Экструзия — производственный метод получения погонажных полимерных изделий с постоянным поперечным сечением. Метод основан на непрерывном выдавливание расплавленного полимера (расплава) через формотворный элемент (фильера) с последующим охлаждением и фиксацией размеров полимерного изделия. Экструзия является самым продуктивным методом переработки полимерных материалов в изделия и наряду с литьем под давлением самым распространенным. Этим методом перерабатываются термопластичные полимеры, композиты на их основе, а также реакционные полимерные материалы. Наша компания предлагает производство пластиковых изделий из пластмассы на заказ методом экструзии и коэкструзии.

Принцип процеса экструзии на одношнековом экструдере

В зависимости от механизма создания давления на фильере Экструдеры делятся на шнековые, плунжерные, дисковые и т. д. Сегодня наибольшее распространение получили шнековые экструдеры, которые в свою очередь делятся на одношнековые и многошнековые, среди которых самые распространенные — двухшнековые.

Принцип работы одношнекового экструдера достаточно прост: полимерный материал подается под действием силы тяжести вниз с загрузочного бункера в рабочую камеру экструдера (материальный цилиндр) — зону загрузки. Материальный цилиндр и шнек внутри него составляют так называемую «шнековою пару». Следует отметить, что основной характеристикой шнека является соотношение его длины L к диаметру D (L / D). В материальном цилиндре полимер находится в закрытом пространстве между стенкой цилиндра и соответственно шнеком который вращается. Благодаря подводу тепла к цилиндру и, как следствие, разогрева полимерного материала, а также трения, пластик перемещается по цилиндру и плавится — это происходит в зоне пластикации. В дальнейшем расплав полимера подается в формирующую головку (фильеру) — зона дозирования.

С развитием технологического прогресса появляется новый тип экструдера для переработки полимеров — многошнековый, в частности, наибольшее распространение получил двухшнековый экструдер в конструкцию которого был заложен новый механизм транспортировки полимера к формирующей головки — принудительный. Главное преимущество двухшнекового экструдера — хороший захват исходного материала в зоне загрузки независимо от агрегатного состояния и формы частиц а также принудительная транспортировки материала к формирующей головки.

Шнековая пара одношнекового экструдераШнековая пара двухшнекового экструдера

Разница в принципах работы двух- и одношнековых экструдеров связана также с различными механизмами создания давления в материале. Если в одношнекового экструдера давление развивается с вследствие вязкого течения полимерного материала, вызванного относительным движением шнека и цилиндра, то в двухшнековых экструдерах к этому фактору добавляется выдавливаемо действие витков сопряженных шнеков. Кроме этого, двухшнековые экструдеры обеспечивают небольшую продолжительность переработки полимера, а также узкое распределение времени пребывания. При этом, улучшенные характеристики смешивания и теплопередачи позволяют обеспечить хороший контроль температуры и времени переработки, что очень важно для экструзии профильных изделий из материалов с ограниченной термостабильностью, в частности, поливинилхлорида (ПВХ).

Классический вид промышленного двухшнекового экструдера для переработки полимерных и композиционных материалов

Разновидностей двухшнековых экструдеров очень много. Наиболее распространенными являются:

а) Экструдеры вытесняющего действия с шнеками находящихся в зацеплении. В зависимости от направления вращения шнеков могут быть с разнонаправленным вращением (низкоскоростные экструдеры для производства профилей, высокоскоростные для компанировки сырья) и с однонаправленным вращением шнеков (экструдеры с коническими шнеками, экструдеры с параллельными шнеками).

е

б) Экструдеры с шнеками без зацепления, которые в свою очередь делятся на экструдеры с разнонаправленным вращением шнеков (с одинаковой длиной шнеков или разной). Экструдеры с соосными шнеками (экструдеры с внутренним перемещением расплава полимера в направлении экструзии; экструдеры с внутренним перемещением расплава полимера в направлении противоположном экструзии, экструдеры с внутренней пластикацией).

Шнеки экструдера в зацепленииШнеки экструдера без зацепления

Ниже приведена сравнительная характеристика двухшнековых экструдеров в зависимости от конфигурации шнеков.

Двухшнековые экструдеры с шнеками в зацепленииДвухшнековые экструдеры с шнеками без зацепления
Возможен процесс самоочищенияПроцесс самоочищения невозможен
Хорошие характеристики плавленияУдовлетворительные характеристики плавления
Хорошее дистрибуцыонное смешиваниеХорошее дистрибуцыонное смешивание
Хорошее дисперсионное смешиваниеПлохое дисперсионное смешивание
Хорошая дегазацияХорошая дегазация
Соотношение L/D ≤ 60Соотношение L/D ≤ 60

Стоит отметить, что доля двухшнековых экструдеров с шнеками в зацеплении в процессах переработки полимерных и композиционных материалов значительно больше чем экструдеров с шнеками которые работают без зацепления.

Также приведена сравнительная характеристика двухшнековых экструдеров в зависимости от направления вращения шнеков.

ПараметрыОднонаправленное вращениеРазнонаправленное

вращение

Шаг нарезки шнекаОдинаковыйПротивоположный
СамоочищениеВысокоэффективноеНизкоэффективное
Характеристики плавленияХорошиеОтличные
Скорости работыВысокие до 1400 об/мин

Достаточно высокие 

500 об/мин

Основное направление использованияПрофильные изделия

Двухшнековые экструдеры находят также применение в специальных операциях химии и технологии полимерных и композиционных материалов, в частности, экструзии реакционно способных полимеров, полимеризации олигомерных продуктов, дегазации и модификации полимерного сырья.

Компания Репласт имеет опыт работы по производству пластиковых изделий на заказ методом экструзии и коэкструзии как на двухшнековых так и одношнековых экструдерах.

Автор – главный технолог ООО Репласт, к.т.н. Масюк Андрей