ТЕМАТИЧЕСКИЕ НОМЕРА

В середине двадцатых годов нынешнего века первые опыты по экструзии различных типов ПВХ положили начало современной экструзионной технологии. Примерно в это же время Роввел и Финлазин вели первые теоретические исследования шнековых экструдеров. Первый шнековый экструдер, созданный специально для переработки появившихся термопластических материалов, был создан в Германии в 1935 г.

Шнековый экструдер эффективно и непрерывно превращает твердый полимер в расплав и нагнетает высоковязкий расплав в профильную головку под большим давлением. Иначе говоря, экструдер совмещает свойства расплавителя и насоса.

В целом работа экструдера в физическом понимании и математическом описании достаточно сложна. На сегодняшний день не существует единой теории экструзии, имеются лишь упрощенные модели процессов движения, плавления и смещения для каждой из зон шнека.

Область применения экструдеров для переработки термопластических пластмасс весьма широка: оболочки кабелей, пленка, пластины, трубы, строительные материалы (стеновые панели, электрокороба, сайдинги, плинтуса), профили самой различной конфигурации, в том числе и оконные. Перерабатываться могут такие материалы как полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид (ПВХ).

Поскольку ПВХ после полимеризации принимает порошкообразную форму и нуждается в перемешивании с различными добавками, то это привело к разработке и широкому применению двухшнековых экструдеров. На одношнековых экструдерах применяется почти исключительно гранулят. Кроме того переработка гранулята значительно более дорогая. В Европе в настоящее время в год изготавливается примерно 1100 одношнековых и 600 двухшнековых экструдеров (не считая малых коэкструдеров и лабораторных экструдеров). На сегодняшний день выпускаются экструдеры с диаметрами шнеков от 25 до 500 мм. Создан экструдер с диаметром 900 мм. Различают экструдеры горизонтального и вертикального направлений.

Зазор между шнеками и цилиндром экструдера составляет в среднем 0,2 - 0,3 мм. Шнеки в процессе работы определенным образом центрируются самой массой пластического материала.

Для шнеков и цилиндров используются марки стали, которые при высоких и меняющихся температурах практически не подвергаются деформации. Для снижения износа верхние кромки витков шнеков и стенки цилиндров нитрируются, т.е. “пропитываются” азотом на глубину нескольких мкм. Износу препятствует также “смазка” пластическим материалом, при работе “в сухую” вращающийся шнек может быть выведен из строя в самое короткое время.

Для переработки ПВХ применяются в основном двухшнековые экструдеры со шнеками, вращающимися в противоположных направлениях и витками плотно входящими друг в друга (плотного зацепления). Они наилучшим образом подходят для этого с точки зрения создания необходимого давления, скоростей резания и продолжительности пребывания смеси в экструдере. Чем уже зазор между двумя шнеками, тем меньше материала проходит через этот зазор и очень большая часть его скапливается в нижней части цилиндра экструдера и заполняет свободное междувитковое пространство. Таким образом, та часть материала, которая не проходит через междушнековый зазор, принудительно продавливается вперед.

В результате использования шнеков плотного зацепления двухшнековый экструдер работает как насос. В замкнутых С-образных камерах (полостях между витками шнека) в результате подвода тепла и механической энергии смесь расплавляется. Перемешивание расплава происходит только в результате обратного потока через узкий зазор между шнеками. Доля энергии, идущая на расплавление через теплопередачу, однако невелика. Основная часть энергии для пластификации обусловливается через механическую энергию привода, преобразуемую в тепловую энергию (85% для конических шнеков и 65% для цилиндрических).

В зоне входа осуществляется захват смеси и ее предварительный разогрев через внутреннее и внешнее трение, а также теплопередачу. В зоне пластификации этот процесс продолжается до того состояния, когда порошок смеси на поверхности настолько нагревается, что под влиянием механической энергии он начинает агломерироваться. После начала процесса агломерации начинают быстро образовываться крупные агломераты, создающие большее сопротивление процессу резания.

Важным элементом экструдера является дозатор, имеющий, как правило, дозирующий шнек, с помощью которого осуществляется точная регулировка подачи сырья.

Зона сжатия поддерживает процесс пластификации путем того, что осуществляется дальнейшее уплотнение агломерата и возрастает обратное давление в направлении зоны пластификации. В результате этого давления усиливается обратный поток смеси через зазор обоих шнеков. Кроме того зона сжатия служит уплотнением перед зоной дегазации.