Про Профстандарты РосМинТруда Мы давно работаем с предприятиями полимерной отрасли, сами производим изделия из пластика и можем с уверенностью сказать, что выдувная машина не столь сложна технологически, в эксплуатации и обслуживании, как, например, экструзионно-выдувные или термопластавтоматы. Но она способна стать фактором роста и капитализации бизнеса, позволит стабилизировать качество работы, а также независимо от поставщиков осуществлять бесперебойное обеспечение производственной деятельности упаковкой, имея запасы на складе в необходимом объеме.
Экструдер — фото, что это такое и для чего нужен
В широком смысле слова это конвейерное устройство, которое обрабатывает сырье до однородной консистенции и под давлением выдавливает его через фильеру, трансформируя в конечный продукт такой же геометрии, как и отверстия, через которые было пропущено.
Инженерная тонкость в том, что части механизма адаптированы под предполагаемое применение, а весь процесс укладывается в один цикл. Системы работают при разных температурах и давлении, интенсивности и производительности. Управление осуществляется с помощью микропроцессоров, информация о технологическом режиме выводится на дисплей.
Экструдер и компаундер – это оборудование, используемое для экструзии пластиковых изделий или заготовок (гранул). В основе каждого устройства работа экструдера, проталкивающего раствор полимеров через экструзионную формующую головку. При определенном сходстве между этими агрегатами много отличий как в особенностях конструкции и технологического процесса, так и в назначении.
При всем многообразии полимерных материалов достаточно сложно найти такое сырье, которое в чистом виде полностью отвечало бы технологическим требованиям к будущему изделию. Потому производство изделий из монополимера без добавок крайне редко встречается на практике. Для получения изделий с заданными физико-механическими и эксплуатационными свойствами в базовый полимер вводят добавки:
– вторичное сырье для снижения себестоимости продукции;
– красители для получения необходимого цвета;
– сшивающие агенты для улучшения межполимерных связей и повышения прочности;
– пластификаторы для изменения вязкости, теплостойкости, морозостойкости и иных технических параметров.
При производстве изделий методом экструзии в состав базового сырья можно вводить до 10 компонентов. При переработке многокомпонентной высоконаполненной смеси важно добиться определенного уровня гомогенизации. В противном случае возможен брак в готовом изделии в виде непрокраса, вздутий, раковин, шероховатости, трещин, расслоений, разрывов. Выбор оборудования определяется составом композиции, условиями ее переработки, типом готового изделия. Добиться высокого качества компаунда (смеси компонентов) можно на автоматизированном оборудовании непрерывного действия, к которому относится и экструдер, и компаундер (двухшнековый экструдер с однонаправленным вращением шнеков). Проведем сравнение двух единиц оборудования по следующим параметрам:
– особенности технологического процесса.
Что значит выдув пластиковой ПЭТ-тары
Это способ получения полых емкостей из термопластика, который чаще всего идет в два этапа. Сначала полимерное сырье отливают в преформу на термопластавтомате (ТПА), а затем ее как воздушный шарик увеличивают в растягивающе-выдувной машине (РВМ), в результате чего получается полноразмерный сосуд.
Так производят бутылки, банки, флаконы для расфасовки жидкой и сыпучей продукции в пищевом, косметическом, парфюмерном, фармакологическом, химическом секторах промышленности.
Полиэтилентерефталат (PET) — это то, из чего выдувают ПЭТ-тару. Прозрачность, легкость, прочность, качественное и недорогое формование, вариативность форм и дизайна, возможность вторичной переработки — основные характеристики данного полиэфира, которые на рынке упаковки являются ключевыми аргументами в производстве и продажах.
Надо отметить, что существуют альтернативные варианты изготовления емкостей на одном виде оборудования — инжекционно-выдувном, это так называемая моностадия, которая объединяет литье заготовок и выдувание до окончательных размеров. Но для массового выпуска, когда речь идет о многомиллионных тиражах, традиционный вариант работы в два этапа, о котором говорим выше, будет эффективнее, потому что каждая стадия более специализирована и на огромных партиях работает быстрее и эффективнее.
Особенности технологического процесса экструзии и компаундирования
В основе работы экструдера и компаундера лежит процесс экструзии. Полимер или смесь компонентов загружается в первую зону экструдера, где подвергается первоначальному плавлению. При этом полурасплав постепенно переходит в состояние вязкотекучего расплава, перемещаясь к выходу через формующий элемент, на выходе он охлаждается и калибруется.
Экструзия
Методом экструзии перерабатывают термопласты – полимерные материалы, способные многократно переходить в вязкотекучее состояние при нагревании.
Лидером в данной области переработки пластмасс считается поливинилхлоридПВХ (трубы, листы, профили), затем следует полиэтиленПЭ (пленка, изоляция, листы, профиль, ленты, мононити) и полипропиленПП (трубы, листы, плоские и двуосноориентированные пленки, ленты, мононити). Другие виды термопластов также успешно перерабатывают путем экструзии:
– ацетат целлюлозы (плоские и профильные пленки, трубы);
– полистиролПС (плоские и вспененные пленки);
– полиметилметакрилатПММА (трубы, профили, плиты);
– полиформальдегид (профили, трубы);
– полиамидПА (шланги, трубы, изоляция для проводов и проволоки, мононити).
