Определение оптимальной толщины стенок изделий из пластиков представляет собой сочетание способности к формованию и требований устойчивости. Большинство формовок, полученных литьем, являются структурами с тонкой оболочкой, поэтому 10-процентное утончение стенок может увеличить вероятность потери устойчивости; особенно на ровных поверхностях. Если у детали есть изгибы, и она приобретает устойчивость через форму, то подобное утончение стенок пройдет почти незаметно. На самом деле требования устойчивости редко учитываются на стадии проектирования. При нагрузке деформируются все структуры - проблемой на стадии проектирования является вычисление допустимой деформации при установленной нагрузке. Часто для укрепления структуры в модель изделия добавляют ребра. Почти всегда ребра добавляют, не производя никакого анализа нагрузки. Необходимо помнить, что экструдер это агрегат, предназначенный для пластикации ПВХ под действием температур нагретого материального цилиндра и под действием сдвиговых деформаций, возникающих внутри материала при сдавливании и перемешивании его шнеками. Под действием высокой температуры в зонах загрузки и пластикации, а так же давления, возникающего при сжатии материала шнеками, ПВХ начинает плавиться (переходить в пластичное, текучее состояние). При вращении шнеков, заполненных холодным материалом возможна поломка как самих шнеков, так и поломка их привода. В случае вращения шнеков при недостаточно нагретом инструменте (фильере), резко возрастает давление материала в зоне адаптера, из-за чего возможно повреждение инструмента, подъем материала в колодцы дегазации. Материал выдавливается с рваными кромками, жесткий, распадается на отдельные жгуты, легко рвется.

Из упомянутых выше ситуаций вытекает первое правило:

- для нормальной переработки ПВХ, цилиндр экструдера и инструмент (фильера) должны быть нагреты до рабочих температур.

Величины температур зависят, в том числе и от типа смолы ПВХ (точнее от коэффициента жесткости смолы К) применяемой в данный момент, типа инструмента и экструдера. Базовые значения интервалов температур для различных экструдеров в зависимости от типа смолы ПВХ не приводятся в данной работе, так как достаточно зависимы от специфических условий каждого производства.

Как уже говорилось, в цилиндре экструдера материал переходит из твердого в вязкотекучее состояние под действием нагрева (от внешних нагревателей), саморазогрева (от трения частиц материала между собой) и сдвиговых деформаций, возникающих внутри материала при сдавливании и перемешивании его шнеками. По некоторым источникам, вклад сдвиговых деформаций в процесс пластикации ПВХ достигает 70%. Для того, что бы эти сдвиговые деформации возникали в процессе переработки, шнеки экструдера должны быть заполненными.

Это второе правило: - для нормальной переработки ПВХ, шнеки экструдера должны быть заполнены материалом (необходимо только для экструдеров, оборудованных узлом дозирования материала).

На практике это выглядит следующим образом: при рабочих оборотах шнеков и дозатора, в зоне загрузки шнеков экструдера не должно быть видно самих шнеков из под слоя материала. При этом материал не должен подниматься в колодцы дегазации. Указанные условия достигаются регулировкой оборотов дозатора относительно величины оборотов шнека.

Необходимо понимать, что режимы производства с «полупустыми» шнеками приводят не только к ухудшению переработки материала, но и к повышенным нагрузкам в зоне дозирования, выпрессовывания (или зоне подачи), куда смещается процесс пластикации. В результате шнеки испытывают повышенные механические нагрузки, быстрее изнашиваются.

Следующее правило формулируется так: - признак нормальной переработки ПВХ – материал в колодцах дегазации «частично пластифицирован».

Другими словами, материал должен выглядеть как почти однородная масса с разрывами и комками. Не должно быть видно порошка или рассыпчатой «дроби», это случай недостаточной пластикации материала. В этой ситуации необходимо либо повышать температуру начальных зон экструдера, либо повышать производительность экструдера (увеличивать обороты шнека и дозатора, «разгонять»). Часто, наилучший результат дает применение обеих методов одновременно. В то же время, материал не должен быть размазан по шнекам, повторять их контур. Если в колодцах дегазации наблюдается подобная картина, значит, материал перегрет и требуется, как минимум, уменьшить температуру начальных зон экструдера.

Ситуация недостаточной пластикации как и случай «перепластикации» (перегрева) материала могут сказываться на свойствах и характеристиках экструдируемого профиля самым непредсказуемым способом. Иногда, для приведения характеристик профиля (качества и текстуры поверхности, размеров и формы сечения) достаточно добиться «правильного» состояния материала в зоне дегазации.

