизвод - (I но требует значительных капитальных затрат, ввиду высокой i ишмости литьевых машин, и дополнительных затрат на изготов­ил ше дорогостоящих литьевых форм. Поэтому данный метод ре­комендуется для производства небольших емкостей, несмотря на Iо, что качество изделий, раздуваемых из заготовок, полученных шгьем под давлением, значительно выше, чем изделий, раздувае­мых из заготовок, полученных методом свободной экструзии.

У изделий, полученных литьевым методом, отсутствуют свар­ные швы, что предотвращает образование трещин, возникающих в результате концентрации напряжений по месту сварных швов за - ютовок. Кроме того, заготовка, полученная отливкой в замкнутую полость формы, имеет более равномерную температуру и толщину i генок.

Широкое распространение получил экструзионный метод, обеспечивающий высокую производительность оборудования при сравнительно невысоких капитальных затратах.

Сущность экструзионного метода состоит в следующем (рис. 6.2): перерабатываемый полимер в виде расплава из материального ци - шндра 2 шнеком / подается в угловую головку 3, откуда выдавли­вается в виде трубчатой заготовки 7через кольцевой зазор, образо­ванный дорном 4 и мундштуком 6. По достижении необходимой мины заготовки полуформы £ смыкаются с помощью пневмо -

или гидроцилиндров 9, зажимая один конец заготовки на форму­ющем ниппеле (в данном случае ниппелем служит конец дорна •/) и сваривая другой ее конец с помощью пресс-кантов полуформ. Чс рез трубку 5 с краном внутрь заготовки подается сжатый воздух 10 на ее раздув (рис. 6.2, 6). После охлаждения изделия полуформы размыкаются и изделие удаляется (рис. 6.2, в).

Воздух на раздув заготовок, полученных выдавливанием термо пласта через формующий инструмент в атмосферу, может поли ваться сверху — через отверстие в дорнс экструзионной головки (рис. 6.3, 1), снизу — через отверстие в формующем ниппеле, на ко­торый в процессе выдавливания надевается заготовка (рис. 6.3, II). или через дутьевую иглу (рис. 6.3, III).

Самым простым является способ подачи сжатого воздуха мп раздув заготовки через полую дутьевую иглу. Дутьевая игла дни метром 2—2,5 мм вводится в зажатую полуформами разлувнои формы размягченную пластмассовую заготовку прокалыванием последней, и через отверстие в игле воздух подается внутрь за го товки для се раздува.

Другим распространенным способом подачи воздуха на раздуй заготовок является подача снизу, через формующий ниппель. При этом методе трубчатая заготовка находится над полым ниппелем, наружный диаметр которого соответствует внутреннему диаметру горловины готового изделия. Горловинная часть раздувной формы при смыкании последней прижимается к пластицнроваиному ма териалу, выдавливает наружу излишек его и таким образом фор мирует гладкое отверстие в горловине. И этом случае обычно но требуется последующей обработки горловины внутри. Однако и большинстве случаев необходимо отделять от горловины выдан ленный формой избыток материала. Подача воздуха снизу исполь зуется, например, при формовании многогорловых сосудов. Такие сосуды изготавливают раздувом с применением нескольких ним целей. В зависимости от относительного движения заготовки и

и*» кформ приемного устройства требуется в некоторых случаях приспособление, которое перед смыканием полуформ ориентиру-

• I ыготовку относительно ниппеля. Необходимость в установке кого приспособления, а также специальных механизмов для съе - ма ютовых изделий с ниппеля и их удаления является недостат - »ом способа подачи воздуха снизу.

Рекомендуется применять способ подачи сжатого воздуха

• верху, через отверстие в дорне. В этом случае отпадает необходи­мость в точном фиксировании положения заготовки относительно приемного устройства и появляется возможность раздувать заго - нтки нецилиндрической формы для получения прямоугольных и in овальных изделий.

Недостатком экструзионного метода производства объемных и иелий раздувом является неравномерная толщина стенок (раз­но юлщинность) изделия, возникающая в результате разнотол - ипшности заготовки по ее высоте из-за вытяжки под действием «ипственного веса за время экструзии, а также из-за неравномер­ности температуры заготовки по высоте (более низкую температу­ру имеет нижняя часть заготовки, которая за время выдачи после - ineii успевает охладиться). Другой недостаток этого метода — боль­шое количество отходов, достигающее в некоторых случаях 50 % от массы изделия.

И зависимости от массы изделия раздувные агрегаты выпуска­нием без копильника и с копил ьн и ком, назначением которого яв-

Рис. 6.4. Схема экструзноино-разлувного агре­гата с горизонтальным расположением экстру­дера

Рис. 6.5. Схема экструзнонно-раздувного агрега­та с вертикальным расположением экструдера

ляется прием расплава полимера от экструдера во время охлажде ния изделия и быстрое выдавливание через прямоточную головку трубчатой заготовки.

На рис. 6.4 представлена конструктивная схема раздувного аг­регата без копильника, с горизонтальным расположением экстру­дера. Экструдер / подает готовый расплав полимера в угловую го­ловку 2 откуда тот в виде трубчатой заготовки 4 полается на нип­пель 5, после чего экструдер останавливается, а полуформы S смыкаются (механизм смыкания не показан); заготовка срезается ножом 7, и подачей сжатого воздуха происходит раздув заготовки и ее охлаждение. В это время из правых половин приемных усг ройств 3 и 6 извлекается готовое изделие, а пустые полуформы подаются к приему трубчатой заготовки. Подъем и опускание приемного устройства и его возвратно-поступательное движение осуществляются гидромеханическими устройствами (на рис. 6.4 не показаны).