Единственным ограничивающим параметром при экструзии термопластов является вязкость в расплавленном состоянии. Для полимеров с низким показателем вязкости выбирают другой способ переработки, поскольку шнек не сможет протолкнуть туговязкий расплав через формующую головку.
Компаундирование
Компаундирование – это процесс гранулирования полимеров с предварительным тщательным перемешиванием компонентов.
Полученный в результате компаунд является промежуточным материалом, соединяющим в себе несколько исходных компонентов, но еще не являющимся готовым изделием. От качества смешивания и однородности компаунда зависит, насколько готовое изделие будет соответствовать требованиям ОТК. При этом возможно введение в состав вторичного сырья в разрешенных рецептурой пропорциях, поскольку расплав проходит через систему фильтрации и очищается от всех посторонних примесей. Смешивание композита происходит более интенсивно, чем в стандартном экструдере или классическом грануляторе за счет расположенных на шнеках смешивающих элементах.
Компаундер способен работать не только с термопластами, как в случае экструдера, но и с реактопластами. Однако схема компаундирования реактопластов значительно сложнее, чем в случае работы с термопластами. Сшивание реактопластов с добавками до образования компаунда производится либо в условиях комнатной температуры под действием химических катализаторов, либо под действием повышенных температур. Важно максимально четко выдерживать температуру ниже температуры сшивания без малейших погрешностей.
Компаундер может работать с набирающими популярность в полимерной промышленности термоэластопластами (ТВП, термопластичными вулканизаторами) – реактопластами, сочетающими в себе термопластические свойства (переход в вязкотекучее состояние, характерный для термопластов и нехарактерный для реактопластов). По сути, структура материала содержит непрерывную фазу термопласта (чаще ПП) и дисперсно-распределенную фазу эластомера. При гранулировании компаунда на основе термопластичных вулканизаторов выбирают зацепляющиеся сонаправленно вращающиеся шнеки с увеличенной эффективной длиной шнека.
Фото заимствовано с сайта ok-stanok.ru
По причине специфичности компаундера для переработки реактопластов и ТВП данные разновидности оборудования в рамках стать и не рассматриваются. Основные объекты сравнения – классический экструдер и компаундер для термопластов.
Отличие техпроцесса экструзии и компаундирования
Главные моменты, на которые следует обратить внимание при сравнении экструдера и компаундера:
– точность дозирования;
– интенсивность смешивания;
– уровень нагрева;
– степень фильтрации.
Для контроля над каждым из перечисленных параметров в конструкции компаундера предусмотрены отдельные системы или приспособления. Дозирование осуществляется при помощи весового (в оптимальном варианте исполнения) дозатора. Для выполнения равномерного смешивания на шнеках предусмотрены лопасти. Система фильтрации отсеивает любые ненужные включения, случайным образом попавшие в расплав. Поскольку процесс протекает не в стерильных условиях, могут присутствовать металлические включения, пыль, песок и прочие частицы. Для контроля над температурой устанавливаются отражающие термодатчики, которые фиксируют температуру в каждом моменте технологического цикла и передают данные на компьютер для корректировки температуры нагрева.
Сам технологически процесс компаундирования сочетает в себе последовательную экструзию и гранулирование. Первоначальная экструзия в компаундере проходит с большой скоростью и увеличенным давлением в зоне формующего элемента. Если развиваемого давления на выходе недостаточно, подключается насос расплава. Процесс перемешивания протекает непрерывно с момента загрузки исходных компонентов до момента доведения расплава до выхода через фильеру.
Назначение экструдера и компаундера
Рассматриваемое оборудование используется в сфере производства изделий из ПКМ методом экструзии. Однако экструдер – это агрегат для формования готовых изделий, компаундер позволяет получить сформированное в гранулы сырье, которое только на следующей стадии будет использовано для производства конечной продукции.
Экструдер представляет собой многопрофильную машину, которая формует изделия заданной формы из пластичной полимерной массы. Форму будущего изделия определяет форма отверстия фильеры. На данном оборудовании изготавливают погонажные изделия, например, трубную продукцию с различным сечением профиля, включая многослойные трубы, шланговую продукцию. Для данного типа изделий используют горизонтальную экструзионную линию. При необходимости наносить маркировку или выпускать многослойные трубы используют соэкструдеры или несколько последовательных экструзионных узлов.
Классические одношнековые горизонтальные экструдеры распространены в промышленности при производстве листовой продукции. Речь идет о сотовом поликарбонате, листовом полипропилене и других аналогичных изделиях. Исключением являются подоконники и оконный ПВХ-профиль, для изготовления которых используют более мощные и производительные двухшнековые экструдеры горизонтального типа.
Компаундер – это двухшнековый экструдер, обеспечивающий качественное смешивание многокомпонентного состава согласно рецептуре и последующее формование гранул композиционного полимерного сырья. Далее сырье используется для производства изделий различного назначения всеми методами, подходящими для переработки полимеров.
