Министерство образования и науки Республики Казахстан Карагандинский государственный технический университет     Утверждаю Первый проректор                  Исагулов А.З. «____» _________ 2014г.           УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ   по дисциплине «Оборудование цехов по производству пластмасс, резины, композиционных материалов»   для студентов специальности 050710 «Материаловедение и технология новых материалов»   Факультет                         машиностроительный Кафедра                             МЛП и КМ   2014

 

Предисловие Учебно-методический комплекс дисциплины преподавателя разработан:   к.т.н., доц. кафедры МЛП и КМ Сафоновым А.В. ассистентом  кафедры МЛП и КМ Сидориной Е.А.       Обсужден на заседании кафедры МЛП и КМ   Протокол № _______ от «____»______________2007 г.   Зав. кафедрой  О.А. Шарая_____________         «____»____________2007 г.         Одобрен методическим бюро машиностроительного факультета   Протокол № ________ от «_____»_____________2007 г.   Председатель  А.К. Турсунбаева__________        «____»____________ 2007

1 Рабочая учебная программа

1.1        Сведения о преподавателе и контактная информация

Сафонов Анатолий Васильевич, к.т.н., доц. кафедры МЛП и КМ

Сидорина Елена Анатольевна, ассистент кафедры МЛП и КМ

 

Кафедра МЛП и КМ находится в гл. корпусе КарГТУ (Караганда, Б.Мира 56), аудитория 313, контактный телефон 56-75-92 доб. 124

 

1.2        Трудоемкость дисциплины

 

Семестр	Количество кредитов	Вид занятий					Количество часов СРС	Общее количество часов	Форма контроля
		количество контактных часов			количество часов СРСП	всего часов
		лекции	практические занятия	лабораторные занятия
7	3	30	—	15	45	90	45	135	Экзамен, КП

 

1.3        Характеристика дисциплины

Дисциплина «Оборудование цехов по производству пластмасс, резины, композиционных материалов» предназначена для изучения основного технологического оборудования по производству изделий машиностроительного назначения из пластмасс, резины, композиционных материалов знакомит студентов с основным технологическим и вспомогательным оборудованием по производству изделий из пластмасс, резины и других композиционных материалов.

1.4        Цель дисциплины

Ознакомить студентов с базовыми видами технологического оборудования с оснасткой цехов по переработке пластических масс, резины, композиционных материалов, основами анализа рабочих процессов машин и аппаратов, принципами их конструирования, расчета и эксплуатации.

 

1.5        Задачи дисциплины

 

Дать будущим специалистам знания о конструкции машин, их параметрах и рациональной области применения, а также ознакомить студентов с методами расчета основных показателей работы машин  выбора типажа и оборудования для  заданных материалов и изделий.

В результате изучения данной дисциплины студенты должны:

иметь представления: о принципах работы оборудования, используемых в цехах по переработке полимерных материалов, производственной структуре цехов, взаимодействия структурных подразделений, технологическом процессе.

знать: основные правила и требования подбора оборудования и его отдельных частей;

уметь: анализировать особенности устройства и эксплуатации различных типов оборудования, конструкции и узлов и механизмов;

приобрести практические навыки: по выполнению конструкторских и технологических расчетов.

 

 

1.6        Пререквизиты

Для изучения данной дисциплины необходимо усвоение следующих дисциплин (с указанием разделов (тем)):

Дисциплина	Наименование разделов (тем)
1. Начертательная геометрия и инженерная графика	Стандарты ЕСКД, выполнение деталировки и сборочных чертеж, составление спецификаций
2. Высшая математика	Дифференциальное и интегральное исчисление. Элементарные функции и графики. Тождественные преобразования и неравенства.
3. Теория механизмов и машин	Анализ и синтез механизмов
4. Теория строения материалов	Состав, структура и свойства полимеров и композиционных материалов.
5. Химия	Полимеры.
6. Основы конструирования	Расчеты на прочность приводы и передачи.
7. Производство неметаллических материалов	Процессы формования резиновых и полимерных изделий,  подготовительные операции.
8. Свойства и особенности строения неметаллических материалов	Полный курс

 

1.7        Постреквизиты

    Знания, полученные при изучении дисциплины «Оборудование цехов по производству пластмасс, резины, композиционных материалов», используются при выполнении курсового проекта и выпускной работы.

 

1.8        Содержание дисциплины

 

1.8.1. Содержание дисциплины по видам занятий и их трудоемкость

 

1.8.2 Тематика курсовых проектов

1. Расчет формующего инструмента для литья под давлением

2. Расчет формующего инструмента для прессования.

3. Расчет формующего инструмента для выдувания формования.

4. Технологический расчет экструзионной установки.

5. Проверочный расчет на прочность основных элементов экструдера.

6. Расчет привода литьевой машины.

7. Расчет диаметра червяка (шнека) экструдера.

8. Расчет геометрических параметров червяка (шнека) экструдера.

9. Расчет производительности литьевых машин.

10. Расчет производительности литьевых автоматов.

11. Расчет производительности гидравлических прессов.

12. Выбор оборудования и расчет его количества под заданную годовую программу для переработки пластмасс литьевым способом.

13. Выбор оборудования и расчет его количества под заданную годовую программу для переработки пластмасс методом прессования.

14. Выбор оборудования и расчет его количества под заданную годовую программу для переработки пластмасс методом выдувного формования.

15. Расчет производительности экструзионной установки (агрегата) по производству погонажных изделий труб, профильных планок).

16. Расчет производительности каландровых установок по производству конвейерных лент.

17. Выбор и расчет производительности оборудования по производству формовых РТИ.

18. Выбор и расчет оборудования по производству неформовых РТИ.

19. Выбор и расчет производительности машин для таблетирования волокнитов.

20. Выбор и расчет параметров смесительных вальцов для производства РТИ.

21. Расчет количества литьевого оборудования и производственной  мощности для реконструируемого цеха.

22. Расчет количества прессового оборудования и производственной мощности для реконструируемого цеха.

23. Учет влияния марки полимера на производительность литьевого оборудования.

24. Учет влияния марки полимера на производительность гидравлических прессов.

25. Выбор и расчет производительности машин для производства профильных погонажных изделий из резиновых смесей.

1.9 Список основной литературы

1 Крыжановский В.К. и др. Производство изделий из полимерных материалов: Учеб.пособие. – СПб.: Профессия, 2004. – 464с.

2 Шварц О. и др. Переработка пластмасс. – СПб.: Профессия, 2005. – 302с.

3 Торнер Р.В., Акутин М.С. Оборудования заводов по переработке пластмасс. – М.: Химия, 1986. – 142с.

4  Завгородский В.К. и др. Оборудование предприятий по переработке пластмасс. М.: Химия, 1972. – 219с.

5 Мэллой Р.А. Конструирование пластмассовых изделий для литья под давлением/перев. с англ. – СПб.: Профессия, 2006. – 543с.

6 Справочник по технологии изделий из пластмасс/Под ред. Сагалаева Г.В. – М.:Химия, 2000. – 212с.

7 Володин В.П. Экструзия профильных изделий из термопластов. – СПб.: Профессия, 2005 – 480с.

8 Мартин Дж.М. Производство применение резино-технических изделий. СПб.: Профессия, 2006. – 480с.

9 Белозеров Н.В. Технолгия резины /Учеб. Пособие для техн. Л.: Химия, 1965. – 660с.

10 Иванова В.Н., Алешунина А.А. Технология резиновых технических изделий/Учебн. для  техн. – 2-е изд. Л.: 1980, — 264с.

 

    1.10  Список дополнительной литературы

11 Басов Н.И. и др. Расчет и конструирование формующего инструмента для изготовления изделий из полимерных материалов/Учеб. для вузов. – М.: Химия, 1991.

12 Калиничев Э.Л. и др. Оборудование для литья пластмасс под давлением.: Расчет и конструирование. М.: Машиностроение, 1985. – 256с.

13 Брагинский В.А. и др. Расчет и конструирование формующего инструмента для изготовления полимерных материалов. М.: Химия, 1991. – 349с.

14 Оленев Б.И. и др. Проектирование производств литьевых изделий из пластмасс. М.: Химия, 1977г.

15 Абдель Е.М. и др. Полимерные пленки / перев. с англ.  СПб.: Профессия, 2006. – 352с.

16 Уайт Дж.Л., Чой Д.Д. Полиэтилен, пропилен и другие полиолефин перев. с англ.. СПб.: Профессия, 2006. – 256с.

17Производство упаковки из ПЭТ/Брукс Д., Джаилс Дж; перев. с англ. – СПБ.: Профессия, 2006. – 368с.

18 Брагинский В.А., и др. Переработка пластмасс: Справочн. пособие.  – Л.: Химия, 1985. – 296с.

19 Основы технологии переработки пластмасс: Учеб. для вузов/Власов С.В. и др. – М.: Мир, 2006. – 600с.

 

 

1.11 Критерии оценки знаний студентов

 

Экзаменационная оценка по дисциплине определяется как сумма максимальных показателей успеваемости по рубежным контролям (до60%) и итоговой аттестации (экзамену) (до 40%) и составляет значение до 100% в соответствии с таблицей.

 

 

 

 

 

       1.12 Политика и процедуры

При изучении дисциплины «Оборудование цехов по производству пластмасс, резины, композиционных материалов» прошу соблюдать следующие правила:

1. Не опаздывать на занятия.

2. Не пропускать занятия без уважительной причины, в случае болезни  представлять справку, в других случаях – объяснительную записку.

3. Отрабатывать пропущенные занятия независимо от причины пропусков.

4. Активно участвовать в учебном процессе.

5. Быть терпимыми, открытыми, откровенными и доброжелательными к сокурсникам и преподавателям.

 

1.13 Учебно-методическая обеспеченность дисциплины

Ф.И.О. автора	Наименование учебно-методической литературы	Издательство год издания	Количество экземпляров
			в библиотеке		на кафедре
Основная литература
Крыжановский В.К. и др.	Производство изделий из полимерных материалов	СПб, Профессия, 2004	3	—
Шварц О.	Переработка пластмасс	СПб, Профессия, 2005	3	—
Торнер Р.В., Акутин М.С.	Оборудование заводов по переработке пластмасс	М.: Химия, 1986г.	—	—
Завгородский В.К. и др.	Оборудование предприятий по переработке пластмасс	М.: Химия, 1972г.	—	—
Мэллой Р.А.	Конструирование и пластмассовых изделий для литья под давлением	СПБ, Профессия, 2006	5	—
Сагалаев Г.В.	Справочник по технологии изделий из пластмасс	М.: Химия, 2000	3	—
Володин В.П.	Экструзия профильных изделий из термопластов	СПб, Профессия, 2005	3	—
Мартин Дж. М	Производство и применение резино-технических изделий	СПб, Профессия, 2006	3	—
Белозеров Н.В.	Технология резины	Л., Химия, 1965	2	—
Иванова В.Н., Алешунина А.А.	Технология резиновых технических изделий	Л., Химия, 1980	2
Дополнительная литература
Басов Н.И. и др.	Расчет и конструирование формующего инструмента для изготовления изделий из полимерных материалов	М., Химия, 1991	*	—
Калиничев Э.Л. и др.	Оборудование для литья пластмасс под давлением	М., Машиностроение, 1985	*	—
Брагинский В.А. и др.	Расчет и конструирование формующего инструмента для изготовления полимерных материалов	М., Химия, 1991	*	—
Оленев Б.К. и др.	Проектирование производств литьевых изделий из пластмасс	М., Химия, 1977	*	—
Абдель Е.М. и др.	Полимерные пленки	СПб, Профессия, 2006	5	—
Уайт Дж. Л, Чой Д.Д.	Полиэтилен, полипропилен и другие полиолефины	СПб, Профессия, 2006	5	—
Брукс Д, Джаиле Дж.	Производство упаковки из ПЭТ	СПб, Профессия, 2006	5	—
Брагинский В.А. и др.	Переработка пластмасс	Л., Химия, 1985	*	—
* Указанные книги имеются в Карагандинском филиале РНТБ

2 График выполнения и сдачи заданий по дисциплине

 

Вид контроля	Цель и содержание задания	Рекомендуемая литература	Продолжительность выполнения	Форма контроля	Срок сдачи
Лаб.раб. №1	Знакомство с инженерными расчетами привода машин	[1,2,12]	4 час.	текущая	4-я неделя
Лаб. раб. №2	Знакомство с инженерными расчетными параметров машин	[1,2,12]	4 час.	текущая	8-я неделя
Лаб.раб. №3	Знакомство с инженерными методами расчета многогнездовых форм	[11, 12, 13]	4 час.	текущая	12-я неделя
Лаб.раб. №4	Закрепление теоретических знаний по конструкции машин	[1,2]	1 час.	текущая	13-я неделя
Лаб.раб.№5	Закрепление теоретических знаний по конструкции машин	[1,2]	1 час.	текущая	14-я неделя
Лаб.раб.№6	Закрепление теоретических знаний по конструкции технологических установок (линий)	[1,2,4]	1 час.	текущая	15-я неделя
Курсовой проект	Соблюдение сроков выполнения разделов пояснительной записки	См. подраздел 7.4	3 час.	Рубеж- ный	5-неделя
Курсовой проект	Соблюдение сроков выполнения разделов пояснительной записки	См. подраздел 7.4	3 час.	Рубеж- ный	10-неделя
Курсовой проект	Соблюдение сроков выполнения графической части проекта	См. подраздел 7.4	3 час.	Рубеж- ный	15-неделя
Опрос по теме СРС	Технологические параметры переработки полимеров	[1,2]	3 час.	текущий	1-неделя
Опрос по теме СРС	Бункеры для сушки полимеров	[1,2]	3 час.	текущий	2-неделя
Контрольная работа по теме СРС	Машины для дробления композитов	[1,2,3,4]	3 час.	текущий	3-неделя
Контрольная работа по теме СРС	Машины для смешения композитов	[1,2,3,4]	3 час.	текущий	4-неделя
Опрос по теме СРС	Агрегаты экструзионные общие понятия и назначение	[1,2]	3 час.	текущий	5-неделя
Контрольная работа по теме СРС	Агрегаты экструзионные – конструкция и расчет	[1,2]	3 час.	текущий	6-неделя
Опрос по теме СРС	Агрегаты для выпуска труб и профильных изделий	[1,2]	3 час.	текущий	7-неделя
Опрос по теме СРС	Агрегаты для выпуска пленок и листов	[1,2]	3 час.	текущий	8-неделя
Контрольная работа по теме СРС	Каландровые агрегаты для переработки полимеров	[1,2,4]	3 час.	текущий	9-неделя
Опрос по теме СРС	Оборудование для литья под давлением	[1,2,4]	3 час.	текущий	10-неделя
Контрольная работа по теме СРС	Конструкция пластикатора литьевых машин	[1,2]	3 час.	текущий	11-неделя
Контрольная работа по теме СРС	Оборудование для прессования	[1,2]	3 час.	текущий	12-неделя
Опрос по теме СРС	Технология и оборудование подготовительного производства РТИ	[8,9,10]	3 час.	текущий	13-неделя
Контрольная работа по теме СРС	Оборудование для производства формовых, неформовых и профильных РТИ	[8,9,10]	3 час.	текущий	14-неделя
Опрос по теме СРС	Оборудование для формования полых изделий	[8,9,10]	3 час.	текущий	15-неделя
Экзамен	Контроль знаний по курсу	[1-18]		итоговый	в период сессии

3 Конспект лекций

 

Тема 1

Физико-механические основы переработки полимеров (2 часа)

 

План лекции

1. Молекулярная масса

2. Текучесть полимеров

3. Насыпная плотность, сыпучесть

 

Молекулярная масса

С возрастанием молекулярной массы возрастают вязкость и механические свойства материалов, улучшаются их эксплуатационные характеристики – растет температура плавления термопластов, повышается их химическая стойкость. Зависимость свойств полимера от молекулярной массы показаны на рисунке 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Базовые марки

 

Рисунок 1 – Распределение базовых марок полимера по методам переработки

 

Молекулярная масса и зависящая от нее вязкость раствора влияет на выбор способа переработки полимера. В принципе один и тот же полимер может быть переработан различными способами. Однако такая «универсальность» не оправдывает себя  с точки зрения технологичности и экономичности переработки полимера. Поэтому марочный ассортимент полимеров поделен на базовые марки различающиеся вязкостью. Назначение базовых марок – обеспечить рациональную переработку полимеров разными способами на стандартном оборудовании с использованием оптимальных технологических режимов. Базовые марки в зависимости от метода переработки поделены на следующие группы: для волокон, для литья под давлением и экструзии, для каландрования и выдувного формования, для прессования (рисунок 2).

 

 

Номера марок даны в соответствии с рисунком 1

 

Рисунок 2 – Зависимость вязкости расплава и механических свойств от молекулярной массы

 

Текучесть полимеров

В производстве пластмассовых изделий для выбора способа (метода) переработки полимера широко используют технологические показатели: для термопластов (ТП) – показатель текучести  раствора ПТР; для реактопластов (РП) – текучесть по Рашигу. По физическому смыслу показатель текучести – величина обратная показателю вязкости и зависит от вида и содержания наполнителей, количества влаги и содержания летучих веществ, режимов предварительной подготовки материалов. Поэтому текучесть раствора полимера оценивают в условиях максимально приближенных к реальным процессам переработки.

Для термопластов показатель текучести раствора характеризует скорость течения расплава через капилляр стандартных размеров при заданной температуре и давлении. На этапе предварительного выбора способа переработки можно ориентироваться на следующие соотношения [1-131,132]:

 

 

ПТР	Способ переработки
до 0,2 г/10 мин	прессование
до 3 г/10 мин	экструзия
более 2г/10 мин	литье под давлением

 

Для РП текучесть – это способность пресс-материала заполнять формующую полость под действием давления. Наиболее часто для оценки текучести РП используют метод Рашига, где критерием текучести является длина стержня в мм, опрессованного в специальной пресс-форме [1-137,141].

Насыпная плотность, сыпучесть.

Технологическое сырье подлежит дозировке перед загрузкой в перерабатывающую машину. Дозировка бывает объемной, массовой (для пресс-порошков) и штучной (для волокнитов). Выбор способа дозирования принимается на основании сыпучести сырья. Сыпучесть характеризуется временем (сек) истечения материала через стандартную коническую воронку, может также характеризоваться углом естественного откоса. При хорошей сыпучести выбор делают в пользу объемной дозировки материала. Весовая дозировка обеспечивает большую точность, но сложнее в исполнении. Повысить сыпучесть гранулированного материала можно сушкой.

Насыпная плотность гранулированного материала зависти от многих факторов (размера частиц, влажности и т.д.). Материалы с низкой насыпной плотностью (200-400 кг/м³) обладают плохой сыпучестью, что приводит к большому проценту брака при использовании объемного дозирования. Оптимальное значение насыпной плотности для конструкционных ТП 600-800 кг/м³. На сыпучесть влияет гранулометрический состав. Для ТП рекомендуется иметь  гранулы с диаметром и длиной в пределах 2-4 мм. Наличие гранул больших размеров понижает сыпучесть материала.

Основная масса пресс-материалов выпускается в виде пресс-порошков. Тонина и однородность прессов имеет большое значение для стабильного протекания процессов переработки и получения качественных изделий.

 

Рекомендуемая литература

1. [1]
2. [2]

 

Контрольные задания для СРС (тема 1) [1,2]

1. Критерии текучести для ТП
2. Критерии текучести для РП
3. Насыпная плотность конструкционных ТП
4. Крупнотоннажные полимеры для переработки литьем под давлением и прессованием.

 

Тема 2

Хранение и транспортировка полимерного сырья (2 часа)

 

План лекции

1. Тара для транспортировки и хранения.
2. Способы сушки.
3. Технологический транспорт в ценах и участках.

При небольших объемах потребления сырья его поставка осуществляется в мешках по 25 кг; материал хранится в штабелях, исключительно в сухих помещениях. Сверхнормативное содержание влаги в ТП приводит к образованию в  изделиях пор, пустот и полос на поверхности. У РП повышенное содержание влаги вызывает образование пористости, вздутий и коробление. Поэтому мешки с сырьем переносят в производственные помещения не раньше чем за 1-2 дня до начала переработки.

При большом объеме потребления полимеров гранулят поставляется в картонных контейнерах, покрытых полиэтиленовой пленкой и вмещающих до 1000 кг материал. Некоторые полимеры (ПА, ПЭТ, ПК) нуждаются в предварительной сушке, а для ПК сушка строго обязательна, в противном случае значительно ухудшаются его прочностные свойства.

Сушку осуществляют в сушильных шкафах при t = 110 – 120⁰С, толщине слоя до 3 см. Сушку заканчивают непосредственно перед переработкой.

При больших объемах переработки используют бункерные сушилки, встраиваемые в пневмотранспортирующие установки (рисунок 1). Сушка осуществляется за счет циркуляции сухого воздуха, процесс сушки непрерывный.

 

Рисунок 1 –  Бункерная сушилка:

1- форсунка для выхода воздуха; 2 – теплообменник; 3 – разделитель; 4 – вентилятор;

5 – микрофильтр; 6 – нагреватель воздуха; 7 – вытяжная магистраль;  

8 – резервуар для осушителя

 

Для сушки гранулированного ТП разработана установка непосредственно связанная с технологической машиной. Сушка осуществляется горячим  воздухом (t = 80⁰С). Бункер расположен на машине (рисунок 2).

 

 

Рисунок 2 – Принципиальная схема установки горяче-воздушной сушки и гранул термопластов

 

Транспортировка гранулированного ТП и пресс-материалов в ценах осуществляется в эластичных контейнерах с помощью электрокаров. При больших объемах переработки сырье хранится в специальных силосах, куда поступает и откуда забирается по трубопроводам с помощью сжатого воздуха (рисунок 3).

 

 

Рисунок 3 – Схематическое изображение технологической установки для изготовления гранулятора: 1 – генератор воздушного потока;  2 – устройство разгрузки мешков;

3 – разделитель; 4 – основной силос; 5 – весы; 6 – смеситель; 7 – суточный силос;

8 – шнековый смеситель; 9 – гранулятор

 

Рекомендуемая литература

1. [1]
2. [1]

 

Контрольные задания для СРС (тема 2) [1, 2]

1. Расчет параметров  бункера сушильного
2. Параметры сушки ТП

 

Тема 3

Оборудование для подготовки сырья к переработке – 4 часа

 

План лекции

1. Оборудование для измельчения
2. Оборудование для смещения
3. Пластосмесители и пластицирущие установки.

 

Пластмассы – композиционный материал, состоящий из нескольких компонентов, чтобы получить необходимую полимерную компоненты смешивают. Качество смешения зависит от степени измельчения продуктов. Кроме того измельчение улучшает условия сушки, способствует равномерности дозировки, ускоряет расплавление материала.

В зависимости от состояния материала для измельчения используют различные машины: с помощью дробилок и измельчают хрупкие материалы, с для тонкого дробления используют мельницы (таблица 1).

 

Таблица 1 – Измельчающие машины

 

В валковых дробилках измельчение достигают за счет давления, в ножевой дробилке – посредством среза, в стержневой мельнице – за счет ударного действия и трения.

Наиболее широко используют ножевые дробилки, которые могут использоваться и для измельчения возвратных технологических отходов. Дробилка имеет подвижные и неподвижные ножи, в днище расположено сито. Материал захватывается подвижными ножами и разрезается, попадая в зазор между ножами. Измельчение продолжается до тех пор, пока частица не достигнут размера, позволяющего им пройти через сито. Зазор между ножами регулируется в диапазоне от 0,25 до 0,5 мм. Дробилки обладают производительностью от 10 до 2500 кг/ч (рисунок 1).

Рисунок 1 – Ножевая дробилка:

1 – неподвижный нож; 2 – подвижный нож; 3 сито

 

Оборудование для смешения разделяют на машины для перемешивания жидких систем, твердых сыпучих материалов и вязких пластических масс.

Для жидких систем используют способы смешения: пневматический (барботирование), гидравлический (циркуляция жидкости за счет центробежных сил), механический за счет турбулизующих элементов (лопастей, рамок, якорей и т.п.).

Таблица 2 – Смесительные машины и пластикаторы

Для смешения сыпучих сред применяют пневматический, гравитационный и механический способы. Пневматический способ состоит в пропускании газа или воздуха через слой перемешиваемых порошков во взвешенном (псевдоожиженном) слое.   При гравитационном смешении материал поднимается на определенную высоту и опускается под действием собственного веса.

Для полимеров основным способом является механический способ. К этому  типу смесителей относят валковые и червячные машины, дисковые пластикаторы, роторные смесители.

На выбор типа смесительный машины влияют свойства материала и требуемый размер зерен [3-21]:

Барабанные смесители смешивают сухие сыпучие материалы или с небольшим количеством жидкости, могут быть циклического и непрерывного действия. Формы барабана: цилиндрические, цилиндро-коническая, цилиндро-биконическая и др. Типовая конструкция смесителя помимо самого барабана имеет два жестко скрепленных с ним бандажа; бандажи опираются на ролики, бандаж с внутренним зацеплением связан с приводной звездочкой типового привода (рисунок 2) [4-65].

 

Рисунок 2 – Смеситель цилиндро-биконическим барабаном

 

Производительность барабанного смесителя:

кг/ч,

где V- объем продукта в барабане, м³;

ρ – плотность продукта, кг/м³;

m – необходимое число перемещений продукта в барабане;

n – число оборотов барабана по технической характеристике, мин^-1;

t_заг, t_раз – время загрузки и выгрузки материала, мин.

Для приготовления порошкообразных композитов используют центробежные смесители: турбоскоростные, двухстадийные, турбошнековые и т.д. Центробежный смеситель периодического действия представляет собой емкость (бункер), в которой смонтирована конусная воронка, вращающаяся вместе с приводным валом. Материал загружается в конус, при его вращении материал пересыпается через край и захватывается лопастями, свободно  подвешенными к крышке корпуса. Так как лопасти имеют тормозное устройство, то угловые скорости конуса и лопастей будут разные, что приводит к интенсивному смешению [4-86] (рисунок 3).

 

 

Рисунок 3 –  Центробежный смеситель

 

Наиболее прогрессивны двухстадийные турбоскоростные смесители [4-87], в которых один барабан (верхний) обогреваются за счет теплоносителя (машинного масла), второй нижний, осуществляет смешивание с охлаждением. Разделение процессов горячего смешения с охлаждением сокращает цикл работы установки и повышает ее производительность (рисунок 4).

 

Рисунок 4 – Двухстадийный смеситель с механическим псевдоожижением:  1 – емкость «горячего» смешения; 2 – отражательная лопатка; 3 – люк для разгрузки;

4 – перемешивающее устройство; 5 – электродвигатель; 6 – люк для выгрузки;

7 – емкость «холодного» смешения с рыхлителем

Емкость для холодного смешение больше емкости горячего смешения, что обеспечивает большую поверхность охлаждения.

Пластосмесители и пластицирующие установки предназначены для смешения уже расплавленного и гомогенизованного композита. Смеситель – пластикатор состоит из емкости, в которой размещаются две смесительные лопасти (рисунок 5). Поршень вдавливает массу в нагреваемую извне камеру, интенсифицируя тем самым процесс смешения. Двухроторные смесители используют в основном при изготовлении смесей с высоким процентом содержания наполнителей, а также для приготовления резиновых смесей (резиносмесители). Производительность двухроторного смесителя периодического действия:

кг/ч,

где V – объем загружаемой смеси (0,8-0,9 от объема камеры), см³;

— плотность перерабатываемого материала, кг/м³;

=  0,80,9 – коэффициент использования машинного времени;

— продолжительность цикла, мин

Рисунок 5 – Пластосмеситель:1 – гидроцилиндр; 2 – загрузочная воронка; 3 – поршневой затвор загрузочного окна; 4 – лопасть валка смесителя; 5 – клиновой затвор разгрузочного люка

 

Для некоторых смесей (см. таблицу 2) используют вальцы. Валки с диаметром от 300 до 500 мм и длиной от 800 до 1500 мм вращаются с небольшой разницей в окружной скорости. Валки терморегулируемых, вращаются навстречу друг другу. Готовая масса срезается с одного валка в виде узкой ленты. Вальцы бывают непрерывного и периодического действия [4-88].

Для получения гранулята и загрузки каландров используют пластицирующие установки непрерывного действия. Используются исключительно шнековые агрегаты: одношнековые, двухшнековые и планетарные многошнековые. Для лучшего смешивания и гомогенизации профили шнеков на различных участках делают различной конфигурации [2-25]. Одношнековый экструдер с специальными смесительными гребнями, в которой на вращение вала шнека налагается возвратно-поступательное осевое движение называют Ко-кнетор. Смешивающему и пластицирующему действиям  здесь способствуют сдвиговые усилия и относительное смещения массы во всех направлениях (рисунок 6).

 

Рисунок 6 – Ко-кнетор: 1 – загрузочное отверстие; 2 – цилиндр со смесительными гребнями; 3 – шнек

 

Планетарный многошнековый экструдер имеет центральный шпиндель, вокруг которого вращаются несколько планетарных шпинделей [2-26]. Зацепление шпинделей косозубое, масса раскатывается на тонкие слои во множественных зазорах и зацепления.

Пластицирующие  установки присоединяются к формующим головкам грануляторов или к каландрам.

 

Рекомендуемая литература

1. [1]
2. [2]
3. [3]
4. [1]

 

Контрольные задания для СРС [1-4]

1. Валковые дробилки
2. Стержневые мельницы
3. Молотковые мельницы
4. Гранулирование

 

Тема 4

Экструзионные агрегаты – 8 часов

 

План лекции

1. Назначение, принцип действия, основные узлы.

2. Конструкция экструдеров и формующих головок.

3. Расчет одночервячного экструдера и экструзионного агрегата.

4. Экструзионные линии по производству гранулята, труб, профильных планок, рукавной пленки.

 

Назначение, принцип действия, основные узлы.

Экструзия – процесс и изготовления из гранулированного, порошкообразного или зернистого полимера формованного профильного изделия.

Главный рабочий орган экструзионного агрегата – экструдер, называемый также шнековым прессом или червячным прессом. По назначению экструдер является пластицирующим устройством, т.е. служит для получения расплава полимерного композита.

Экструдер, снабженный формующей головкой, устройством калибровки, охлаждения, отвода и намотки, является экструзионным агрегатом.

 

Рисунок 1 – Схема экструзионной линии:

1 – источник энергии; 2 – полимерное сырье; 3 – экструдер; 4 – формующая головка; 5 – калибровка; 6 – охлаждение; 7 – тянущее устройство; 8 – намотка; 9 –сепаратор; 10 – приемное устройство; 11 – экструдат

 

Экструзии поддаются все ТП, но чаще других экструзией перерабатываются ПВХ, а  также ПЭ и ПП. Основное требование к перерабатываемому материалу – высокая вязкость, чтобы расплав не растекался на выходе из формующей головки. Это достигается за счет ввода в полимер специальных добавок.

Наиболее распространены агрегаты с одношнековым экструдером, его основные части: шнек (червяк), материальный цилиндр, нагреватели, загрузочный бункер, привод.

Рисунок 2 – Схематическое изображение экструдера:

1 – шнек; 2 – материальный цилиндр; 3 – нагреватели; 4 – загрузочный бункер;

5 – редуктор; 6 – двигатель

Конструкция экструдера поделена или три и четыре зоны, каждая из которых имеет свой нагревательный кольцевой элемент и охлаждающее устройство. Для предотвращения преждевременного оплавления полимера и образования пробки в бункере район загрузочной воронки постоянно    охлаждается.

Конструкций шнеков (червяков) очень много, но чаще других используют шнеки с постоянным шагом к переменной глубиной нарезки.

 

 Рисунок 3 – Ступенчатый шнек (а) и шнек с постоянным шагом и

переменной глубиной нарезки (б)

 

Уменьшение глубины нарезки шнека к зоне дозирования способствует созданию большого давления и образованию сдвиговых напряжений, улучшающих однородность расплава.

Необходимое условие движения полимера в материальном цилиндре:

М(F_ц) >  М(F_ч)                                                    (1)

В левой части неравенства – момент сил трения материала о цилиндр,  в правой – момент сил трения полимера о поверхность червяка. Если неравенство не выполняется, то материал будет налипать на поверхность червяка, вращаться вместе с ним и не будет перемещаться вдоль цилиндра. Чтобы неравенство выполнялось на практике, поверхность цилиндра делают шероховатой, рифленой или с профильными шлицами,  а поверхность червяка шлифуют. Для регулирования значений коэффициентов трения используют варьирование температурой расплава [1 — 149].

 

Рисунок 4 – Схематическая зависимость коэффициента трения

 _тр полимерного материала от температуры

 

Как видно из рисунка 4, наиболее значительное изменение коэффициентов трения происходит в интервале температур от Т_р до Т_пл. Таким образом в интервале от   Т_р до Т_пл возможно наиболее эффективное регулирование величины коэффициента трения при соблюдении условия М_ц > М_r. Изменение температурного режима добываются с помощью охлаждающих каналов в теле цилиндра.

 

Конструкция экструдера и формующей головки. Экструдер с формующей головкой и привод вращения шнека расположены в массиве в корпусе. К экструдеру подключаются спецтоки для нагрева цилиндра, вода для создания необходимого температурного  режима в зоне загрузки. Для контроля температурного режима имеются термопары.

Рисунок 5 – Принципиальное устройство одночервячного экструдера

Для термопластов чаще всего используют одночервячные экструдеры. Диаметр червяков регламентирован стандартом РФ и составляет типоразмерный ряд. Обозначение экструдера: ЧП 90 25, где ЧП – червячный пресс; 90 – диаметр червяка в мм; 25 – длина червяка L = 25Д [1-161].

Для улучшения гомогенизации расплавов и ускорения плавления используют двухзаходные червяки, у которых глубина нарезки на соседних участках разная, что способствует лучшему перемешиванию композитов, в результате возникновения обратного потока при переходе расплава из большей зоны в меньшую (рисунок 6) [1-162].

Для полимеров, склонных к деструкции (ПВХ, ПФ, этролы), применяют двухстадийные червяки, у которых червяк имеет дополнительную зону декомпрессии, расположенную за зоной сжатия [1-163]. В зоне декомпрессии глубина нарезки винтового канала гораздо больше, чем в остальных зонах. Расплав не заполняет канал червяка полностью, за счет образующегося разряжения из расплава удаляются летучие фракции через специальный штуцер (рисунок 7).

 

 

Рисунок 6 – Устройство и действие червяка с барьерной нарезкой:

а – червяк; б – движение материала в канале

 

 

Рисунок 7 – Схема экструдера с двухстадийным червяком

 

Материальный цилиндр экструдеров изготавливают из качественной стали типа 45 или стали 38Х2МЮА с улучшением и азотированием.

Привод экструдера электромеханический с двигателем постоянного или переменного тока, с плавным регулированием скорости    вращения. Диапазон регулирования достигает 1:50. Для небольших экструдеров (до 5 кВт) используют асинхронные двигатели с механическим вариатором скорости.

Формующая головка – съемный технологический инструмент, необходимый   для оформления расплава в погонажное изделие, конфигурация которого определяется геометрией формующей щели (фильеры). Типовая головка имеет корпус, адаптер, фильтр решетки, кольцевые нагреватели, регулировочное кольцо, дорн с дорндержателем (для головок закрытого типа), кроме того, может присутствовать система подачи воздуха во внутрь изделия (рисунок 8).

 

Рисунок 8 – Схема устройства экструзионной головки

Основной геометрической характеристикой головки является общая константа сопротивления:

см³,                                        (1)

где К₁ … К_i – частные коэффициенты сопротивления для характерных участков формующей головки [1-172, 173].

Производительность формующей головки:

см³/с                                                         (2)

где  — давление в головке, Па;

— эффективная вязкость, Па·с [1-152].

Конструкции формующих головок подробно  рассмотрены в работе [2-62÷67].

Расчет одночервячного экструдера и экструзионного агрегата

При работе системы «Экструдер-формующая головка» различают три потока расплава:

1) Прямой или вынужденный, появляется в результате вращения червяка. Производительность прямого потока

см³/с                                                (3)

где  — эмперическая константа;

— скорость вращения червяка, с^-1.

При отсутствии сопротивления движению расплава будет действовать только прямой поток, такой режим работы экструдера называют насосным:

2) Обратный (мнимый) поток обусловленный сопротивлением движению расплава формующей головкой, производительность обратного потока:

см³/с,                                                (4)

где  — геометрическая константа обратного потока;

3) Поток утечек, который также создается давлением  в головке:

см³/с                                         (5)

где  — геометрическая константа потока утечек.

Векторы обратного потока и потока утечек направлены навстречу вектору прямого потока. Следовательно итоговая производительность экструдера равна:

 

После преобразований имеем:

см³/с                                            (6)

Геометрические константы определяют по известным параметрам червяка [1-176].

При совместной работе экструдера и формующей головке их производительности равны и составляют производительность экструзионного агрегата. Приравняв выражения для Q_ч и Q_г получим формулу для теоретической производительности экструзионного агрегата:

см³/с                                       (7)

Технологические расчеты экструдера заключается в подборе скорости вращения червяка и мощности привода, при которых обеспечивается максимум производительности.

Для червяка, дозирующая зона которого имеет нагрузку с постоянными размерами, оптимальная скорость равна:

с^-1                                           (8)

где Q_с – заданная (требуемая) объемная производительность экструдера, см³/с [1-178].

Для червяка, дозирующая зона которого имеет нарезку с постоянным шагом и убывающей глубиной, оптимальная скорость вращения равна:

с^-1                                       (9)

,  и  — константы, зависящие от параметров червяка [1-179].

Потребляющая мощность тратится на преодоление трения полимера о цилиндр и червяк, на сдвиг расплава в кольцевом зазоре между червяком и цилиндром, на создание давления в расплаве. Определяется по эмпирической формуле:

N = 32 · 10⁵ · Q_с ·(Т_р – Т_о) кВт                                   (10)

 

где Q_с – производительность экструдера, кг/ч;

Т_р, Т_о – температура расплава и загружаемого полимера, град.

Проверочные расчеты проводят для червяка, цилиндра и подшипникового узла.

Червяк представляет собой консольный стержень, к  которому приложено осевое усилие Р, равномерно распределенная нагрузка от собственного веса q и крутящий момент  М_кр (рисунок 9).

 

Рисунок 9 – Принципиальная схема крепления червяка (а)

и сил приложенных к червяку (б)

 

Условие прочности (по третьей теории прочности) [1-181]:

(11)

где _и – допустимое напряжение изгиба

_и =

N = 2,5  3 – коэффициент запаса прочности [1-182].

Расчет материального цилиндра проводят по механическим (_мах) и температурным () напряжениям [1-183. 184]:

(12)

Расчет подшипникового узла проводят по динамической грузоподъемности (С). Исходные данные: частота вращения червяка; требуемый срок службы подшипников в часах (обычно Н = 10⁴ ч), действующие нагрузки и тип установленных подшипников. Опора червяка состоит из комбинации радиальных подшипников и упорного или радиально-упорного подшипников.

 

Экструзионные линии по производству гранулята, труб, профильных планок, рукавной пленки

 

На грануляторных установках получают гранулы определенного состава, формы и размеров из расплавленных пластмасс.

 

Для получения расплава используют одночервячные экструдеры, материал загружается в виде порошка, твердых гранул или отходов производства (рисунок 10).

При использовании метода горячей резки расплав выдавливается через многоканальную головку в виде жгутов (стренг) и отсекается вращающимся ножом. Для охлаждения в гранулят вдувается холодный воздух или создается кольцо из водяного тумана. Гранулят получают в форме шариков или линз.

 

Рисунок 10 – Гранулирование методом горячей резки: 1 – экструдер;

2 – многоканальная головка; 3 – ротационный нож

 

При холодном гранулировании стренг вытягивается, охлаждается в воде, а затем разрезается специальными фрезами на гранулы. В завершении гранулы обезвоживают, сушат и классифицируют по размерам в центрифугах или на виброситах (подробнее см. [4-139]).

Для производства труб используются материалы ПЭНП, ПЭВП, ПВХ, АБС, ПП, УПС и некоторые другие. Линия по производству труб состоит из пневмопогрузчика, экструдера, прямоточной формующей головки, калибратора, охлаждающей ванны, тянущего устройства, контролирующих приборов. Имеются также дополнительные узлы: приспособления для нанесения печати, дисковая пила, манипулятор для укладки труб.

 

Рисунок 11 – Экструзионная установка для производства труб:

1 – экструдер; 2 – экструзионная головка; 3 – калибровочное устройство;

4 – водяная баня; 5 – гусеничное тянущее устройство; 6 – разделительная пила;

7 – качающийся желоб

 

Экструдер одночервячный с длинным червяком (L = 25 ÷ 30)Д), способствующий снижению пульсации расплава. Для производства тонкостенных труб применяют Ко-кнетор с осевым перемещением червяка (рисунок 6, тема 3).

Для производства труб диаметром более 1м и с толщиной стенки 25 мм и более используют высокопроизводительные двухчервячные экструдеры.

Устройство формующей головки показано на рисунке 8. После выхода трубы из головки ее калибруют, тонкостенные  трубы (шланги и капилляры)  калибруют по внутреннему диаметру и с помощью вакуум калибровки, толстостенные (D > 100 мм, m > 5 мм) – по наружному диаметру (рисунки 12-14).

Рисунок 12 – Схема действия калибровки по внутреннему диаметру трубы:

1 – головка; 2 – калибратор; 3 – трубка для холодной воды; 4 – изделие

 

Рисунок 13 –  Схема калибрования трубы внутренним давлением :

1 – головка; 2 – экран; 3 – калибрующая втулка; 4 – корпус с охлаждающей водой;

5 – трос; 6 – пробка

 

 

Рисунок 14 – Схема вакуумкалибровки трубы:

1 – головка; 2 – дорн; 3 – изделие; 4 – калибрующая втулка; 5 – полости охлаждения

Калибровкой по внутреннему диаметру достигают толщины стенки изделия до 0,2 мм с любой формой поперечного сечения.

Движение трубы по калибратору сопровождается трением скольжения изделия по поверхности калибрующей втулки. Если сила трения избыточна, то она может привести к обрыву трубы или утоньшению ее толщины. Поэтому важно рассчитать необходимую скорость отвода изделия. Вначале определяют длительность калибрования по эмпирической формуле [1-201]:

(13)

 

где  — толщина стенки;

а – коэффициент температуропроводности;

Тг – температура калибрующей головки;

Т₁, Т₂ – температура на выходе из головки и на выходе из калибратора.

Скорость отвода трубы:

(14)

где L_г – длина гильзы калибратора.

В проектных расчетах определяют длину гильзы по приближенной формуле [4-158]:

(15)

где  — безразмерная физическая константа;

— плотность расплава при температуре экструзии;

— коэффициент теплопроводности, кал./см·с·С⁰.

Профильные изделия: сайдинг, виниловая вагонка, профильные планки строительного назначения и т.п. Используемые материалы ПВХ, ПС, ПА, полиолефины, этролы и др. Технологическая установка для получения профилей аналогична установкам по производству труб.

Если изделия небольшие по объему и несложные по форме, то могут использоваться многоручьевые формующие головки. Головки для сложных профилей сложны в изготовлении и дорогие. Размеры поперечного сечения головки могут превышать размеры изделия, чтобы учесть последующую усадку изделия после охлаждения. Для сложных профилей отверстиям  в головке придают приближенную форму, постепенно (по длине канала) приближая ее до заданной. Формующие головки для сложных профилей имеют несколько регулировочных узлов для выравнивания скоростей расплава по периметру изделия (рисунок 15).

 

Рисунок 15 – Схема формующей головки для изготовления сложного полого профиля: 1 – корпус; 2 – дорн; 3 – дорнодержатель; 4 – мундштук; 5 – регулировочные винты

 

Калибровка – главная трудность при производстве сложных профилей. Если к изделию не предъявляются жесткие требования по размерам, то калибровку и охлаждение совмещают. Для очень сложных профилей калибрующую насадку заменяют набором латунных или медных насадок, которых может быть 10-15 и более.

Как и в производстве труб производительность установки лимитируется скоростью охлаждения. Для  охлаждения используют обдув воздухом, орошение водой, водяную ванну.

На экструзионных линиях получают до 80 % всех произведенных пленок. Исходные материалы ПЭНП, ПЭВП, ПП, ПА и др.   [1-209]. Известны три способа производства рукавной пленки: с приемом рукава вверх (а), вниз (б) и в горизонтальном направлении (в) (рисунок 16).

 

 

Рисунок 16 – Схемы производства рукавных пленок

 

Для первой схемы, наиболее распространенной, характерны: 1) равнотолщинность  получаемой пленки; 2) возможность получения как предельно тонких (до 2 мкм), так и толстых пленок; 3) минимальные производственные площади. Недостаток – необходимость дополнительных систем охлаждения.

Для второй схемы характерна быстрая охлаждаемость, что позволяет получать тонкую пленку  с большой прозрачностью.

Третья схема применяется при производстве пленок с невысокими требованиями к качеству, толщиной от 0,2 мм; неширокой, а также из вспенивающихся и термочувствительных полимеров (ПВХ).

Основные стадии технологического процесса: пластикация, формование рукавной заготовки, раздув заготовки и образования пузыря, его охлаждения, складирование в двухслойное полотно.

Рекомендуемая литература:

1. [1]
2. [2]
3. [4]

 

Контрольные задания для СРС [1, 2]

1. Технология получения листов.
2. Технология получения плоских пленок.
3. Технология полимерной изоляции.

 

Тема 5

Каландровые агрегаты – 2 часа

 

План лекции

1. Общие понятия о технологии каландрования
2. Конструкция каландра
3. Получение пленки экструзионно-каландровым методом

 

Каландрованием называют непрерывный процесс, при котором размягченный термопласт, будучи пропущенный через зазор между валками образует бесконечную ленту.

Каландрованием перерабатывают ПВХ жесткий и пластифицированный, сополимеры винихлорида и винилацетата, а также ПЭ, ПП, эфиры целлюлозы, ПЭТФ, ПК. Получают однослойные, многослойные и дублированные на различных подложках рулонные материалы. Скорость каландрования достигает 250 м/мин, а минимальная толщина может составлять 10 мкм, ширина рулонных изделий обычно не превышает 250 см.

Для получения рулонных изделий из полимеров применяют в основном комбинированную экструзионно-каландровую технологию Схемы расположения валков каландра показаны на рисунке 1. Четырехвалковые каландры позволяют получать многослойные декоративные пленки (рисунок 2).

 

Рисунок 1 – Схемы расположения валков каландра

 

 

Рисунок 2 – Схема получения многослойных дублированных пленок

 Для непрерывного и равномерного поступления полимера в рабочий зазор между валками необходимо соблюдение условия самозатягивания. В режиме установившегося движения условие самозатягивания полимера выражается тождеством:

 

(1)

где  — угол захвата;  — угол трения. Это соотношение означает следующее:

1) В рабочий зазор самозатягивается только часть полимера, которая ограничена углом захвата .

2) Величина угла захвата определяется только углом  трения, то есть значением коэффициента трения полимера о поверхность валка. Чем выше коэффициент трения, тем активнее будет перерабатываться полимер (фрикционные наполнители – технический углерод, сажа).

3) Объем самозатягиваемого полимера возрастает с увеличением диаметра валка.

Рулонные материалы, получаемые на каландрах, неравнопрочны в продольном и поперечном сечениях в результате так называемого каландрового эффекта. Каландровый эффект – это ориентационное перестроение макромолекул термопласта в продольном направлении ленты вследствие возникновения значительных сдвиговых напряжений.

Каландр состоит из массивного корпуса и вращающихся валков с индивидуальными приводами или одним общим групповым. Шарнирные муфты допускают смещение валков (регулировка валов, перекос).

 

 

Рисунок 3 – Схема 3-валкового J-образного вертикального каландра с индивидуальным приводом: 1 – станина; 2 – валки; 3 – универсальный редуктор; 4 – универсальная шарнирная муфта; 5 – электродвигатели

 

Основные требования к рабочим валкам: максимальная прочность и жесткость, обеспечивающие минимальный прогиб; отсутствие эксцентриситета бочки (наружной рабочей поверхности валка) относительно ее оси вращения; термохимическая стойкость бочки и сохранение ее исходного класса чистоты поверхности; минимальная инерционность при терморегулировании.

Перевод материала с одного валка на другой осуществляется регулированием температуры валков, от которой зависит и значение коэффициента трения полимера. Полимер в упруго-вязком состоянии переместится с валка с большой температурой Т₁ на валок с несколько меньшой температурой Т₂, если при  этом   (см. предыдущую тему, рисунок 4, а также [1-340]). Для терморегулирования валков используют воду, пар.

Основные параметры каландров: число валков, их диаметр и длина, предельное распорное усилие.

Производительность каландров [1-343]:

(2)

 

где m_k – массовая производительность; V – скорость выхода изделия;  — плотность материала;  — коэффициент использования машинного времени. Техническую характеристику каландров см. см. источник [1-344].

Технология получения пленки экструзионно-каландровым методом заключается в следующем. Предварительное  смешение компонентов осуществляется в червячном смесителе 1. Полученная масса поступает на вальцы 2, которые служат для гомогенизации композиции. С вальцов материал в виде куклы поступает в экструдер-пластикатор 3, откуда выдувается через плоскощелевую головку в виде плоской ленты. Разогретая масса подхватывается транспортером и подается  на загрузку четырехвалкового Г-образного каландра. Раскатанная пленка принимается приемными роликами 5, откуда поступает в охлаждающее устройство 6.

 

Рисунок 4 – Схема производства пленки из пластифицированного ПВХ

 экструзионно-каландровым методом

 

Рекомендуемая литература

1. [1]
2. [4]
3. [3]

 

Контрольные задания для СРС [1, 4]

1. Условные самозатягивание полимера и его следствия.
2. Каландровый эффект
3. Получение пленки вальцево-каландровым методом

4. Условие перехода полимера в упруго-вязком состоянии с валка на валок.

 

Тема 6

Оборудование для литья под давление – 4 часа

 

План лекции

1. Общая характеристика технологии литья под давлением
2. Конструкция литьевых машин
3. Узел пластикации, циклограмма литья под давлением

 

Данный способ является наиболее распространенным в переработке большинства промышленных термопластов. Гораздо реже этот способ используют для изготовления деталей из некоторых разновидностей реактопластов и эластомеров. Метод позволяет формовать штучные изделия массой от долей грамма  до десятков килограммов. Достоинства литья под давлением: универсальность по видам перерабатываемых пластиков, высокая производительность в режиме автоматизированного процесса, высокая точность получаемых изделий, возможность изготовления деталей весьма сложной формы, не достижимой при использовании любых других технологий. Особенностью метода является его цикличность, что сдерживает производительность этого процесса по сравнению с непрерывными технологиями.

В технологии литья под давлением сырье обычно используют в виде гранулята или порошка. Термопласты приобретают пластичность за счет нагрева и могут быть переработаны несколько раз. Реактопласты и эластомеры также сшиваются под воздействием тепла, однако в отличие от термопластов, повторному расплавлению не поддаются.

Суть технологии литья под давлением состоит в следующем (рисунок 3.1). Подсушенное сырье подается в материальный цилиндр, где оно доводится до состояния расплава. Расплав полимера накапливается к дальнейшей подаче в сомкнутую форму (позиция а). Далее  материальный цилиндр смыкается с узлом формы, а пластикатор (в данном случае – невращающийся червяк) осевым движением перемещает расплав в форму (позиция б). В результате осевого движения червяка форма заполняется расплавом полимера, а пластикатор смещается в крайнее левое положение (позиция в). Температура внутренних поверхностей формы, благодаря охлаждающей жидкости, существенно ниже температуры расплава, поэтому расплав охлаждается и отливка затвердевает. Для протока охлаждающей жидкости в форме имеются

специальные каналы. Материальный цилиндр продолжает оставаться в сомкнутом с формой положении. В этой ситуации червяк начинает вращаться, подготавливает и транспортирует новую дозу расплава в переднюю зону материального цилиндра (позиция г) и при этом сдвигается назад. После накопления требуемого объема расплава вращение червяка прекращается. Он занимает исходное положение и готов к выполнению следующего цикла. После завершения процесса затвердевания пластмассы форма размыкается и изделие удаляется из нее (позиция г).

Рисунок 1 – Принципиальная схема процесса литья под давлением

 

Любая литьевая машина состоит их трех наиболее важных узлов: узел смыкания, узел пластикации, станина машины с системой привода и управления. Литьевые машины различают на термопластавтоматы (ТПА) и реактопластавтоматы (РПА) в зависимости от вида перерабатываемого материала.

Основными классификационными признаками (параметрами) литьевой машины являются усилие запирания формы (кН) и объем впрыска (отливки), выражаемый в см³. Серийные литьевые машины, как правило, объединены в типоразмерные ряды по двум указанным выше параметрам.

Циклограмма литья под давление показана на рисунке 2. Из циклограммы видно, что длительность цикла определяется главным образом временем формообразования изделия при остывании расплава (ТП) или при отвердении расплава (РП).

Рисунок 2 – Типовая циклограмма литья под давлением

 

По конструктивному исполнению литьевые машины можно разделить на три типа (рисунок 3) [13-104].

 

 

а-горизонтальное размещение узла пластикации и вертикальное размещение узла смыкания; в — горизонтальное размещение узла пластикации и узла смыкания; с — вертикальное размещение узла пластикации и узла смыкания

Рисунок 3 – Различное конструктивное исполнение литьевых машин

 

При необходимости установки в форме металлических деталей целесообразно использовать литьевые машины с вертикальным узлом смыкания и горизонтальной плоскостью разъема (позиция а). Машины данного типа называют еще угловыми с вертикальной прессовой частью [12-247]. Угловые литьевые машины используют также для литья крупных изделий с затрудненным извлечением из формы.

Вертикальные литьевые машины наиболее удобны при производстве некрупных, в том числе армированных, деталей (обычно до 0,5 кг) в съемных формах (позиция с).

Для изделий, требующих длительных периодов выдержки, используются ротационные литьевые машины с несколькими вращающимися на поворотном столе  узлами смыкания.

Кроме этого, существуют машины с несколькими узлами пластикации для многоцветного литья.

Наибольшее распространение получили горизонтальные одночервячные с совмещенной пластикацией ТПА (позиция в). Они обеспечивают объемы впрыска от 4 до 70000 см³ при усилии запирания формы от 25 до 60000 кН (рисунок 4).

Современнее литьевые машины (ЛМ) оснащены средствами автоматизированного управления параметрами технологического процесса. Все функциональные блоки и устройства ТПА располагаются на жесткой раме, (рисунок 3). Гранулированный полимерный материал из бункера 1 поступает в материальный цилиндр 2, захватывается вращающимся шнеком 3 и транспортируется в направлении мундштука 8. При этом гранулированный материал нагревается, уплотняется в пробку и под действием тепла от трения о поверхность винтового канала червяка и поверхность цилиндра, а также за счет тепла от наружных зонных электронагревателей 4 пластицируется, то есть расплавляется под давлением, и, пройдя через обратный клапан 6, накапливается в зоне дозирования материального цилиндра, Под действием возникающего при этом давления червяк отодвигается вправо, смещая плунжер 25 и хвостовик с имеющимся на нем (условно) концевым выключателем 26. Установкой ответного выключателя на линейке 27 регулируют отход червяка и, следовательно, подготовленный к дальнейшим действиям объем расплава в зоне дозирования и мундштука 8. После срабатывания концевых выключателей 26 и 27 вращение червяка прекращается — требуемая доза расплава подготовлена. Далее, гидроприводом 5 пластикационный, называемый также и инжекционным, узел сдвигается влево до смыкания мундштука с литниковой втулкой, установленной к стойке 9. К этому моменту завершает смыкание частей пресс-формы 11 и 12 прессовый узел ЛМ. Он представляет собой, по сути, горизонтальный рычажно-гидравлический пресс, состоящий из задней 17 и передней 9 плит-стоек, соединенных, как правило, четырьмя колоннами 10 и 14, по которым смещается вправо (смыкание) и влево (размыкание) ползун 13. Ползун приводится в движение от рычажно-гидравлического механизма 15, 1б.

После приведения всех блоков в исходное состояние создается давление в гидроприводе 25 осевого движения червяка, который, действуя аналогично поршню, инжектирует расплав полимера из материального цилиндра в пресс-форму, где и образуется изделие. Наконечник 7, установленный на червяке, способствует уменьшению образования застойных зон после впрыска. В период формообразования изделия червяк приводится во вращение для подготовки следующего объема впрыска. После охлаждения расплава до заданной температуры форма раскрывается, и изделие с помощью выталкивателей или применением робототехнических устройств удаляется из рабочей зоны литьевой машины.

 

Рисунок 4 – Схема термопластавтомата с червячной пластикацией

 

Узел пластикации служит для приготовления необходимого объема (или массы) расплава полимерного материала и его последующего направления (инжектирования, интрудирования) в форму (рисунок 5).

 

Рисунок 5 – Схема узла пластикации:

1 – червяк; 2 – материальный цилиндр; 3 – сопло; 4 – гидропривод впрыска и «подпора»; 5 – привод вращения червяка; 6 – привод перемещения узла пластикации

 

Основными технологическими частями узла являются материальный цилиндр (поз. 2), червяк (поз. 1) и мундштук (поз. 3). Материальный цилиндр выполняется в виде толстостенной оболочки, в ряде случаев – с гильзой из высококачественной коррозионностойкой стали. На цилиндре устанавливаются кольцевые зонные электронагреватели. В стенке цилиндра высверлены глухие отверстия для охлаждения этой зоны.

 

Рекомендуемая литература

1. [1]
2. [2]

 

Контрольные задания для СРС [1]

1. Устройства механизмов смыкания форм
2. Литьевые формы
3. Методы литья под давлением

 

Тема 7

Оборудование для прессования – 2 часа

 

План лекции

1. Общие сведения о технологии прессования
2. Прессы рамные
3. Прессы колонные
4. Прессы этажные (вертикальные)

 

Сущность метода состоит в переводе твердого в исходных условиях пресс-материала в вязкотекучее состояние и дальнейшем формовании изделия из расплава под действием тепла и давления. При этом в результате химической реакции отверждения происходит образование изделия, которое обладает устойчивостью формы при температуре прессования и не требует охлаждения перед извлечением из оснастки.

Под прессованием обычно подразумевается прямое (компрессионное) прессование, когда загрузка материала, его формование в изделие и отверждение осуществляются непосредственно в полости пресс-формы (рисунок 1).

Прессование осуществляется на специальных прессах, главным образом гидравлических, в обогреваемых пресс-формах.

Технологический процесс прессования складывается из следующих основных операций: подготовка и дозировка пресс-материала; предварительный прогрев; загрузка в форму и прессование; извлечение готового изделия и его механическая обработка.

Пресс-материалы могут поставляться как в виде порошка, так и в гранулированном виде. Кроме того, широко используют волокниты, в которых в качестве наполнителя вводятся различные волокна как органического (хлопчатобумажные,  рами,   сизаль,  синтетические … ),  так  и  минерального

 

 

1-пуансон; 2- пресс-материал; 3-матрица; 4-выталкиватель;

5-изделие

 

Рисунок 1 — Схема прямого (компрессионного) прессования

 

(стеклянное, базальтовое, асбестовое и т.п.) происхождения. Волокниты выпускают в виде крупно-комковатой с трудом поддающейся размельчению массы (АГ-4В), склонной к слеживанию, перед переработкой их могут жгутировать. К прессовым изделиям из волокнитов относятся: листовые гетинанкс, текстолит, стеклотекстолит и т.п.

Подготовка пресс-материала заключается в сушке, измельчении и других операциях.

Дозировка пресс-порошков бывает объемной, массовой и штучной. Первый способ сохраняет свое значение лишь при использовании многогнездовых форм. Масовая дозировка позволяет свести к минимуму потери пресс-материала, а в некоторых случаях точная дозировка служит важнейшим условием получения качественных изделий. Штучная дозировка очень проста и удобна, она улучшает условия труда, повышает производительность, позволяет уменьшить объем загрузочной камеры и существенно ускорить разогрев пресс-материала в форме. Для ее осуществления требуется включение в процесс производства таблетмашин.

В переработке пластмасс под таблетированием понимается процесс холодного уплотнения пресс-материала перед его последующим горячим прессованием. Желательно, чтобы таблетка была по форме и массе близка к получаемому изделию, что существенно повышает его качество. В обычной практике получают таблетки цилиндрической формы диаметром от 10 до 200 мм. Для таблетирования применяют роторные машины серии МТ и гидравлические горизонтальные машины серии 2700 [12-312]. Более перспективными считаются гидравлические таблетмашины, поскольку позволяют перерабатывать практические любые пресс-материалы (в том числе и волокниты). Эти машины более долговечнее и способны развивать давление таблетирования примерно вдвое выше, чем у таблетмашин механического действия.

Чтобы сократить время нахождения материала в пресс-форме, его подвергают предварительному подогреву. Предварительный подогрев должен осуществляться достаточно быстро, чтобы процесс отверждения не успел пройти за это время слишком глубоко. Для подогрева чаще всего используют генератор токов высокой частоты (ГТВЧ), который обеспечивает равномерный по объему таблеток разогрев. Максимальное применение находят рамные гидравлические прессы, работающие в полуавтоматическом режиме.

В гораздо меньших объемах используют колонные конструкции прессов,  главным образом в лабораторной практике и в малотоннажном производстве изделий общетехнического и инженерно-технического назначения. Этажные (вертикальные) прессы в основном применяют для прессования листовых изделий из текстолитов, гетинаксов, стеклопластиков.

Типовой рамный пресс устроен и действует следующим образом (рисунок 2). На жесткой сварной раме 11 установлены все основные агрегаты пресса, а именно главный гидроцилиндр 1 с дифференциальным плунжером, состоящим из собственно плунжера 2 со штоком 3, ползуна 4, жестко соединенного со штоком, направляющих 5, выталкивателя 10 и управляющих устройств, расположенных в корпусе. На столе пресса располагается матричная часть пресс-формы 8 с нагревателем 9, к ползуну крепиться пуансон пресс-формы 7 также имеющий нагреватель 6. При подаче энергоносителя (как правило, это минеральное масло) в плунжерную зону цилиндра ползун смещается до замыкания формы, в которой и создается требуемое по технологии процесса давление прессования. Для размыкания пресс-формы давление создается в штоковой зоне гидроцилиндра, в результате чего дифференциальный плунжер и ползун поднимаются. После этого срабатывает выталкиватель 10, и изделие удаляется из формы.

 

 

Рисунок 2 – Схема устройства рамного гидравлического пресса с дифференциальным плунжером (пояснения в тексте)

Рекомендуемая литература

1. [1]
2. [2]

 

Контрольные задания для СРС [1]

1. Литьевое прессование
2. Колонные прессы
3. Этажные прессы

 

Тема 8

Оборудование для производства резино-технических изделий – 4 часа

 

План лекции

1. Оборудование для подготовки и смешения исходного сырья
2. Каландры
3. Шприцмашины
4. Оборудование для литья резиновых смесей под давлением
5. Оборудование для вулканизации

 

Все поступающие на завод, цех, участок ингредиенты должны соответствовать стандартам или техническим условиям. Однако нормы ГОСТ и ТУ  не всегда соответствуют требования конкретного резинового производства в отношении степени дисперсности,   наличия посторонних включений и содержания влаги. Не исключено загрязнение ингредиентов при хранении их на открытом воздухе и транспортировке. Поэтому перед пуском в производство ингредиенты могут подвергать сушке, просеву, дроблению, фильтрованию.

Для сушки небольших количеств ингредиентов применяют камерные  сушилки и вакуум-сушилки периодического действия [18-227, 228].

Измельчению подвергают мел и каолин после сушки, для чего используют дисковые мельницы (дезинтеграторы), некоторые твердые ингредиенты измельчают в шаровых мельницах.

Порошкообразные ингредиенты могут подвергать  просеву во избежание случайного попадания посторонних включений. Для просева применяют вибрационные и цилиндрические сита.

Способы подготовки мягчителей зависят от их состояния. Жидкие    мягчители подвергают фильтрованию через металлическую сетку для предотвращения попадания в резиновую смесь посторонних включений. Тугоплавкие мягчители рекомендуется дробить. Для измельчения канифоли и рубракса используют  молотковые мельницы, для рубракса могут также применяться механические ножи гильотинного типа. Для превращения парафина и стеарина в стружку применяют специальные ножевые механические устройства.

Изготовление резиновых смесей производят на вальцах или в резиносмесителях. Смешение на вальцах характеризуется невысокой производительностью, тяжелыми условиями труда и требует от обслуживающего персонала соблюдения повышенных норм безопасности. Однако этот способ экономически оправдан при производстве изделий в сравнительно небольших количествах, но в большом ассортименте. Процесс смешения на вальцах происходит в три стадии: 1) подготовка каучука для смешения («роспуск» каучука); 2) введение ингредиентов; 3) перемешивание резиновой смеси и срезка. Применяют вальцы с фрикцией 1:1,08 и 1:1,17. Такое соотношение  окружных скоростей вращения валков обеспечивает хорошее втирание ингредиентов в резиновую смесь. Более высокая фрикция вызывает повышенное теплообразование и значительное просыпание ингредиентов через зазор на противень валков.

Смешение в резиносмесителях характерно для серийного и крупно-серийного производства РТИ. Преимущества данного способа: более высокая производительность, облегченные условия труда; возможность автоматизации процесса; экономия электроэнергии. Процесс обработки смеси в резиносмесителе проводят в одну или две стадии. В резиносмесителях получают смесь в виде бесформенных больших кусков «кукол», поэтому резиносмесители всегда работают в комплексе (агрегате) с вальцами, которые служат  для листования резиновой смеси. Вальцы устанавливают рядом с резиносмесителем или под ним.

В зависимости от процесса, для проведения которого предназначены каландры, их подразделяют на листовальные, профильные, промазочные  (фрикционные), обкладочные и дублировочные. Имеются также универсальные каландры, на которых производят листование, промазку и обкладку тканей. Вне зависимости от назначения все  каландры имеют примерно одинаковое устройство. Имеются валки, которые располагаются один над другим в вертикальной плоскости. Валки охлаждаются или нагреваются при работе путем подачи охлаждающей воды или горячего пара. Валки каландра подвергаются специальной шлифовке, (бомбировка валков), для компенсации прогиба валков. Каландры имеют вспомогательные устройства: охладительные барабаны для охлаждения каландрованных полуфабрикатов, ширители    для расправления и ширения тканей, кромочные ножи для обрезки краев листа, раскаточно-закаточные устройства, питательные транспортеры и устройства для равномерной подачи резиновой смеси.

Листование резиновых смесей производится путем термической и механической обработки резиновой смеси на валках каландра. Листование является одним из способов формования резиновой смеси и производится на каландрах, с тремя, четырьмя и пятью валками (рисунок 1). Обычно валки каландров имеют одинаковую скорость вращения. Только некоторые валки четырех и пятивалковых каландров вращаются с фрикцией порядка 1:1,1,  что приводит к большей ее однородности по пластичности и температуре.

Для придания резиновым изделиям прочности и жесткости  используют ткани. Чтобы обеспечить хорошую связь ткани с резиной, необходимо производить предварительную промазку ткани резиновой смесью. Промазку тканей производят на трехвалковых промазочных (фрикционных) каландрах или на универсальных каландрах. Сущность процесса промазки заключается в

 

 

 I – каландрование на трехвалковом каландре; II – каландрование на четырехвалковом каландре; III, IV – каландрование на четырехвалковом каландре с высоким валком;

V – каландрование на Z-образном каландре

 

Рисунок 1 – Схема каландрования резиновой смеси

 

том, что при прохождении ткани  через зазор между валками каландра происходит втирание  в нее пластичной резиновой смеси с помощью среднего быстро вращающегося валка(фрикция около 1:1,5), покрытого резиновой смесью. Ткань подается на каландр с раскаточного устройства. Раскатку ткани производят тягой самого каландра (рисунок 2).

1,2,3 – ролики для ткани; 4 – направляющий ролик;

5 – валик с прокладочным холстом

 

Рисунок 2 – Схема промазки левой стороны ткани на промазочном каландре

 

После промазки тканей можно осуществлять обкладку тканей резиновой смесью. Сущность процесса обкладки состоит  в наложении слоя резиновой смеси на ткань с некоторым давлением (прессовкой). Применяют как одностороннюю; так и двухстороннюю обкладку тканей. Непрерывную двухстороннюю обкладку производят на агрегате, состоящем из двух последовательно установленных каландров или на четырехвалковом каландре (рисунок 3).

 

1 – сушильные барабаны; 2 – четырехвалковый каландр; 3 – охлаждающие барабаны;

4 – закатка; 5 – прокладка

 

Рисунок 3 – Схема двухсторонней обкладки ткани

 

Весьма распространенным процессом, выполняемым на каландрах, является дублирование, состоящее в наложении листов полуфабриката друг на друга с последующей прокаткой. Дублированием резиновой смеси получают листы большой толщины. Обычным листованием на каландрах можно получить листы толщиной не более 1,5 мм, при большой толщине в листе резиновой смеси образуются пузыри вследствие захвата воздуха резиновой смеси.

Способы дублирования:

1) дублирование с помощью дополнительного дублирующего валика:

2) дублирование на специальном дублировочном каландре;

3) дублирование на дублировочном барабане, составляющем один  агрегат с каландром;

4) дублирование резиновой смеси на многовалковом каландре;

5) дублирование прорезиненных тканей на дублировочном транспортере, работающем в агрегате с каландром, и на других дублерах.

Последний способ дублирования применяется при производстве транспортерных лент и приводных ремней, состоящих из несколько параллельно расположенных слоев ткани. Дублировочный транспортер (дублер), расположенный за каландром,   состоит из нескольких ленточных транспортеров, размещенных один на другим и служащих для подачи прорезиненной ткани (рисунок 4).

 

 

Рисунок 4 – Схема работы дублировочного транспортера

 

Выходящая с каландра двухсторонне промазанная  ткань поступает на верхний транспортер, пройдя его, поступает на второй, расположенный ниже транспортер, который движется в обратном направлении. Конец ткани протягивается до дублирующих валиков и вместе с прорезиненной тканью, выходящей с каландра, пропускается через зазор между валиками. После многократного пропускания через дублер получают многослойную пластину с нужным числом тканевых прокладок.

С помощью шприцевания получают различные полуфабрикаты заданного профиля (сечения), например в виде трубок, шнура, жгутов и т.п. Сущность  процесса шприцевания заключается в продавливании пластичной, предварительно разогретой резиновой смеси через отверстие соответствующей формы и размеров под давлением. Для шприцевания применяют шприц-машины (червячные прессы).

Технология шприцевания имеет много общего с технологией получения изделий из термопластов на  экструзионных установках. В обоих случаях основным рабочим органом является червяк, который вращаясь, осуществляет непрерывную подачу резиновой смеси к профилирующим деталям (рисунок 5). Такими деталями являются: шайба, мундштук и дорн, профилирующая матрица (профильная планка). Шайбу применяют при изготовлении полуфабрикатов сплошного сечения, она имеет в центре выпускное профилирующее отверстие. При изготовлении трубок в качестве профилирующих деталей применяют мундштук и дорн. Профилирующую матрицу применяют при изготовлении лент сложного профиля. Производительность шприц-машины определяется диаметром его червяка [18-302].

Методом литья, т.е. путем продавливания резиновой смеси через литник, аналогично шприцеванию можно изготавливать из резиновых смесей различные изделия профильного сечения: трубки, шнуры, полосы (рисунок 6). Плунжерные литьевые прессы работают по циклической технологии. Перед началом работы производят нагревание напорной камеры до 70-80⁰С. Затем в напорную камеру загружают предварительно разогретую до 60-70⁰С резиновую смесь в виде плотного рулона. На стол пресса устанавливают форму, штоком создается давление в напорной камере, по мере возрастания давления происходит заполнение формы.

 

1 – фундаментная плита; 2 – фрикционная передача привода отборочного транспортера; 3 – станина; 4 – дорн; 5 – мундштук; 6 – головка; 7 – рубашка; 8 – вентиль; 9 – распределительная коробка; 10 – цилиндрическая камера; 11 – червяк; 12 – загрузочная воронка; 13,16 – подшипники; 14 – большая шестерня; 15 – хвостовая часть червяка; 17 – трубопровод для подачи пара или воды внутрь червяка; 18 – трубопровод для отвода конденсата или отработанной воды; 19 – электромотор; 20 – соединительная муфта; 21,23 – валы коробки передач; 22 – шестерни коробки передач

 

Рисунок 5 – Шприц-машина

 

Червячные литьевые машины и автоматы совмещают обычно два процесса: процесс литья и процесс вулканизации изделий. Путем сочетания червячной литьевой головки, горизонтального одноэтажного вулканизационного пресса и пресс-формы сконструирована литьевая машина-автомат для литья и вулканизации формовых резиновых изделий небольших размеров (рисунок 7).

 Большинство изделий подвергают горячей вулканизации при температуре 130-160⁰С. Горячая вулканизация производится в какой-либо вулканизационной среде или между горячими металлическими поверхностями, например в металлических формах. В качестве вулканизационной среды применяют насыщенный водяной пар, перегретый пар, горячий воздух, горячие инертные  газы, горячую воду, растворы хлористого кальция, глицерин, растворы ускорителей вулканизации.

 

 

1 – напорная камера; 2 – шток давления; 3 – резиновая смесь; 4 – литьевая головка;

5 – сменный дорн; 6 – сменный литник; 7 – стол литьевого пресса; 8 – выход трубки

 

Рисунок 6 – Схема литья изделий профильного сечения (шнура, полос и др.)

Вулканизация в котлах производится при давлении выше атмосферного. Горизонтальные котлы диаметром от 0,9 до 3 м и длиной от 1 до 40 м оборудуются рельсами для тележек с изделиями (рисунок 8). Котлы устанавливают в цехе рядами фронтально. Вдоль ряда котлов размещают рельсовый путь. Изделия, подлежащие вулканизации, помещают на вагонетки, которые закатывают в котел. Перед подачей пара котел продувают для удаления воздуха, затем поднимают давление пара до необходимого значения в соответствии с технологическим режимом вулканизации. Для вулканизации в прессах чаще всего используют универсальные по своему применению колонные и рамные прессы с гидравлическим приводом. Их можно применять для вулканизации разнообразных изделий высотой до 120-140 мм. В зависимости от количества просветов между плитами вулканизационные прессы бывают одноэтажными и многоэтажными (2-, 4- и 6- этажными). Применяются прессы с плитами размером 300х300мм, 400х400мм, 600х600мм, 800х800мм, 600х1200мм, 1000х1200мм (рисунок 9).

Вулканизацию изделий небольших размеров проводят в металлических формах. Изделия большой длины – транспортные ленты, приводные ремни – вулканизируют  непосредственно между плитами на многоплунжерных прессах с длиной плит от 1200 до 10000 мм.

 

 

 

 

 

а – литье и вулканизация; б – выемка изделий; 1 – обогревательные плиты;

2 – горизонтальный гидравлический пресс; 3 – литьевая прессформа; 4 – мундштук червячной литьевой головки; 5 – червячная литьевая головка; 6 – электродвигатель;

7 – цилиндр поворота литьевой головки

 

Рисунок 7 – Схема автомата для литья и вулканизации резиновых изделий

 

1 – корпус; 2 – рельсы; 3 – опоры; 4 – обойма; 5 – крышка; 6 – труба для подачи пара в котел; 7 – днище; 8 – подвеска; 9 – ось; 10 – зубчатое колесо для поворачивания крышки; 11 – зубчатая рейка; 12 — зубцы; 13 – кронштейн

 

Рисунок 8 – Горизонтальный вулканизационный котел

 

 

а — общий вид; б — схема устройства с обозначением размеров. 1 — рама; 2 – верхняя неподвижная поперечина (головка пресса);

3 — парораспределительные трубки;4  — рабочий цилиндр; 5 — паровой коллектор; 6 — плунжер; 7 — отверстие для впуска и выпуска воды из рабочего цилиндра; 8 — манжета; 9, 11 — болты; 10 — нижняя плита; 12 — стол; 13 — промежуточные плиты;

14 — верхняя плита с паровым обогревом

 

Рисунок 9 – Рамный четырехэтажный вулканизационный пресс

Рекомендуемая литература

1. [9]
2. [10]
3. [8]
4. [1]
5. [2]
6. [3]

 

Контрольные вопросы для СРС [8, 9, 10]

1. Вулканизационные пресс-автоклавы
2. Вулканизация транспортные лент и приводных ремней

 

Тема 9

Оборудование для производства полых изделий методом выдувания – 2 часа

 

План лекции

1. Общие сведения о технологии
2. Выдувные агрегаты
3. Формующие головки

 

Под раздувным формованием понимают раздувание экструдированного термопластичного участка рукава внутри разъемной полой формы до тех пор, пока рукав не примет конфигурацию ее внутренней полости. Выдувной агрегат состоит из экструзионной машины, угловой кольцевой головки, формы, механизма смыкания и размыкания формы, пневмосистемы для раздува заготовки.

Экструдер, используемый в раздувном формовании, не отличается от экструдеров, описанных в предыдущих темах, в основном применяют одношнековые машины. Основной параметр, по которому классифицируются и подбираются агрегаты, — максимальный объем изделия. Существуют агрегаты, на которых можно получать изделия емкостью от 0,005 до 500 л. Большинство агрегатов имеет горизонтальное расположение экструдера с угловой кольцевой головкой, направленной вниз по выходу экструдата.  Применяются экструдеры с относительно небольшим L/D = 16÷25.

Производство полых изделий из термопластов – канистр, бочек, бутылей, игрушек и т.п. – осуществляется в две стадии: сначала получают заготовку с температурой несколько ниже температуры плавления, которую затем раздувают сжатым воздухом. В результате соприкосновения с холодным стенками формы полимер затвердевает, далее форма раскрывается, готовое  изделие извлекается и направляется на окончательную обработку (удаление приливов, снятие заусенцев и т.п.).  Охлаждение изделия в форме занимает от 50 до 75% времени цикла формования. В качестве охладителя используют воду, водяной туман (рисунок 1).

Производство изделий методом экструзии с раздувом сопровождается образованием значительного количества отходов (до 35%). Большая их часть пригодна для повторной переработки, после соответствующей трансформации в гранулы. Добавка отходов к свежему сырью не должна превышать 30-40%.

Производство изделий осуществляется на специальных агрегатах, снабженных (помимо экструдера) механизмом перемещения и смыкания формы с гидравлическим или пневматическим приводом. Так как  процесс формования распадается на короткую стадию выдавливания заготовки и длительную – формование и охлаждение изделия, то для повышения производительности большинство агрегатов выполняется либо многопозиционными,  с несколькими  формами, либо, особенно при производстве изделий небольшого объема, снабжаются двух и более канальной формующей головкой, иногда с несколькими мундштуками на каждом из каналов. Большинство агрегатов работает в автоматическом режиме.

Для получения изделий большой массы и объема экструдеры снабжены емкостями – копильниками расплава. Объем копильников может быть различен и подбирается в соответствии с возможностями экструдера и массой изделия. Экструдер, постоянно работая, нагнетает расплав в копильник, который располагается перед головкой. После накопления нужного объема материала в копильнике, представляющем собой материальный цилиндр, происходит быстрое выдавливание расплава из него через головку (рисунок 2).

 

 

 Рисунок 1 – Схема производства полых изделий экструзионно-выдувным формованием трубчатой заготовки из термопластов:

а — экструзия трубчатой заготовки; б — раздув заготовки и формование изделия; в — съем изделия (каналы в форме для выхода вытесняемого раздуваемой заготовкой воздуха не показаны);

1 — шнек; 2 — цилиндр экструдера; 3 — кран для подачи сжатого воздуха для формования; 4 — дорн; 5 — мундштук формующей головки экструдера; 6 — трубчатая заготовка расплава полимера; 7 — полуформа; 8 — привод смыкания и размыкания полуформ; 9 — пресс- кант; 10 — изделие

 

 

 

1-экструдер; 2-накопительная головка; 3- рукав (трубка); 4-раздувная форма; 5 – крепежные плиты; 6-гидравлический узел смыкания

 

Рисунок 2 – Агрегат для раздувного формования

 

Общее время цикла формования состоит из следующих слагаемых [19-501]:

t_ц = t_в + t_с + t_р + t_о + t_р + t_и

где t_в – время выдачи заготовки из формующей головки; t_с, t_раз – время смыкания и размыкания формы; t_р – время раздува; t_о – время охлаждения; t_и – время извлечения изделия из формы.

Время t_ц на 80% состоит из времени t_о, необходимого на охлаждение. Все это время экструдер не работает, что неэкономично. Для получения толстостенных изделий значение t_о весьма существенно. Поэтому применяют многопозиционные, карусельные агрегаты, в которых после раздува заготовки форма охлаждается вне экструдера, а к нему присоединяется новая, пустая форма, и цикл повторяется. В этом случае экструдер почти постоянно выдавливает расплав-заготовку, т.е. работает безостановочно.

 

Рекомендуемая литература

1. [1]
2. [19]

 

Контрольные задания для СРС [1, 19]

1. Конструкция выдувных агрегатов для получения полых изделий, работающих в автоматическом режиме.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методические указания для выполнения лабораторных работ

 

Лабораторная работа №1 Привод шнека экструдера литьевой машины (4 часа)

Порядок выполнения работы:

1. Изучить принцип действия экструдера и шнека.

2. Ознакомиться с принципиальной гидравлической схемой привода шнека.

3. Ознакомиться с исходными данными для расчета параметров привода шнека.

4. Ознакомиться с методикой инженерного расчета привода.

5. Выполнить расчет привода вращательного движения шнека для литьевой машины с объемом впрыска 63 см³.

 

Контрольные вопросы:

1.Какой параметр литьевой машины является заданием для выполнения расчета привода?

2. Как выбираются исходные параметры для расчета привода?

3. Как подбирается гидродвигатель?

4. Как подбирается гидронасос?

5. Как определяется потребная мощность электродвигателя?

6. Объясните работу гидравлической схемы экструдера.

7. Назовите классификационный параметр литьевой машины?

8. Как выбираются диаметр и скорость вращения шнека?

 

   Рекомендуемая литература

1.     [12 — 150165]

 

Контрольные задания для СРС [ 1, 2]

1. Конструкции экструдеров литьевых машин.

2. Влияние марки перерабатываемого термопласта на производительность экструдера.

 

Лабораторная работа №2 Определение диаметра шнека литьевой машины – 4 часа

Порядок  выполнения работы:

1. Установить взаимосвязь диаметра с остальными параметрами шнека.

2. Изучить конструкцию шнеков литьевых машин.

3. Ознакомиться с исходными данными для расчета диаметра.

4. Ознакомиться с методикой расчета диаметра.

5. Выполнить расчет диаметра шнека для литьевой машины с объемом впрыска 63 см³.

Контрольные вопросы:

1. От чего зависит объем впрыска, давление литья и пластикационная производительность литьевой машины?

2. Назовите геометрические параметры шнека?

3. Что такое модифицированный ряд диаметров шнека?

 

Рекомендуемая литература

1. [12 – 168,169]

Контрольные задания для СРС [2,3, 9]

1. Конструкции шнеков литьевых машин.

2. Расчет геометрических параметров шнека.

 

Лабораторная работа №3  Расчет и конструирование формующего инструмента – 4 часа

 

Порядок выполнения работы:

1. Ознакомиться с конструкцией многогнездовых форм для литья под давлением.

2. Ознакомиться с конструкцией многогнездовых пресс-форм.

3. Ознакомиться с методикой расчета гнездости литьевых форм и пресс-форм.

4. Выполнить расчет числа гнезд для литья под давлением.

5. Выполнить расчет числа пресс-форм.

 

Контрольные вопросы:

1. По каким параметрам ведут расчет числа гнезд для литья под давлением?

2. Что такое объем впрыска и что он определяет?

3. Что характеризует пластикационная производительность?

4. Назовите главные параметры, учитываемые при расчете количества пресс-форм.

 

Рекомендуемая литература

1. [11]

2. [12]

3. [13]

Контрольные задания для СРС [1, 2, 11, 12, 13]

1. Холодноканальные литьевые формы.

2. Горячеканальные литьевые формы.

3. Типы пресс-форм для прямого (компрессионного прессования).

4. Актуальность многогнездовых форм.

 

 

Лабораторная работа №4  Литьевые машины – 1 час

 

Порядок выполнения работы:

1. Ознакомиться с горизонтальным типом литьевых машин.

2. Ознакомиться с областью применения и особенностями эксплуатации данных машин.

3. Изучить основные части ЛМ.

4. Изучить узел пластикации.

 

Контрольные вопросы:

1. Достоинства ЛМ горизонтального типа.

2. Циклограмма процесса литья.

3. Кинематика узла пластикации.

 

Рекомендуемая литература

1. [1]

2. [2]

 

Контрольные задания для СРС [1,3,9]

1. Методы литья подавлением.
2. Литьевые машины и автоматы (разновидности и принцип действия).
3. Выбор литьевой машины.

 

Лабораторная работа №5  Прессы гидравлические – 1 час

Порядок выполнения:

1. Ознакомиться с конструкцией пресса рамного.

2. