Экструзия

Экструзия в резинотехнике – это процесс продавливания резины через экструзионную головку для придания материалу определенной формы. Данный процесс происходит в экструдерах.

Экструдеры бывают двух типов: в первом давление производится плунжером, во втором – шнеком. Наиболее широко в промышленности используется последний, а плунжерный экструдер — это более специализированная машина, которая не получила широкого распространения.

Экструзия в шнековых экструдерах

Шнековый экструдер состоит из загрузочного бункера, шнека, работающего в материальном цилиндре, головки, мундштука (фильеры) и плиты крепления.

Шнек, вращающийся от электродвигателя через редуктор, проталкивает смесь через цилиндр в головку, где создается давление. Оно снимается за счет выхода смеси через мундштук (фильеру).

Материал поступает из загрузочного бункера в канал шнека. Смесь может подаваться горячей (в форме периодического или непрерывного потока) или холодной в виде полосок или гранул.

Для удобства подачи загрузочный бункер имеет воронку, и, кроме того, он может быть оборудован валком, размещенным параллельно шнеку, для «валковой подачи».

В случае выгрузки заправки из закрытого смесителя для подачи резиновой смеси в канал шнека требуется поршень. Шнековый экструдер рассчитан на непрерывную работу, поэтому для работы с ним приемлемо большинство систем подачи за исключением ручной и в виде полосок.

Способы уменьшения объема витков шнека на выходе

• уменьшением шага витка;
• снижением глубины нарезки шнека;
• уменьшением общего диаметра шнека и цилиндра;
• увеличением заходности шнека.

Чаще всего уменьшают глубину нарезки или увеличивают заходность, при этом целью является достижение достаточного сжатия для отвода воздуха, а также обеспечение постоянного давления в головке. Очень важно, чтобы шнек был полон со стороны выгрузки, в противном случае из-за толчков материала, поступающего в головку, возникает изменение объема смеси, что влияет на размер экструдата. При работе с горячей смесью соотношение длины к диаметру шнека обычно составляет 4:1 или 5:1, а у экструдера холодного питания это соотношение значительно больше (15:1 или 20: 1) и зависит от типа экструдируемой смеси. Цилиндр экструдера обычно изготавливают из закаленной стали, а его температура регулируется таким образом, чтобы температура смеси в экструзионной головке сохранялась постоянной. Шнек вращается в цилиндре. Зазор между выступами нарезки и стенками цилиндра составляет приблизительно 0,4 мм.

Если поток материала, поступающего в экструдер, постепенно увеличивается, наступает момент, когда экструдер перестает его принимать в полном объеме, и смесь начинает двигаться в обратном направлении в загрузочный бункер. Для каждой определенной частоты вращения шнека существует свой верхний предел скорости подачи, и обычно наилучшие условия достигаются, когда смесь подается в количестве около 90% от объема, при котором машина перегружается. Скорость подачи, при которой происходит перегрузка, увеличивается или уменьшается с ростом и падением частоты вращения шнека, поэтому каждая смесь и скорость шнека требуют своей скорости подачи.

Головка выравнивает давление шнека и цилиндра, а также передает смесь к мундштуку. Здесь также важно регулирование температуры. Из всех частей экструдера наиболее важной по своей конструкции является головка. Смесь должна двигаться к мундштуку равномерно, и, в идеале, при постоянном давлении и скорости. Места внутри головки, в которых смесь не движется, известны как застойные зоны. В этих местах смесь вулканизуется, затем время от времени кусочки вулканизованной смеси попадают в экструдат.

Экструзия

На последнем этапе движения в экструдере смесь попадает в мундштук, который придает материалу нужную форму. При этом необходимо отметить, что смеси дают усадку по длине, поэтому должны увеличиваться по толщине и, вероятно, ширине, в зависимости от:

1. формы головки и экструдата;
2. давлений в головке;
3. температур головки и смеси;
4. реологических свойств смеси.

Экструдеры оборудуют различными дополнительными устройствами, например, Т-образной или угловой головкой. Если в головке установлена проволочная сетка для удаления вулканизованных кусочков или частиц посторонних материалов, экструдеры называют стрейнерами.

Кроме того, в цилиндре экструдера может быть установлено вакуумное устройство для дегазации. Такие вакуумные экструдеры используют в изготовлении изделий с вулканизацией в паровой среде, горячим воздухом, солевым расплавом или псевдоожиженной ванне. Отсутствие следов летучих веществ исключает вероятность возникновения пор или раздувания.

Экструзия на плунжерных экструдерах

В плунжерном экструдере некоторое количество теплой смеси помещается в цилиндр, к которому крепится экструзионная головка. Поршень проталкивает смесь через фильеру для получения экструдата нужной формы.

Подобный экструдер – машина периодического действия, и эксплуатационные затраты у нее обычно выше, чем у шнекового. Основное достоинство – возможность экструзии смеси при низкой температуре и/или скорости, что при регулировании условий экструзии проблемных смесей может дать технические преимущества. Такой экструдер проще в обслуживании и пригоден для работы с небольшими объемами материала. Кроме того, он используется, когда смесь необходимо пропустить через фильтр. Другими преимуществами являются значительно уменьшенное выделение теплоты по сравнению со шнековым экструдером и способность экструдировать смеси с плохими реологическими свойствами (характеристики текучести).

Типы экструдеров

• Экструдер с вакуум-отсосом с дегазирующими отверстиями (вакуумными зонами). Используется для отвода воздуха при экструзии последующнй и по вулканизации без давления. Применяются в переработке термопластов.
• Экструдеры с двумя или тремя шнеками, в которых могут находиться, например, основная и протекторная смеси, соединяемые в головке в единый экструдат.
• Валковый экструдер с фильтром из металлической сетки, который производит предварительно нагретые полосы, например, для подачи в каландр.
• Шнековый экструдер с фильтром из металлической сетки (стрейнер) перед отверстием для выгрузки материала, который удаляет посторонние частицы из резиновой смеси.
• Гранулятор, экструдирующий резиновую смесь в виде нитей, которые рубятся вращающимися ножами.
• Пластикатор Гордона, у которого передняя часть шнека имеет такую форму, что смесь должна проходить несколько витков, где она непрерывно пластицируется (тяжелый пластикатор).
• Валковый экструдер и листовой экструдер, которые применяются для экструзии листов или пластин после приготовления смеси.
• Экструдер с валковой головкой, где экструдер холодного питания питает двухвалковый каландр непосредственно из мундштука (фильеры).
• Экструдер, выпускающий резиновую нить, в котором паста из резиновой смеси экструдируется в органическом растворителе. Это происходит через составные головки в промывную ванну. Экструзия данным методом на сегодняшний день почти не производится.

Мы разобрали технологию изготовления резиновой заготовки для будущего длинномерного уплотнения с помощью экструзии.

Дополнительная информация по длинномерным уплотнениям в статьях:

• Резиновые шнуры
• Резиновые трубки
• Длинномерные уплотнения