Главное назначение компаундера – гранулирование предварительно перемешанного композита на основе базового полимера. Это промежуточное оборудование, позволяющее получить качественное исходное сырье для последующего формования изделий при помощи экструдера, термопластавтомата, червячного пресса, вертикального пресса, вакуум-формовочной машины и иной производственной единицы.
В современной промышленности популярность набирает процесс переработки полигонного и складского пластика во вторичное сырье для его последующего использования при производстве многих видов продукции. Стандартно в состав сырья вводят не более 30% вторичного сырья в соотношении с общей массой материала. Вторичный полимер получают путем многоступенчатой переработки, включающей следующие стадии:
– сортировку на конвейерах ручных способом и с помощью сепараторов;
– измельчение в дробилках или шредерах;
– мойку во фрикционном отжиме и ваннах флотации до получения чистого материала;
– сушку в специальных сушильных агрегатах с учетом гигроскопичности сырья;
– агломерацию (для пушонки) на агломераторах или гранулирование (для флекса, дробленки) на грануляторах;
– растарку в мешки.
Далее вторичный гранулят соединяют с базовым полимером и добавками в соответствии с рецептурой и отправляют в компаундер для формирования однородных по химическому составу и физическим свойствам гранул. Химический состав компаунда полностью идентичен первоначальному химическому составу загруженных компонентов.
Принцип работы экструдера и из чего он состоит
Прежде чем распределять оборудование по группам, определим общие характеристики на примере одношнекового, как наиболее распространенного и конструктивно простого.
У него всего три зоны движения сырья:
Каждая секция распределена по всей длине шнека. Над хвостовой частью устанавливается бункер автозагрузки, на противоположном конце монтируется головка с фильерой, формующей сечение конечного изделия, а между ними — зона сжатия. Далее стадийно разберем устройство и что делает экструдер для полимеров.
Этап 1
Сырье накапливается в бункере. Для того чтобы загружалась всегда одна и та же масса и конечная продукция не отличалась друг от друга, используют дозатор. К примеру, гравиметрический для взвешивания пластика в соответствии с массой погонного метра и производительностью.
Этап 2
Попадая в цилиндр материал нагревается и гомогенизируется. Для поддержания постоянной температуры внедряют электрический или инфракрасный нагрев. С порошковыми смесями (ПВХ) лучше работают алюминиевые нагреватели, которые более устойчивы к воздействию пыли. Инфракрасные энергоэффективнее за счет того, что не нагревают внешнюю среду.
Обращайте внимание на наличие в комплектации водяной рубашки в зоне загрузки для поддержания постоянной температуры, чтобы процесс шел длительно и не было перегрева полимера.
Масса перемещается вдоль корпуса за счет вращающегося элемента, в нашем случае шнека. Он медленно толкает вперед к фильере сырье, которое по мере продвижения и сжимания уплотняется и становится пластичным, однородным. Степень разогрева и гомогенности зависят от длины шнека и создаваемой им степени сжатия. Крутящий момент обеспечивают двигатель и редуктор, и если скорость стабильна, то и качество заготовки постоянное. Для равномерного прохождения расплава сквозь форму важно правильно рассчитать давление материала.
Этап 3
Подготовленный полимер дозированно продавливается через фильеру с внутренней полостью определенного сечения. Так, чаще через кольцевую форму вырабатывают цилиндрические трубы, стержни, шланги, оплетку для проводов, прямоугольную используют для декинга, через плоскую щелевую пропускают расплавленный пластик для получения пленок и листовых изделий.
Итак, из упомянутого формируем состав экструдера:
Между тем машина составляет только лишь часть техпроцесса. Ее компонуют с различными вспомогательными агрегатами. Подсоединяют бункер-сушилки горячим сухим воздухом с возможностью выставить нужный градус и время сушки по типу сырья. Навешивают кондиционеры на шкафы управления, где спрятаны электрические компоненты, чтобы поддерживать рабочую температуру и увеличить их надежность. Чиллеры прекрасно справляются с задачей охлаждения системы, а смесители для красок меняют цвет полимера.
Экструдеры для пластика
Преформа как ключевое звено технологии выдува ПЭТ-тары
Заготовка — это отправной пункт будущей упаковки. Она сразу задает резьбу, высоту и диаметр горловины. Это наиболее критичный фрагмент с точки зрения обработки, который не должен меняться в процессе формования. Нагревание и недостаточное охлаждение этой части приведет к изменениям формы, что означает невозможность навинчивания крышки, нарушение герметичности и проблемы с внешним видом. А это уже брак.
Кроме того, качество готового изделия зависит от свойств преформы. Из заготовки с дефектами кондиционной продукции не получить. Поэтому наличие царапин, помутнений, отклонений в закупорочной зоне, пузырьков воздуха и повреждений поверхности недопустимо.
Где используется экструдер, виды изделий
Мы рассмотрели экструдеры для пластика и пищевых компонентов: что это такое и для чего они применяются. А что производят предприятия и что востребовано потребителями? Показываем некоторые идеи для прибыльного бизнеса.
Химическая промышленность
В основном это область, которая включает по большей части производство продукции из пластика.
