4.1. ПЕРЕРОБКА ТЕРМОПЛАСТІВ ЕКСТРУЗІЄЮ - Загальні відомості
Екструзія - процес безперервного видавлювання матеріалу, що знаходиться у в'язкотечному стані, через отвори певної форми. Цим методом переробляється більшість термопластів, виготовляючи з них листи, плівки, сітки, труби, профільні вироби, електроізоляційні вироби, а також порожнисті вироби. Виготовлення здійснюється за допомогою екструдерів (черв'ячний прес або шнек-машина). Залежно від виду виробу екструдери постачаються комплектуючим обладнанням: екструзійними головками, охолоджуючими, тягнутими, намотуючими та іншими пристроями. Відповідні комплекти обладнання є екс-трузійними агрегатами або екструзійними лініями.
Мал. 4.1. Схема плунжерного преса 1 - матеріальний циліндр, 2 - плунжер, 3 - електронагрівачі, 4 - матеріал, 5 - головка
У циліндр плунжерного типу завантажується значна кількість матеріалу. При русі поршня матеріал видавлюється з головки. Переробляється практично не перемішується, що сильно ускладнює процес. Тому плунжерні машини придатні для переробки тільки таких матеріалів, які здатні розм'якшуватися без підігріву або перед завантаженням підігріватись до температури плавлення. Циліндричні машини та головка в останньому випадку постачаються електронагрівачами, за допомогою яких підтримується необхідна температура. В даний час на плунжерних машинах переробляють такі матеріали, які не течуть під тиском, але спресовуються при переробці. До недоліків плунжерних машин відносять періодичність роботи, тобто. завершення робочого ходу плунжера видавлювання припиняється і під час холостого ходу машину необхідно завантажити нову порцію матеріалу. У тих випадках, коли перероблюваний матеріал не термостійкий, то циліндр іінші деталі екструдера повинні бути до моменту видавлювання нової порції матеріалу ретельно очищені від залишків попередньої порції. серйозні труднощі у процесах переробки. Пошуки виходу з цього положення призвели до заміни поршня подає черв'ячним пристроєм або шнеком. Шнек, що обертається, забезпечує безперервне видавлювання екструдованого профілю. Таким чином було створено шнекові преси (рис. 4.2).
Мал. 4.2. Схема шнекового преса 1 - бункер, 2 - шнек (черв'як), 3 - матеріальний циліндр, 4 - електронагрівачі, 5 - голівка, 6 - охолодження бункера
Основним робочим елементом черв'ячного екструдера є черв'як спеціальної конструкції, що обертається в циліндрі, що обігрівається, в одному кінці якого є отвір для завантаження матеріалу, а на іншому - головка. Черв'як, що обертається, захоплює матеріал (гранули, іноді порошок), який пройшовши зони обігріву розігрівається, плавиться, переходить у в'язкотекучий стан і просувається до голівки. В силу опору головки в циліндрі машини створюється тиск і ущільнюється матеріал. Під впливом деформації зсуву у матеріалі з'являються сили внутрішнього тертя. Одночасний вплив тепла від нагрітих стінок циліндра, а також тепла, що виникає завдяки силі внутрішнього тертя, матеріал, що переробляється, розм'якшується до такого ступеня, що він легко продавлюється через головку, яка надає матеріалу певну форму. Недолік черв'ячних машин: зміна одного параметра екструзії відбивається на всіх інших. Одним із перспективних видів екструзійних машин є дисковий екструдер (рис. 4.3). Ці екструдери дозволяють регулювати параметри екструзії: ступінь стиснення, деформацію зсуву,тривалість знаходження матеріалу в екструдері. Основним елементами дискового екструдера є два диски: рухомий та нерухомий. У дискових машинах, як і в інших установках, полімер у процесі переробки проходить три стани: твердий, суміш розплаву та твердого матеріалу, розплав.
Мал. 4.3. Схема дискового екструдера 1 - нерухомий диск, 2 - рухомий диск, 3 - бункер, 4 - корпус, 5 - електронагрівачі
Цим трьом станам відповідає три ефекти, на яких базується процес дискової екструзії: ефект нормальних напруг у твердому стані (ефект Пойнтінга); ефект вихрового руху; ефект нормальних напруг у розплаві полімеру (ефект Вайсенберга). Ефект Вайсенберга полягає в тому, що при переплаві, він піддається пластичній і високоеластичній (оборотної) деформації. Остання викликана розпрямленням полімерних ланцюгів у потоці. Вона призводить до появи напруги, перпендикулярної до потоку. Ефект нормальних напруг спрямований на вихід з екструдера через формує отвір. Внаслідок цього відбувається оформлення профілю.