Для большинства возникающих в процессе производства ситуаций желательно выполнять перечисленные выше правила. Однако в редких случаях, возможно целенаправленное отступление от какого-либо из них (или сразу нескольких) с целью получения конкретного, сиюминутного результата.

Признаки нормально переработанного материала

Окончательное представление о качестве переработки ПВХ в экструдере можно получить только непосредственно оценив (визуально и на ощупь) расплавленную массу на выходе из фильеры. Суждения о «нормальности» или «достаточности» переработки материала в основном основываются на личном опыте. Ниже приведены наиболее яркие признаки, наличие или отсутствие которых позволяет выполнить заключение о состоянии экструдируемого ПВХ:

Жгут материала должен иметь гладкую ровную поверхность одинакового цвета. • На поверхности материала не должно быть видно отдельных сгустков, комков. В случае переработки смеси ПВХ их наличие свидетельствует о перегреве ПВХ. При переработке дроби, кроме описанного выше, существует возможность недостаточной переработки сырья, тогда комки – это «не переработанные» до конца отдельные дробины.
•  На поверхности жгута материала не должны вздуваться пузыри. Наиболее вероятной причиной возникновения пузырей является неработающая (не работающая должным образом или не включенная) система дегазации. Если дегазация в полном порядке, наличие пузырей свидетельствует о перегреве материала. Данный признак (gepshb на поверхности) действителен и в случае производства вспененного ПВХ.
•  Поверхность материала не должна быть шероховатой, покрытой мелкими бугорками. Такое состояние массы ПВХ говорит о ее перегреве. Иногда, шероховатая поверхность – признак недостаточной переработки сырья. Достоверно определить, что явилось причиной возникновения данного состояния, можно с помощью общей оценки ситуации (выставленных температур, состояния материала в области дегазации и т.д.)
•  На поверхности материала не должно быть цветных полос желтого или коричневого цветов. Наличие полос свидетельствует о «сгорании» части материала в фильере.
•  На поверхности материала не должно быть борозд, царапин. Их присутствие говорит о засорении каналов фильеры посторонними предметами. Допускаются «борозды», «утяжки» в местах стыка поверхности с внутренними перегородками, и «царапины» в местах слияния потоков массы в фильере. (по некоторым данным, наличие "борозд" и "утяжек" на месте стыка поверхности и перегородок является основным признаком износа фильеры) Их положение постоянно для каждой фильеры и не меняется со временем.

Жгут материала должен быть пластичным, иметь «правильную» упругость. Когда для определения состояния материала недостаточно перечисленных выше признаков, можно использовать тактильные ощущения. При сжатии полосы материала «утконосами» или плоскогубцами на материале должен остаться устойчивый отпечаток рифления рабочей поверхности инструмента. При этом важно учитывать усилие, требуемое для создания отпечатка. Отпечаток не должен деформироваться по мере движения жгута к тянущему устройству. Если отпечаток растягивается, отпечаток создается легко, можно говорить о том, что материал «перепластицирован», «перегрет». Напротив, если отпечаток создается с заметным усилием, или при прекращении сдавливания поверхность частично (полностью) восстанавливается, справедливо предположить о недостаточной переработке сырья. Такие состояния ПВХ на выходе из фильеры могут помешать получению профиля с требуемыми характеристиками. Надо понимать, что все описанные признаки зависят от человека их определяющего. Правильная оценка состояния переработки материала достигается с определенным опытом.
•  При срезании материала вплотную к фильере ножом из цветного металла, срез должен быть ровным и гладким, материал не должен рваться. Если этого нет – материал недостаточно переработан.
•  Жгут не должен распадаться на отдельные составляющие, кромки жгута не должны быть «надорванными». В этом случае, материал недостаточно переработан. Жгут материала должен выдавливаться равномерно по всему сечению профиля. Не должно быть видно значительного опережения в выдавливании каких-либо частей жгута (центральных, боковых, верхних и т.д.) относительно других. Если отмечено значительное опережение при выдавливании центральной части профиля, значит с большой степенью уверенности можно говорить о «перепластикации» или «перегреве» расплава ПВХ. Однако следует помнить, что во время «запуска» профиля, подобная ситуация может возникнуть по причине неустановившихся температурных режимов экструдера и фильеры. Надо отметить, что словосочетание «значительное опережение» не может быть выражено точно, так как для каждого сочетания «станок – инструмент – сырье» оно будет отличаться. В грубом приближении, ситуация требует специального вмешательства (корректировки параметров процесса) если существует опережение (отставание) при выдавливании какой-либо части жгута профиля более чем в два раза. Другими словами, на сантиметр длины какой-либо части сечения профиля из фильеры выдавливается два сантиметра другой части.