Профильные изделия
Исходя из практики поставщика, рекомендуем использовать двухшнековые конические машины для выпуска дверных и оконных профилей из ПВХ, и выбирать модель в зависимости от требований к производительности. Мощные устройства спроектированы так, что при высокой скорости шнека снижается энергопотребление и обеспечивается высокая эффективность.
Кроме того, массово производятся профили для автомобильной и мебельной промышленности. Все большие обороты набирают линии для изделий из древопласта ДПК для отделки фасадов и интерьеров, таких как террасная доска, сайдинг, декоративные ограждения. Можно создавать мини-заводы или, например, замкнуть цикл деревообработки, утилизируя древесные отходы.
Трубы
Когда речь идет о техническом оснащении производства труб и шлангов всевозможных типов и диаметров, у клиентов также разные предпочтения. Покупают установки для гладких, гофрированных, спиральновитых труб, включая полиэтиленовые (ПЭ), полипропиленовые (ПП), поливинилхлоридные (ПВХ). Реализуют их организациям, прокладывающим системы водоснабжения и канализации, газопроводы, системы очистки и стерилизации; нефтегазовым корпорациям, автомобильным концернам.
Вы можете увидеть, принцип работы и как выглядит экструдер для пластика (полимеров).
Пищевая промышленность
Крахмалосодержащее сырье занимает большую часть рынка экструдированных продуктов питания, таких как макаронные изделия, крупы, снеки, сухие завтраки, хлебцы. Несмотря на очевидную конкуренцию, в предприятия этой сферы продолжают поступать новые инвестиции.
Комбикормовая промышленность
В агроинженерной системе приобретают оборудование для выработки кормовых сухих гранул и хлопьев. Это кошачья и собачья еда, корм для крупного рогатого скота, рыб, домашней птицы, животных зоопарков, лошадей. Экструдированное питание лучше усваивается, животные быстрее растут и реже болеют, дают больше молока, мяса, яиц и прочей продукции.
Особенности выдува
Процесс имеет тонкую связь с назначением и размерами формуемого изделия. И чтобы правильно подобрать машину, необходимо проанализировать возможности оборудования, которое предлагает поставщик, и его соответствие вашим задачам.
Все, кто когда-либо изучал спецификации выдувных формовщиков, сталкивались с ограничением на одном агрегате нельзя делать, например, обычные питьевые бутылки с узким горлом 28 мм и широкогорлые банки диаметром 60-100 мм. И вот здесь нужно подчеркнуть два важных момента.
Во-первых, для разных типов заготовок предусмотрены свои размеры конвейерных гнезд, на которые они ставятся.
Во-вторых, параметры будущего изделия влияют на габариты пресс-формы и пространство под нее внутри всего механизма. Поэтому нельзя просто взять и поменять компактную оснастку на большую.
Конструкция экструдера и компаундера
Главный рабочий орган каждого из рассматриваемых агрегатов – шнек, обеспечивающий плавление, гомогенизацию и перемещение расплавленной полимерной массы к выходу, где установлена формующая головка. Отличие в количестве шнеков, направлении вращения, конструкции. Рассмотрим более подробно узлы, которые имеют определенные отличия в экструдере и компаундере.
Компаундер – это экструдер, имеющий в своем составе два шнековых элемента модульной конструкции. Линия компаундирования включает в себя непосредственно компаундер, а также ряд периферийных устройств, в числе которых дозаторы, питатели, система управления параметрами технологического процесса при переходе на различные типы материала (термопласты, реактопласты). Сам компаундер включает следующие производственные узлы:
– бункер загрузки с системой точного дозирования;
– шнековая пара;
– нагреватели и охладители;
– система фильтрации;
– фильера и система нарезки;
– система управления.
Шнек
Шнеки – это сердце компаундера. В данном технологическом оборудовании используется шнековая пара с сонаправленными осями вращения. Шнеки имеют модульную конструкцию, что позволяет легко изменять конфигурацию винтов в зависимости от типа перерабатываемого материала. Необходимость модульной конструкции обусловлена недостаточно изученным влиянием конфигурации шнека на определенный композит. При изменении расположения отдельных винтовых модулей можно экспериментировать до момента достижения оптимальной степени смешивания.
По сути, модульный шнек – это шлицевой вал с набором съемных элементов, которые устанавливаются в произвольном порядке вдоль оси. На одной оси возможно собрать практически неограниченное количество шнеков различных конфигураций. Диаметр шнека по всей длине будет относительно постоянным. При этом опытным путем можно определить универсальную конструкцию шнековой пары, которая приемлема в большинстве случаев.
Шнеки могут иметь зацепляющуюся конфигурацию. В процессе перемешивания и транспортировки материала в сторону формующего элемента частицы полимера и добавок могут налипать на шнеки. Степень налипания зависит от материала винта и от его конфигурации. Используя зацепляющуюся конструкцию, можно устранить налипание и очистить поверхность шнеков. При таком расположении модульных элементов один шнек будет счищать налипшие массы с другого.