На рис. 6.5 изображен раздувной агрегат вертикального типа. Такая его компоновка позволяет экономить производственную площадь. В раздувных агрегатах вертикального типа для формова­ния трубчатой заготовки применяется прямоточная головка. Пе­рерабатываемый материал из загрузочной воронки 3 транспорт руется шнеком 4, вращающимся в цилиндре 5, к формующему инструменту 6 и выдавливается в виде трубчатой заготовки (на

I*ni 6.5 не показана). Заготов-

* * насаживается на ниппель 8, ми |уформы 7смыкаются, а за - тювка у формующего инст­румента отрезается специаль­ным ножом (на рис. 6.5 не показан). Раздув заготовки

* и уществляется сжатым возду­хом. подаваемым через нип - ие м» 8. Привод шнека 4 осу - пкч I влястся электролвигате - 1ИМП (на рис. 6.5 не показаны) через червячный редуктор 2, а *.im экструдер смонтирован на

* инине /, закрепляемой на

* иециалыюй форме.

Для повышения произво - III1СЛЫЮСТИ экструзионно- р. плувных агрегатов применяются, помимо двухпозиционных приемных устройств, многопозиционные ротационные или ро­торные приемные устройства (рис. 6.6). В таких агрегатах исполь - IVк*гея экструдеры высокой производительности /. работающие непрерывно, и трубчатая заготовка 3 экструдируется через угло - иук) головку 2 вертикально вниз. Раэдувные формы 4 располагают - «я по периферии ротора 5, на котором предусмотрены рычажные механизмы запирания. Число разлувных форм, установленных на роторе, определяется производительностью экструдера и време­нем раздувания и охлаждения изделия в форме.

Для получения объемных раздувных изделий с равномерной m панной стенок, особенно в производстве крупногабаритных из - ie щи, используют высокие скорости выдачи заготовки, т. е. со-

* рлщают время их выдачи. Это достигается двумя способами: при­менением спаренных экструдеров в одном экструэионнс-раздув - ном агрегате или экструдеров с коиильником.

На рис. 6.7 дана конструктивная схема экструзионно-раздувно - и> агрегата для производства крупногабаритных изделий с двумя •кегрудерами / и 3, нагнетающими расплав полимера в угловую юловку 2, откуда он выдавливается в виде трубчатой заготовки 7, насаживаемой на ниппель 6. Раздув заготовки осуществляется »жатым воздухом, подаваемым через ниппель 6 при сомкнутых иолуформах 5, закрепленных на плитах приемного устройства 4. >кструлеры на время раздува заготовки и охлаждения изделия выключаются. По окончании охлаждения форма размыкается, из - юлие удаляется, а экструдеры включаются в работу вновь и цикл повторяется.

Все экструзионно-раздувныс агрегаты для производства круп­ногабаритных изделий можно разделить на машины, имеющие

копильник между экструдером к головкой, и машины, у которые копилышком является цилиндр пластикатора. И раздувных агро гатах последнего типа (рис. 6.8) пластикатор работает по принпи ну литьевых машин. При пластикации перерабатываемого матери ала шнек 7отходит назад, а в гидроцилиндре К) поддержи вас к и давление пластикации от 1 до 5 МПа, в зависимости от типа перс рабатываемого материала. Объем расплава полимера в копилыш кс (в пространстве материального цилиндра между конном шнекй 7и входом в угловую головку //) регулируется положением конем ного выключателя 9, на который давит регулирующий кулачок. V,

• гггко связанный со шнеком 7, который перемешается вправо мри наборе необходимой дозы расплава и влево — при выдавлива­нии трубчатой заготовки. По окончании набора необходимой ним расплава полимера вращательное движение шнека 7прекра - ншется, и под действием давления впрыска в гидроцилиндре Ю шнек перемешается влево, вылавливая расплав из угловой головки II в виде трубчатой заготовки. Подвод пластикатора с трубчатой за-

Iтонкой к полуформам 4 осуществляется гидроцилиндром 6, кото­рым производит возвратно-поступательное движение пластикатора но направляющим (на рис. 6.8 не показаны), установленным на - мнине 5. Возвратно-поступательное движение приемного устрой-

• та / с полуформами 4 в вертикальной плоскости осуществляется и ща одическими домкратами 3 по направляющим колоннам 2.

Основным недостатком экструзионно-раздувного агрегата со и» Iроенным копильником является высокая по сравнению с экст­рудером стоимость пластикатора.

Конструктивная схема экструзионно-раздувного агрегата с раз - i> п. пым копильником показана на рис. 6.9. Пластикация перера - п. пмваемого полимера осуществляется шнеком 19, который вы­маливает расплав полимера в пространство цилиндра 5 между в |унжером впрыска 6 и коническим переходным каналом в кор­пусе головки 2. При наборе дозы расплава плунжер под действием пиления пластикации смещается вправо, перемещая через шток 20 поршень 21 со штоком 12, который через водило //с гайкой Ю « вязан с водилом 9. На валу водила 9 установлены кулачки 7 и 8, мморыс приводят в действие конечные выключатели /7 и 18, уп­равляющие процессами набора дозы расплава и се впрыска. По окончании набора необходимой дозы расплава подачей жидкости

в поршневую полость гидроцилиндра 13 осуществляется выдав m вание расплава полимера плунжером б, приводимым в движение штоком 20и поршнем 21, через угловую головку в виде трубчатой заготовки. Кольцевой зазор заготовки образован дорном 4 с дор нодержатслем / и мундштуком 3. Отрезание трубчатой заготовки и момент ее раздува осуществляется специальным ножом /б, совер шающим вращательное движение по торцу формующего hiictpv мента. Во избежание утечки расплава полимера в экструдере при дусмотрен специальный наконечник 14с клапаном /5, прижима»' щимся в момент впрыска к торцевой поверхности конца шнека /V