Переработка пластмасс

Узел пластикации для переработки пластмасс

Наибольшее распространение на литьевых машинах получил узел пластикации, по принципу действия сходный с одношнековым экструдером. Его отличие от типового экструдера, в котором шнек вращается непрерывно и не изменяет своего осевого по­ложения, заключается в том, что шнек литьевой машины вращается периодически и может совершать возвратно-поступательные движения вдоль оси материального цилиндра.

Другим типом пластикатора является рам-, или плунжерный, экструдер для переработки пластмасс— са­мое первое устройство для литья под давлением. Преимущество плунжерного экс­трудера состоит в простоте конструкции, а также в возможности создания высоко­го давления и обеспечении высокой скорости впрыска расплава. Основными не­достатками таких пластикаторов являются чрезвычайно медленное плавление полимерного материала и низкое качество гомогенизации расплава. При значи­тельном повышении требований к качеству отливаемых изделий из пластмассы  и росте их габари­тов плунжерные экструдеры утратили свою популярность и были вытеснены пластикаторами шнекового типа. В некоторых способах пластикации, например 2-ступенчатой, используется сочетание обоих типов; такие узлы носят название шнек-плунжерных пластикаторов.

Плунжерный экструдер для переработки пластмасс

В узле пластикации происходят захват твердых гранул на входе, нагревание мате­риала и доставка расплава под высоким давлением в форму для литья на выходе. Для этого существует несколько возможностей. Одной из первых конструкций был односту­пенчатый плунжерный экструдер, который в настоящее время используется редко. В этом устройстве твердые гранулы поступают в обогреваемую камеру, где полимер и расплавляется.

Двухступенчатый плунжерный экструдер для переработки пластмасс

Ограниченность возможностей одноступенчатого плунжерного экструдера при­вела к созданию двухступенчатого устройства. В таком узле пластикации использу­ются два плунжерных экструдера. Первый — для плавления полимера и подачи его во второй экструдер, из которого расплав подается в литьевую форму под высоким давлением.

Переработка пластмасс шнековым экструдером с плунжерным насосом

В узле данного типа традиционный шнековый экструдер используется для плав­ления и смешения материала. Затем расплав пе­ремещается в плунжерный экструдер, который предназначен для проталкивания расплава в литьевую форму (рис. 4. 1).

В пластикаторах такого типа облегчается пе­реработка пластмасс наполненных вязких полимерных ма­териалов. Например, их обычно используют при переработке так называемой объемной формо­вочной смеси — композиции из термореактивно­го сложного полиэфира и стекловолокнистых наполнителей. В данном случае вязкая смесь расплавляется и гомогенизируется в экструдере, а затем подается в камеру плунжерного экстру­дера.

Плунжер

Шнек с возвратно-поступательным движением

Шнек с возвратно-поступательным движением (ВП-шнек) наиболее часто исполь­зуется в узлах пластикации современных литьевых машин. Поскольку такой тип уз­ла очень важен, он будет описан более подробно. Важнейшими его элементами явля­ются шнек, обратный клапан, материальный цилиндр, сопло и привод шнека.

Шнек для переработки пластмасс

На рис. 4. 2 представлена схема узла пластикации для переработки пластмасс. Важнейшей его частью явля­ется шнек. Он представляет собой длинный цилиндр с одной или более винтовы­ми нарезками и возвратным клапаном на конце (рис. 4. 3). Такое устройство часто на­зывают винтом Архимеда (именно он изобрел принцип винтового конвейера более трех тысяч лет назад). При вращении шнека материал перемещается, нагревается и смешивается, а в некоторых случаях происходит и дегазация расплава полимера. Де­газация, или удаление летучих, происходит в агрегатах с вентиляционным устройст­вом в материальном цилиндре, что требует специальной геометрии шнека — так на­зываемого двухзонного шнека.

Основным требованием к ВП-шнеку является доставка гомогенного высокока­чественного расплава к концу шнека в течение цикла и от цикла к циклу. Понятие «гомогенный» относится как к однородности температуры, так и к консистенции.

Шнековая Загрузочный       Гидравлический

камера Шнек       бункер цилиндр

Сопло   Наконечник     Нагреватели Привод

шнека вращения шнека

Рис. 4. 2. Узел пластикации литьевой машины с возвратно-поступательным движением шнека

-D

Общая длина 20D

Рис. 4. 3. Типовой шнек пластикатора для литья под давлением

Переработка пластмасс и пластикация

Хорошая гомогенность расплава лучше всего достигается при использовании рас­пределяющей зоны смешения па конце шнека. Смешение мы рассмотрим более подробно в последующих разделах.

Конструкция шнека для переработки пластмасс  литьем под давлением

Общепризнано, что в традиционной экструзии без возвратно-поступательного движения шнека правильный выбор его конструкции имеет принципиальное значе­ние для производства листов, пленок, труб и других профилей. Однако при литье пластмасс под давлением, когда узел пластикации обычно представляет собой экструдер с воз­вратно-поступательным движением, часто предполагается, что конструкция шнека имеет меньшее значение. Это допущение неверно. Технология конструирования шнеков для экструдеров без возвратно-поступательного движения за много лет сво­его существования получила существенное развитие. Об этом свидетельствуют по­стоянное повышение производительности процесса и повышение качества изделий из пластмасс, а также значительное число публикаций по этой тематике. С другой стороны, конст­руированию шнеков для пластикаторов с возвратно-поступательным движением внимания уделялось явно недостаточно, несмотря на то что литьевые машины ста­новились все более сложными с точки зрения контроля и управления производст­вом при переработки пластмасс, конструкции пресс-форм и т. п.

Основными функциями, выполняемыми экструдером со шнеком без возврат­но-поступательного движения, являются перемещение твердых веществ, плавление, перемещение расплава, смешение и иногда удаление летучих. Аналогичные функ­ции выполняются и в системе с возвратно-поступательным движением шнека, при­чем единственное отличие в том, что при этом шнек двигается вперед-назад и про­цесс является циклическим, а не непрерывным. Если требуется постоянство свойств расплава от цикла к циклу, процессы перемещения материала, нагрева и смешения должны воспроизводиться с высокой точностью. Таким образом, усовершенствова­ния конструкции шнеков обычных экструдеров вполне применимы и для пластика­торов с возвратно-поступательным движением шнека, но требуют дополнительной модификации.