Бункер загрузки с системой точного дозирования
В начале экструдера располагается загрузочная зона, куда поступает композит, состоящий из базового полимера и добавок. Возможна подача предварительно смешанного сырья (премиксов) через общий дозатор или отдельных компонентов смеси посредством индивидуальных дозаторов. Премиксы готовят в миксере или ином оборудовании для смешивания сыпучих продуктов. При этом компоненты смеси не подвергаются нагреву, микширование осуществляется за счет медленно движущихся лопаток.
Независимо от типа подачи (премиксом или отдельными компонентами), важно обеспечить точное дозирование ингредиентов смеси в непрерывном режиме, поскольку сам процесс компаундирования протекает в непрерывном режиме. Для этого используют объемные (волюметрические) или весовые (гравиметрические) дозаторы. Волюметрические дозаторы имеют простую конструкцию, стоят недорого, работают, пропуская определенный объем вещества за указанный временной промежуток. В этом случае важно обеспечить равный объемный вес загружаемого материала, что достаточно сложно. Следует учитывать также явление свобообразования для порошкообразных материалов и слипание частиц с образованием агломерата. Потому волюметрический способ дозирования выдает большую погрешность и менее популярен. Работа гравиметрических дозаторов основана на измерении реального веса вещества. Погрешность присутствует, но не превышает 1%. Потому приготовление сложных компаундов требует именно такого типа дозирования.
Насос
При переработке реактопластов и некоторых термопластов могут вводиться жидкие добавки. С этой целью используются насосы. Для низковязких жидкостей выбирают мембранные насосы, для высоковязких жидкостей, включая расплавы каучука и резиновой смеси, применяют шестеренчатые насосы (насосы расплава). Шестеренчатые насосы работают по принципу поршня-вспенивателя. Они также вводятся в состав линии компаундирования для создания дополнительного давления в околошнековом пространстве ближе к фильере при подводной грануляции или при выборе in-line компаундирования.
Фильтры
Фильтрующая система компаундера представляет собой сетку, размер ячеек которой равен максимально допустимому размеру частиц в примеси. Все включения, имеющие больший размер частиц, будут отсеиваться.
Система фильтрации работает в непрерывном режиме, обеспечивая постоянную и качественную очистку. Расположение фильтров продумано таким образом, что для очистки одного из них не придется останавливать рабочий процесс. Узел фильтрации, нуждающийся в очистке, автоматически переходит из режима работы в режим замены. Оператор извлекает загрязненный фильтр, устанавливает чистый расходник, после чего возвращает узел в активный режим. В процессе работы компаундера происходит несколько замен фильтрующих элементов последовательно.
Фильера и система нарезки
Компаундер предназначен для производства стренгов, которые в последующем охлаждаются и нарезаются на гранулы. При этом нарезка может осуществляться непосредственно на головке с последующим охлаждением или, напротив, после водяного охлаждения стренгов. Для нарезки используются дисковые ножи из твердой и износостойкой инструментальной стали.
В составе компаундера используются стренговые головки с большим количеством одинаковых по размеру каналов. Головка может быть цельной или модульной (наборной). Расплав проходит по каналам под давлением, созданным шнеком, на выходе из фильеры вытягивается в стренги заданного диаметра. В данном случае диаметр прутка будет равен внутреннему диаметру канала фильеры.
Конструкция экструдера напрямую зависит от выбранного типа экструзии. Наибольшей популярностью пользуется горячая экструзия, при которой происходит нагрев полимера до температуры плавления, но ниже температуры деструкции. Вокруг корпуса, образующего герметичное пространство с вращающимся в нем шнеком, устанавливаются нагреватели. Температура нагрева отличается по зонам шнека.
В общем случае конструкция экструдера включает следующие узлы:
– шнек (плунжер, диск);
– систему охлаждения
– бункер загрузки с дозатором;
– двигатель переменного тока с регулировкой количества оборотов;
– систему фильтрации;
Экструдеры могут быть не только шнековыми, но также дисковыми или плунжерными. В этом случае главным рабочим органом считают диск или плунжер соответственно. Компаундеры не делятся на виды по данному принципу, единственный вариант исполнения – шнековая пара.
В составе экструдера может присутствовать один шнек (стандартный одношнековый экструдер, универсальный для большинства задач) или несколько. Во втором случае шнеки могут иметь различную конструкцию (параллельные цилиндрические или конические) и направление вращения (сонаправленные, противонаправленные). Диаметр шнека в одношнековом экструдере может быть переменной величиной по длине. В компаундере этот параметр приближен к одному значению, как отмечалось ранее.
Полимерная масса в состоянии полурасплава может налипать на рабочий орган машины. При этом возникают заторы или блокировка хода шнека. Также можно столкнуться с проблемой проскальзывания материала в цилиндре. Для предотвращения этих нежелательных явлений в корпусе с внутренней стороны наносятся специальные насечки и канавки. В компаундере нанесение канавок не настолько важно, но тоже на практике используется в комплексе с зацепляющимися шнеками.
Независимо от количества винтов, они имеют схожую конструкцию, изготавливаются из высококачественной инструментальной стали с последующей шлифовкой поверхности.
