Wytłaczanie - teoria - Notatki z wykładu 5 PDF

Preview

Summary

Download Wytłaczanie - teoria - Notatki z wykładu 5 PDF

Description

TECHNOLOGIA WYTŁACZANIA TWORZYW SZTUCZNYCH

1. Podstawowe pojęcia (wytłoczyna, wytłaczarka, kalibrator) Wytłoczyna to przedmiot otrzymywany technologią wytłaczania. Wytłaczarka - maszyna, w której przebiega proces wytłaczania.  



jej zadanie polega na dostarczeniu do głowicy odpowiednio ujednorodnionego tworzywa przy określonym natężeniu przepływu (wydajności procesu), ciśnieniu i temperaturze wytłaczarka składa się z układu napędzającego (silnika, przekładni), układu uplastyczniającego (zasobnika, cylindra, ślimaka, grzejników, wentylatorów) oraz układu sterowania (mocy, temperatury itp.) wytłaczarki można ogólnie podzielić na: jednoślimakowe, dwuślimakowe i specjalnej konstrukcji.

Kalibrator – jego zadaniem jest odprowadzenie z wytłoczonego produktu maksymalnej ilości ciepła tak, aby powierzchnia zewnętrzna produktu uległa utwardzeniu. Średnica zewnętrzna kalibratora jest nieco większa od pożądanej średnicy produktu, gdyż należy uwzględnić skurcz termiczny w czasie dalszego chłodzenia produktu. Konieczne jest stosowanie kalibratorów, ponieważ tworzywo opuszczające ustnik głowicy zmienia swoje wymiary, dla wyrobów precyzyjnych o tolerowanych wymiarach. Typy kalibratorów: • • • •

nadciśnieniowe - stosowane do kalibracji rur podciśnieniowe - stosowane do kalibracji rur, węży na zasadzie przeciągania - stosowane do kalibracji profili otwartych na zasadzie walcowania - stosowane do kalibracji płyt

Efekt Barusa (spęcznienie powytłoczeniowe) polega na pęcznieniu strugi uplastycznionego tworzywa polimerowego opuszczającego głowicę wytłaczarki. W wyniku występowania tego efektu pole przekroju poprzecznego wytłoczyny jest zatem większe od pola przekroju poprzecznego otworu dyszy wytłaczarskiej. Jeżeli profile nie wykazują przekroju kołowego, to przekroje dyszy i wytłoczyny, ze względu na nierównomierne rozszerzanie się materiału, są najczęściej różne. Aby otrzymać kształt wytłoczyny zgodny z oczekiwanym, należy obliczeniowo lub empirycznie zmienić kształt ustnika tak, aby po procesie pęcznienia strugi uzyskać wymagany kształt profilu. Do eliminowania efektu Barusa w linii technologicznej służą urządzenia zwane kalibratorami. Wpływ tego efektu można w pewnym stopniu ograniczyć poprzez odpowiedni dobór parametrów procesu technologicznego.

2. Zasada procesu wytłaczania Proces wytłaczania polega na ciągłym uplastycznianiu tworzywa w układzie uplastyczniającym maszyny i przepychaniu go przez kanały głowicy wytłaczarskiej zaopatrzonej w dyszę wytłaczarską, która nadaje kształt formowanemu profilowi. Materiałem wejściowym jest tworzywo w postaci granulatu, proszku lub mieszanin otrzymanych wg różnych receptur. Materiał podawany jest do ogrzewanego cylindra, uplastycznia się, a następnie po homogenizacji przechodzi przez głowicę. W głowicy pod ciśnieniem formowany jest wyrób, który przechodzi przez kalibrator. Po schłodzeniu wytłoczka jest cięta na wymiar lub nawijana na bęben. Etapy cyklu wytłaczania: a) b) c) d) e)

Uplastycznienie i odgazowanie materiału Uformowanie wyrobu w głowicy Kalibracja kształtu Chłodzenie (wodą lub powietrzem) Cięcie lub nawijanie na bęben

Parametry procesu:  Temperatury (stref grzewczych na cylindrze i głowicy, połówek formy na termostacie)  Prędkości (odciągu, obrotowa ślimaka)

