19. Червячные машины. Виды экструдеров. Физические основы процесса экструзии.

Экструзия — метод и процесс получения изделий из полимерных материалов (резиновых смесей, пластмасс, крахмалсодержащих и белоксодержащих смесей) путем продавливания расплава материала через формующее отверстие в экструдере.

Экструдер — это машина для непрерывной переработки полимерного сырья (гранул, дробленки, агломерата) в однородный расплав и придания ему формы путём продавливания через экструзионную головку и специальное калибрующее устройство, сечение которого соответствует конфигурации готового изделия.(210-220 оС)

Основные виды экструзионных машин представлены следующими агрегатами:

* одношнековыми,

* двухшнековыми,

* поршневыми

* дисковыми агрегатами.

Существуют также многошнековые экструдеры, выдувные, пленочные, а также специальные экструзионные линии для производства труб. В зависимости от типа экструдера, главным рабочим органом является шнек (винт/червяк), диск или поршень. 

Одношнековые экструдеры  На машинах данного типа производят пленки, листы, трубы, различные профили. Установка барьерных шнеков в значительной степени повышает уровень производительности таких агрегатов за счет увеличения коэффициента передачи тепла от цилиндра к расплаву. Снизить потребление энергии при одновременном увеличении производительности экструдера позволяет зона загрузки с прямой или винтовой нарезкой, а также наличие системы охлаждения водой.

Двухшнековые экструдеры представлены коническими и параллельными агрегатами. Конические экструдеры перерабатывают ПВХ, который представлен в виде порошка или гранул и предназначен для изготовления профильных изделий. Данный тип машин способен генерировать давление, которое обеспечивает высокий уровень гомогенизации расплава ПВХ в условиях короткого рабочего цикла. В экструдерах, работающих с ПВХ, шнеки вращаются встречно, в результате чего в цилиндр подается материал, уменьшается уровень внутреннего трения и не повышается температура полимера. 

Поршневые (бесчервячные) экструдеры применяются редко из-за невысокого уровня пластификационной производительности и давления. Такие машины, в основном, работают с материалом политетрафторэтилен. Они являются дорогим и сложным оборудованием, которое требует больших производственных площадей и комплексного обслуживания.

Дисковые экструдеры, также как и поршневые, используются редко. Работа дискового экструдера заключается в перемещении полимерного сырья и нагнетании давления благодаря адгезии материала к подвижным частям конструкции машины. Экструдеры данного типа могут быть однодисковыми или многодисковыми. Многодисковый агрегат позволяет нагнетать давление расплава на выходе намного выше, чем давление расплава в обычном одношнековом экструдере, но конструкция его сложна.

В экструдере проходят сложные химические и физические процессы – нагрев, экструзия и гомогенизация гранул полимера. Экструдер делят на три зоны: загрузки, плавления и формирования готового изделия.

Экструзионный процесс состоит в последовательной пластификации и перемещении материала шнеком за счет вращения внутри материального цилиндра. Как следствие, материальный цилиндр делится на зону питания, пластификации и дозирования (выпрессовывания).

В зоне питания гранулы или порошок перерабатываемого полимера поступают в пространство между витками шнека и уплотняются.

В зоне пластификации и плавления перерабатываемое сырье подплавляется в местах примыкания к поверхности цилиндра, как результат пластифицируется, что обеспечивает смесительный эффект. Повышение уровня давления, в основном, происходит в пограничном пространстве между зоной питания и зоной пластификации и плавления. Здесь спрессованный материал образует пробку и скользит по шнеку (в зоне питания материал твердый, в зоне пластификации – плавящийся).

В зоне дозирования расплава полимер гомогенизируется, но еще состоит из твердых и расплавленных частиц. К концу зоны сырье становится полностью гомогенной массой и продавливается сквозь формующую головку.