Важным узлом является бункер загрузки, оборудованный дозаторами. В экструзии чаще используются волюметрические дозаторы, в отличие от компаундирования. Здесь не предъявляются настолько жесткие требования к погрешности. При этом объемные дозаторы стоят недорого, что дает возможность сэкономить на приобретении линии экструзии. С использованием объемных дозаторов может быть связана проблема образования мостов и сводов из сырья. Решить ее позволяют специальные механические ворошители или система аэрации, установленная в бункере загрузки. В компаундере также могут применяться системы ворошения.
Система фильтрации
Не всегда экструзионные линии дополняются системами фильтрации, несмотря на улучшение качества готовых изделий при их использовании. Многие производители экономят как на установке самой системы фильтров, так и на расходниках. Это позволяет сократить расходы, но в некоторой степени потерять в качестве готовых изделий.
В процессе экструзии в первичное сырье могут вводиться вторичные полимеры, содержащие различные примеси. Это неизбежно, поскольку для производства вторичного сырья чаще всего используется полигонный пластик. Даже металлсепараторы, ручная тщательная сортировка и многократная промывка сырья не способны на 100% удалить нежелательные примеси. При отсутствии системы фильтрации все включения перейдут в готовые изделия. В компаундере система фильтрации является обязательной, что гарантирует более высокое качество компаунда и, как следствие, изготовленных из него конечных изделий.
В отличие от компаундера, формующая головка экструдера может иметь различную конфигурацию выпускного отверстия. Форма сечения определяет профиль будущего изделия. Экструзионная головка может быть профильной (для труб), плоскощелевой (для листов, лент), многоканальной (для прутков, нитей).
В большинстве случаев можно легко перейти на другой тип изделий на одном и том же экструдере, заменив формующий элемент. Важно, чтобы режимы работы оборудования (температура, давление, время выдержки) соответствовали типу перерабатываемого полимера или композиционного материала.
Оборудование для изготовления пластиковой тары
Прежде чем начинать проект, необходимо определиться с технопарком, который вы будете использовать. Рассмотрим оснащение на примере двухстадийного производства, для организации которого потребуются литьевая и выдувная машины.
Термопластавтоматы для получения преформ
Изначально следует принять тот факт, что полиэтилентерефталат — очень текучий и чувствительный к перепадам температур материал. При перегреве он начнет желтеть и пригорать, на выходе получится бракованный товар недостаточной прозрачности или неправильного цвета. Поэтому работать с ним на стандартном ТПА не получится, нужен специализированный. Рассмотрим особенности наших спецсерий.
В первую очередь выделим специально разработанную конструкцию шнека, которая позволяет повысить скорость и при этом снизить температуру пластикации, а значит, более эффективно перерабатывать полимер и улучшить качество товара.
Второе отличие — это применение максимально энергосберегающих технологий. Среди них регулируемая система управления насосом, которая уменьшает расход до 30% на впрыске и в процессе пластикации. А также серводвигатели для открытия/закрытия пресс-формы и выталкивания готовых изделий, которые дают экономию до 50% по сравнению с гидравлическими устройствами. На самом деле, при довольно коротких циклах и больших объемах продукции, которые получают производители, эти цифры в течение года становятся колоссальными.
Данная модель еще более оптимизирована под работу с упаковочным сырьем и, в частности, для выпуска форм до 20-25 г. Главные результаты, которых достигли разработчики, следующие:
Специалисты нашего завода-изготовителя PowerJet соотнесли показатели работы оборудования. Как видно из таблицы, на системе KPET время производственного цикла короче примерно на четверть. Что выгодно и с точки зрения снижения расходов на электричество, и со стороны оптимизации места в цеху. Собственно говоря, на тех же площадях можно выпускать гораздо больше продукции, завоевать большую долю рынка и получать сверхприбыль.
ТПА для литья преформ 8000-V6/S6 (серия PET)
Автоматы и полуавтоматы для выдува ПЭТ-тары
Оборудование, для которого входным сырьем служат преформы, а результатом обработки — полые прозрачные емкости, бывает двух видов: полуавтоматическое и автоматическое.
Первый тип эксплуатируют в условиях мелкосерийного выпуска, он зависим от ручного труда. Перед каждым новым циклом рабочий загружает необходимое количество заготовок на станцию разогрева, затем их вынимает и помещает в приемные формующие гнезда, снимает готовые изделия. Полуавтоматы не могут быть быстрыми, тут все зависит от опыта персонала, что ограничивает производительность не более чем несколькими сотнями единиц продукции в час.
Автоматические линии по производству пластиковой тары позволяют получать промышленные партии товара за короткий промежуток времени. Производителей привлекает высокая скорость, точность позиционирования и формования, возможность установки пресс-форм с гнездностью до 100 и более мест, а также высокая вероятность максимизировать прибыль и повысить продуктивность бизнеса.
Дополнительное оснащение
При изготовлении прозрачной полой упаковки из пластика используются единичные вспомогательные узлы, в частности:
Роботы в оборудовании для выдува ПЭТ-тары — часть машины, равно как загрузочный бункер с конвейером составляют единое целое.
Вспомогательное оборудование для производства полимеров
Типы и виды экструдеров
Спецификация проекта начинается с конечного продукта и сырья. Как только это определено можно выбирать оборудование. Важно определить цель покупки, а затем искать станок, который поможет достичь желаемых результатов. Рассмотрим варианты, используемые в разных секторах промышленности, в чем разница между машинами, почему в настоящее время мало поршневых механизмов и какое оборудование стало ведущим для производства пластиковой продукции.
По типу рабочего органа разделяют:
Разновидности экструдеров по принципу действия
Сопоставим теперь основные типы конструкций, которые попали в индустрию пластмасс и используются в разных производственных секторах.
Шнековые экструдеры
Сегментируют диаметры, скорости, количество и конструкции шнеков в зависимости от желаемого материала, изделия и производительности.
Работа построена на вращении «архимедова винта» (загляните в мясорубку — она найдется в каждом доме). Древнегреческий инженер положил плавно вращающуюся деталь в основу насоса для собирания и подъема воды наверх. Во время технического прогресса винт стал прообразом шнека — стержня со сплошной спиральной поверхностью, который используется в экструзионной технике. Он работает либо отдельно, либо в сочетании с другими. Использование пары повышает производительность и снижает износ деталей.
Основное назначение шнекового экструдера — это гомогенность массы и продавливание ее через форму в вязко-текучем состоянии. Преимущество в том, что он действует на разных мощностях и хорошо справляется с двигательной и смесительной функциями, даже там, где нужны самые высокие показатели скорости, проплавляющей и смешивающей способности.
Разделение установок по частоте шнекового вращения:
Разница в частоте вращения существенно влияет на производительность и качество изделий, и поэтому важна для владельцев полимерных предприятий. Есть различия в настройке и регулировке. У парных шнеков настройки тонкие, и на практике редко когда рабочий цеха по заводской документации их правильно выставит.
Вдобавок, экструзионное оборудование — это машины с разным количеством шнеков.
Несмотря на то, что одношнековая конструкция экструдера наиболее распространена в полимерных производствах, некоторые термопласты лучше перерабатываются на двухшнековых машинах.
Плунжерные экструдеры
Они состоят из загрузочного бункера, рабочей цилиндрической камеры, движущегося плунжера (поршня) и съемной формующей фильеры. И все еще находят применение в экструзии фенопластов и фотопластов, хотя в сравнении с винтовым оснащением популярность поршневого низкая в современной индустрии пластмасс.
Процесс основан на возвратно-поступательных движениях плунжера. Как только материал через бункер попадает в цилиндр, он перекрывает загрузочное отверстие, сжимает сырье и продавливает. При обратном ходе поршень открывает подачу для очередной порции сырца. Такое строение распространено незначительно в силу малой производительности, сложности рабочих настроек.
Плоскощелевые экструдеры
Они состоят из двух параллельных валов с регулируемым зазором между ними, через который происходит процесс экструзии. Основной рабочий элемент — диск, но некоторые могут иметь шнек на входе материала для подачи и распределения полимерной смеси перед ее попаданием на диск. Отверстие в фильере вытачивают в виде тонкой щели, через которую масса выходит непрерывным полотном определенной толщины и ширины на охлаждающий барабан. Завершается цикл резкой или намоткой. Редкие товары, которые получают таким способом — тонкие стрейч-пленки для ручного и автоматического использования, плоское листовое полотно.
Экструдеры для производства полимерных изделий
Мы уже разобрались что это такое, но стоит знать и о тенденциях: прежде всего о том, что бизнес начинает разбирать азиатское экструзионное оборудование. Тут сыграло несколько факторов. Одни предприниматели заменяют машины ушедших с рынков поставщиков либо неконкурентоспособное отечественное, другие не могут наладить работу имеющейся европейской техники. Еще один толчок — ввод новых товарных категорий и открытие товарных ниш изделий, которые исторически закупались за границей. Конечно, параллельно с ними работают предприятия грануляции, компаундирования и рециклинга. Однако и те, и те предпочитают заказывать новую технику, обслуживать и ремонтировать ее у своих поставщиков. Так быстрее и надежнее.
И второе, сейчас можно выбрать простые и сложные агрегаты с высокой производительностью. Они совместимы со вспомогательными устройствами автоматизации, такими как автозагрузчики, дозаторы, регуляторы температуры и др., а также с последующими узлами — намотчиками, маркираторами, укладчиками и так далее. Вот тут, конечно, главное наличие нужных узлов у одного поставщика. Собирать цех «из разных рук» — изначально провальная затея.
Экструдеры для текстильной промышленности
Волокнообразующие полимеры — основное сырье в мире экструзионного текстиля. Продукцию получают из термопластичных синтетических веществ, которые при нагреве плавятся и формуются в нейлоновые, капроновые, акриловые, лавсановые, полиэфирные и другие нити. Полимерные нити преобразуют, например, в спанбонд, геотекстиль, нетканое полотно для салфеток, автомобильных ворсовых ковриков, подложек под линолеум.
Экструдеры для пищевой промышленности
Предприятия перерабатывают одно или несколько твердых или жидких компонентов: зерновые, бобовые, воду, масло, растворы подсластителей и красителей и др. В процессе экструзии питание фактически готовится. Ингредиенты смешиваются до густой пасты или теста, затем проходят через различные формующие фильеры в виде бесконечного продуктового ряда, а резак его делит на заданную длину. Производительность варьируется от нескольких десятков килограммов до нескольких тонн в час.
Кормовые экструдеры
В производство поступают «фабрикаты» в разном виде, это зерновые, бобовые, мука, растворители усилителей вкуса и витаминно-минеральных комплексов, а также биоотходы (кости, обрезь, рыбьи головы, падеж, мясокостная мука, просрочка, конфискат, отходы общепита). Еще до переработки компоненты могут предварительно измельчатся, потом транспортироваться в смеситель и далее в цилиндр для «приготовления». Обычно в смесь добавляют воду, поэтому на выходе корм влажный и требует сушки, также его охлаждают, чтобы стабилизировать и получить желаемую форму.
Подведем итоги
Экструдеры год от года совершенствуются и уверенно лидируют в списке промышленного оборудования — целевые рынки огромные. Анализ спроса среди клиентов, позволяет предположить, что двухшнековые механизмы высокой скорости и низкого энергопотребления могут доминировать в производствах.
Наш опыт также показывает, что бизнес особо интересен для предпринимателей, желающих выйти на рынки с полимерными трубами, досками для пола и стен, профилями для садовых ограждений, заборов и скамеек, наливной тарой, профилями для мебели и отделки, строительства.
Если вы начинаете думать в сторону бизнеса на изготовлении пластиковых изделий, обращайтесь за помощью к техническим специалистам «Интерпласт», чтобы получить максимальную отдачу от своего экструдера.
В переработке преобладают термопластичные полимеры: ПВХ, ПС, ПЭ, ПП, ПЭТ, ПК, ДПК, в виде гранул, порошка или дробленки возвратного и вторсырья; различные пищевые группы растительного и животного происхождения, включая злаки, корнеплоды, масленичные и бобовые культуры, биологические отходы; возможна экструзия керамики, металлов и другого техсырья.
Вывод
Сравнивая назначение, конструкцию и технологию процесса, можно отметить, что компаундер является частным и более модифицированным случаем стандартного двухшнекового экструдера. При этом он не считается производственным оборудованием, поскольку является промежуточным агрегатом для подготовки высококачественной композитной смеси.
На практике одношнековые экструдеры с установленной стренговой головкой также периодически используют для вытягивания стренгов. Однако обеспечить достаточную скорость смешивания и выдавливания расплава одношнековый экструдер не способен по причине ограниченности отдельных технических параметров. Для данного типа оборудования характерна скорость вращения шнека в пределах 50-150 об/мин. Потому оптимальным станет двухшнековый экструдер со скоростью вращения шнека 200-500 об/мин, а в отдельных случаях до 1000 об/мин.
Многие производители выполняют смешивание непосредственно в экструдере, но при таком подходе страдает качество изделий. По этой причине для изделий ответственного назначения (медицинских, лабораторных, промышленных) предварительно используют компаундеры, в которых подготавливают сырье. В одношнековом экструдере для смешивания используется пространство между витками шнека и корпусом. В двухшнековом оборудовании смешивание осуществляется в пространстве между шнеками и стенками корпуса, в межвитковом пространстве и между шнеками. При увеличении расстояния между шнеками увеличивается величина обратного потока, что также способствует более качественному смешиванию компонентов. При смешивании веществ с высоким показателем вязкости используются зацепляющиеся шнеки, обеспечивающие более интенсивные сдвиговые деформации. Также сонаправленные зацепляющиеся шнеки способны справиться с высоконаполненными композитами.
Индустрия выдувного формования кардинально отличается от других направлений переработки пластика. Как правило, производством преформ занимаются одни компании, а изготовлением изделий из них другие. Покупателями РВМ-оборудования чаще становятся либо предприятия, которые нуждаются в сосудах для розлива и фасовки собственной продукции, либо небольшие предприниматели, которые, например, обслуживают сети магазинов разливных напитков и поставляют им емкости. Впрочем, есть и те, кто не занимается только закупкой заготовок, а объединяет оба процесса под одной крышей.
Специализированные машины чаще всего используются для изготовления емкостей размером от 50 мл до 19 л, будь то упаковка лекарств, косметических средств и парфюмерии, напитков и продуктов, детские бутылочки или резервуары для хранения авто- и бытовой химии.
Технологический парк составляют в соответствии с задачами бизнеса. Отталкиваются от типа изделия и потребностей в производственных мощностях. В своей практике мы сталкивались с тем, что конкуренты предлагали клиенту технику, не приспособленную для выпуска его продукции. А именно продавали машину с короткой станцией разогрева для работы с толстостенной заготовкой, которая на деле не успевала бы прогреваться и становилась непригодной для формования.
Это безальтернативный способ производства конкретного массового однотипного продукта — прозрачной полой тары. Поскольку ПЭТ обладает рядом преимуществ, не свойственных другим полимерам, его применение в упаковке для пищевых продуктов, бытовой химии и так далее оказывается все более обширным. И для многих предприятий выгодно иметь выдувную машину.