Процессы >> Экструзия пленок >> Методы экструзии пленок

Под экструзионным производством понимают способ переработки полимерных материалов непрерывным продавливанием их расплава через формующую головку, геометрическая форма выходного канала которой определяет профиль получаемого изделия пли полуфабриката.

Основным оборудованием экструзионного процесса является червячный пресс или экструдер, оснащенный формующей головкой. В экструдере полимерный материал расплавляется, пластицируется и затем нагнетается в головку. В абсолютном большинстве случаев используются различные модификации одно- и двухчервячных экструдеров, называемых также червячными прессами. Иногда применяют дисковые и поршневые пластикаторы.

Различают два основных метода экструзии пленки: экструзия с раздувом рукава и плоскощелевая экструзия. Первый метод позволяет получить пленочный рукав, который может быть сложен или разрезан, а по второму методу получают плоскую пленку. Агрегат для экструзии пленки включает в себя экструдер, снабженный соответствующей головкой (фильерой), узел охлаждения расплавленной пленки, тянущий механизм и наматывающее устройство.

Для разных методов экструзии используют различные конструкции экструзионных головок и типы охлаждения пленки.

Тянущие устройства и узлы намотки также различаются.

Конструкция и принципы работы экструдера и головки оди­наковы для обоих методов и вкратце рассмотрены здесь до рассмотрения различных методов производства пленки. В процессе экструзии происходит непрерывное превращение термопластичного материала в виде гранул в изделие, например в пленку. Последовательность стадий процесса приведена ниже:

• 1) пластикация сырья в виде гранул или порошка;
• 2) дозирование пластицированного расплава через фильеру, которая придает ему требуемую форму (например, рукава или плоской пленки);
• 3) охлаждение и фиксирование требуемой формы;
• 4) намотка в рулоны.

Типичный экструдер содержит главный рабочий орган - архимедов винт (шнек), который вращается внутри нагретого цилиндра. Полимерные гранулы поступают через загрузочную воронку, установленную на одном конце цилиндра, и перемещаются с помощью шнека вперед, вдоль цилиндра к головке. При движении вперед гранулы расплавляются за счет контакта tf горячими стенками цилиндра и за счет тепла, выделяющегося от трения. Разогрев за счет трения (экзотермическое тепло) весьма ощутим в современных высокоскоростных машинах и может обеспечить все тепло, требуемое для устойчивого течения, наружный обогрев нужен только для предотвращения остановки машины при пуске, когда материал холодный. Шнек затем продавливает расплавленный полимер через фильеру, которая определяет конечную форму.

Обычно конструкция шнека выбирается в соответствии с видом перерабатываемого полимера. Шнеки характеризуются отношением их длины к диаметру L / D и степенью сжатия. Степень сжатия - это отношение объема витка шнека у загрузочного отверстия к объему витка со стороны головки. Как правило, в одношнековых экструдерах применяют шнеки с отношением L/D от 15: 1 до 30: 1 и степенью сжатия от 2:1 до 4:1.

Шнек экструдера обычно состоит из трех зон: загрузки, сжатия и дозирования. Зона загрузки транспортирует полимер от отверстия под бункером к более горячим секциям цилиндра. Зона сжатия - это зона, где уменьшается глубина нарезки, а значит, и объем витка, что приводит к сжатию плавящихся гранул. Главный эффект сжатия - увеличение сдвигового воздействия на расплавленный полимер, обусловленного взаимным движением поверхности шнека относительно стенки цилиндра. Это улучшает смешение, увеличивает разогрев от трения и приводит к более однородному распределению тепла в расплаве. Назначение последней зоны шнека - дальнейшая гомогенизация расплава, однородное дозирование его через формующую головку, сглаживание пульсации на выходе.

Перед головкой расположена решетка, поддерживающая пакет сеток с крупными и мелкими отверстиями. Эти фильтрующие сетки удаляют загрязнения, которые содержатся в сырье. Это особенно важно в случае получения тонких экструзионных пле­нок, где даже мельчайшие загрязняющие частицы могут образовывать дырки и даже разрушать пленку. Пакет сеток увеличивает также противодавление в экструдере, что улучшает перемешивание и гомогенизацию расплава.

В шнеке обычно есть канал для обогрева его паром или охлаждения водой. Когда требуется максимальное смешение, шнек охлаждают. Это улучшает качество экструдата, но немного понижает производительность.

Выбор правильной конструкции фильеры — важнейшее условие течения материала без «мертвых зон», где материал может застаиваться и разлагаться из-за перегрева. Это особенно важно в случае ПВХ, у которого точка разложения материала близка к температуре, необходимой для нормального течения.

Одно из последних новшеств в конструкции экструдеров - зона дегазации, позволяющая удалять из расплава все летучие компоненты до выхода из головки. Это достигается освобождением расплава от состояния сжатия, в котором он находился, в результате чего вода и другие летучие испаряются, а расплав вспенивается. Фактически используется система как бы из двух шнеков, разделенных зоной дегазации. Первый имеет три секции - загрузки, сжатия и дозирования, причем последняя имеет мелкую нарезку и обычно заполнена. Второй шнек имеет зону дегазации, заполняемую расплавом первого шнека, за которой снова следует зона дозирования. Зона дегазации имеет более глубокую нарезку, чем последний виток первого шнека; таким образом, полимер внезапно попадает в больший объем, вследствие чего давление падает.

Образующаяся при выделении летучих пена снова сжимается и подается в головку. Летучие пары удаляют или через вентиляционные отверстия в цилиндре, или через полость в шнеке и отверстие в одном из гребней шнека в зоне дегазации. Иногда используют вакуум для облегчения удаления газов. Вакуумные воронки можно использовать для сухосмешанных порошков с целью уменьшения пористости, когда шнек должен быть уплотнен, чтобы предотвратить просыпание порошка.

Выпускают и многошнековые экструдеры, чаще - двухшнеко-вые, которые имеют свои преимущества и недостатки. В целом многошнековые машины дороже из-за более сложной конструкции и менее устойчивы в работе, однако обладают лучшими свойствами транспортировки и смешения. Из-за более высокого напорного эффекта многошнековые экструдеры производят меньше сдвигового тепла, что делает их очень подходящими для материалов, чувствительных к перегревам, имеющих низкий коэффициент трения и тех, что должны выходить из головки при низких температурах.