Необходимо отметить, что заключение о состоянии материала выполняется на основании анализа всех признаков, с учетом типа сырья, температурных режимов и режимов загрузки шнеков. При этом, иногда на основании личного опыта, оператор может получить более правильное представление о ситуации чем если бы он исходил из формальных признаков.

Подъем материала в колодцах дегазации

В случае, если при рекомендованных (стандартных) значениях оборотов и температур материал поднимается в колодцах дегазации, необходимо в первую очередь, оценить его состояние визуально, через эти самые колодцы. Если это порошок или рассыпчатая дробь, значит в силу каких-то причин (будут рассмотрены позднее) материал не перерабатывается должным образом. В этом случае можно увеличить температуру начальных зон экструдера с целью ускорить начало плавления ПВХ. Тогда к моменту попадания материала к зоне дегазации его объем будет меньше, за счет исчезновения пустого пространства между частицами сырья (т.к. материал сплавлен). Кроме того, ускорить (улучшить) пластикацию материала можно с помощью увеличения производительности экструдера. При этом происходит ускорение перемешивания сырья, интенсификация его деформации витками шнеков, усиливается трение частиц материала друг об друга. В результате, влияние «сдвиговых деформаций» на процесс пластикации ПВХ увеличивается. Наиболее эффективен этот способ для экструдеров с коническими шнеками.

При «нормальном» состоянии материала, в случае его подъема в колодцах дегазации следует проверить температурные режимы конечных областей зон экструдера, температуры адаптера и инструмента. При недостаточном нагреве этих зон в области окончания шнеков значительно поднимается давление расплава. По этой причине в цилиндре экструдера усиливается обратный поток материала (направленный от последних зон цилиндра к начальным) в результате чего создаются условия для подъема массы в колодцах. Для разрешения ситуации можно поднять температуру последней зоны экструдера, адаптера и начальной зоны инструмента. Косвенным признаком данной причины подъема материала может служить повышенное значение давления расплава, близкое к критическим.

При выборе соотношения оборотов, в первую очередь следует руководствоваться возможностями экструдера, здравым смыслом и собственным опытом. Если вы уверены, что температуры заданы верно, материал перерабатывается правильно но при этом в колодцах дегазации масса поднимается или ее там мало, меняйте соотношение оборотов шнека и дозатора. Причиной подобной ситуации может быть изменение каких-либо характеристик сырья, например его «насыпной плотности».

Что надо знать про систему дегазации

Система дегазации предназначена для удаления из расплава ПВХ газов, в частности, водяного пара. В случае если газы остаются в расплаве, возможно как появление отдельных пузырьков на поверхности материала при выходе из экструдера, так и «вскипание» (точнее «вспенивание») всей массы расплава.

По месту нахождения колодцев дегазации, конструкция всех типов шнеков предусматривает увеличение шага витков, увеличение объема, предназначенного для материала, в межвитковом пространстве. Такое решение предназначено для уменьшения давления в материале, его «разрыхления» с целью облегчения удаления газов из объема материала.

Номинальное значение глубины вакуума в колодцах дегазации должно составлять 0,8 бар. На практике, для большинства случаев достаточно значения глубины вакуума 0,6 бар. При незначительных производительностях станков, неработающая дегазация обычно никак не сказывается на качестве профиля.

Причины засорения дегазации:
•  В зоне дегазации материал в виде порошка, который засасывается в фильтры и забивает их. Причина - недостаточная степень переработки материала или недостаточная «наполненность» шнеков. Особенно часто при пусках (когда материал еще не переработан) в случае преждевременного включения системы и при остановках, в случае ее несвоевременного отключения.
•  Колодцы дегазации забиты переработанным материалом. Удаление газов из области шнеков не происходит, хотя манометр - вакууметр показывает рабочую величину глубины вакуума. Причина - большие давления в области окончания шнеков или неправильное заполнение шнеков материалом. Характерно для экструдеров с коническими шнеками при «быстрых» запусках или неправильных действиях при остановке.

Второй тип засорения более неприятен, из-за затрудненной диагностики и повышенной сложности очистки системы.

Важно:

Система дегазации не работает при отсутствии подачи воды к вакуумной помпе.
При неисправностях системы дегазации возможен выброс воды в цилиндр станка.
Явление нежелательное, может привести к серьезным поломкам оборудования.

Д. П. Стасенко,
По материалам www.kiron.nm.ru

http://plastinfo.ru