3. Rodzaje wytłaczania (konwencjonalne, autotermiczne, tłokowe, porujące, powlekające)  Wytłaczanie konwencjonalne Najbardziej rozpowszechnioną metodą wytłaczania jest wytłaczanie ślimakowe, w którym wykorzystuje się wytłaczarki o ślimakowym układzie uplastyczniającym.  Wytłaczanie tłokowe Cylinder jest zakończony z jednej strony głowicą z otworem, a z drugiej zamknięty tłokiem. Wytłaczanie tłokiem jest obecnie rzadko stosowane ze względu na brak możliwości mieszania przetworzonego materiału. Proces uplastyczniania przy tej metodzie zachodzi bardzo trudno i tworzywo zmienia swój stan fizyczny ze stałego w plastyczny tylko wskutek ogrzewania od ścianek cylindra.

 Wytłaczanie autotermiczne Proces uplastyczniania tworzywa przebiega bez stosowania grzejników na cylindrze wytłaczarki lub wykonywania kanałów grzejnych w ściance cylindra. Do przebiegu procesu wytłaczania wystarcza strumień ciepła generowany wskutek tarcia tworzywa w układzie uplastyczniającym Aby generowanie ciepła tarcia było dostateczne, prędkość obwodowa ślimaka powinna być stosunkowo duża i wynosić od 1 do 1,5 m/s.  Wytłaczanie porujące Wytworowi w wyniku procesu przetwórczego, nadaje się strukturę dwufazową tworzywo-gaz o możliwie małych i równomiernie rozmieszczonych pęcherzykach gazu. Strukturę porowatą uzyskuje się po wprowadzeniu do tworzywa środka porującego w postaci gazu obojętnego, cieczy niskowrzącej lub ciała stałego, który, jeśli jest w stanie ciekłym lub stałym, przechodzi w gaz w określonych warunkach procesu wytłaczania.  Wytłaczanie powlekające Proces powlekania odbywa się w głowicy wytłaczarskiej kątowej lub też za nią. W procesie tym łączą się adhezyjnie dwa materiały: przemieszczający się ruchem prostoliniowym kabel i przepływające tworzywo. Początkowo tworzywo przepływa pod pewnym kątem do kabla, następnie wielokrotnie zmienia kierunek i ostatecznie otacza kabel powłoką.

4. Ślimakowy układ uplastyczniający Ślimakowy układ uplastyczniający wytłaczarki składa się z:  zespołu mechanicznego utworzonego przez cylinder i obracający się w nim ślimak lub kilka ślimaków  zespołu nagrzewająco-ochładzającego, który tworzą grzejniki i wentylatory mocowane na cylindrze  z urządzeń sterująco-regulujących oraz urządzeń pomocniczych, na przykład układów odgazowujących lub zaworów ciśnieniowych. Układ uplastyczniający spełnia następujące funkcje:  dostarcza do głowicy tworzywo ze stałą prędkością  miesza tworzywo w celu zapewnienia jednorodności jego składu i temperatury (homogenizacja materiałowa i termiczna),  ogrzewa tworzywo do stopienia i do wymaganej przez proces temperatury,  spręża tworzywo w celu usunięcia powietrza spomiędzy jego ziaren i wytworzenia w nim ciśnienia wystarczającego dla pokonania oporów przepływu przez głowicę. Strefy ślimaka: a) zasilania, w której tworzywo ma postać stałą a na jej końcu występuje początek uplastycznienia b) sprężania, tworzywo zmienia swój stan fizyczny ze stałego w plastyczny c) dozowania, w której następuje homogenizacja uplastycznionego tworzywa Współczynnik sprężania ślimaka wyraża się stosunkiem objętości kanału jednego pełnego uzwojenia na początku strefy zasilania, do analogicznej objętości na końcu strefy dozowania.

Ze względu na charakter powierzchni wewnętrznej można wyróżnić dwa podstawowe typy cylindrów:  gładkie (najczęściej spotykane)  rowkowane

STREFY ŚLIMAKA Z OPISEM Strefa zasilania W strefie tej tworzywo jest pobierane z leja zasypowego, wstępnie ogrzewane, zagęszczane i transportowane dalej w kierunku głowicy. Strefę zasilania stanowi odcinek cylindra wytłaczarki liczony od zasypu do miejsca, w którym zaczynają się pojawiać uplastycznione cząstki tworzywa. Strefa sprężania W strefie tej tworzywo przechodzi ze stanu stałego w uplastyczniony. Teoretycznie uplastycznienie tworzywa powinno być zakończone w tej strefie. Tworzywo opuszczając strefę sprężania powinno być odgazowane. Długości strefy sprężania mogą być różne w zależności od przerabianego surowca. Strefa dozowania W strefie tej zachodzi ujednorodnienie mechaniczne i termiczne przetwarzanego tworzywa oraz podwyższenie ciśnienia do poziomu potrzebnego do pokonania oporów przepływu przez głowicę. W celu uzyskania możliwie dużego ciśnienia głębokość kanału ślimaka w tej strefie jest na ogół mała.

5. Rodzaje głowic wytłaczarskich Zadanie głowicy polega na nadaniu przetwarzanemu materiałowi żądanego kształtu, przy zapewnieniu jednorodności termicznej i mechanicznej w całej objętości tworzywa, oraz wytworzeniu odpowiedniego oporu przepływu (spadku ciśnienia) umożliwiającego realizację procesu wytłaczania. Rodzaje głowic:  Głowice proste – służą do formowania rur, prętów, taśm, listew i innych profili o oś głowicy jest przedłużeniem osi cylindra. o elementy głowicy prostej do wytłaczania rur: ustnik, rdzeń, wspornik, rozdzielacz, filtr, śruba regulacyjna, wytłaczarka, grzejniki, korpus głowicy  Głowice krzyżowe - służą do nakładania izolacji na kable oraz wytłaczania z rozdmuchiwaniem np. folii rękawowej. o oś głowicy jest ustawiona pod kątem do osi cylindra. o elementy głowicy krzyżowej do powlekania drutów: korpus głowicy, rdzeń, dysza  Głowice szczelinowe - przeznaczone są do kształtowania płyt, folii w postaci taśmy oraz powlekania papieru, tkaniny, folii aluminiowej itp. o

elementy głowicy szczelinowej: korpus, komora wstępna, listwa dławiąca, śruby, listwa stała, listwa przesuwna dyszy

6. Wydajność wytłaczania Wydajność wytłaczania jest to ilość tworzywa jaka może być wytłaczana przez wytłaczarkę w jednostce czasu, mierzona w cm3/s lub kg/h. Wydajność zależy od warunków przepływu tworzywa w kanale ślimaka. Przepływ tworzywa w kanale, w czasie ruchu obrotowego ślimaka, jest wynikiem zsumowania algebraicznego trzech rodzajów przepływów: przepływu wleczonego Q w, przepływu ciśnieniowego Qp i przeciekowego Qs. Q = Qw – Qp - Qs

7. Elementy linii do ciągłego wytłaczania profili Przykładowe elementy linii do ciągłego wytłaczania: mieszarka, zbiornik tworzywa, wytłaczarka, kalibrator, urządzenie chłodzące, odciąg, znakowanie, piła, magazyn  Przy wytłaczaniu wytłaczarka jest tylko jednym z elementów ciągu technologicznego. Tworzywo wychodzące z głowicy wytłaczarskiej jest w stanie plastycznym, podatnym na odkształcenia. Dlatego należy je możliwie szybko zestalić przez szybkie ochłodzenie i przejście ze stanu plastycznego w stan wysoko elastyczny.  Początkowe ochłodzenie tworzywa odbywa się w kalibratorze, a dalej w wannach chłodzących lub natryskiem zimnej wody. Tak więc drugim elementem linii do wytłaczania jest urządzenie chłodzące.  Trzecim zespołem linii wytłaczania jest urządzenie odciągowe. Ponieważ wytłaczarka pracuje w sposób ciągły, wytoczony wyrób musi być również w sposób ciągły odbierany.  Czwartym zespołem linii wytłaczania jest urządzenie tnące (np. piła tarczowa).

8. Przykłady wyrobów produkowanych w/w technologią  wytwarzanie szerokiego asortymentu wyrobów, począwszy od profili o różnych przekrojach – rur, prętów, do płyt oraz foli w postaci wstęgi lub rękawa  nanoszenie izolacji na przewody elektryczne  powlekanie lin i innych nośników tworzywem sztucznym  produkcja: o płyt: lite, spienione, wielowarstwowe o profili: otwarte, zamknięte o rur o węży o izolacji kabli o uszczelek...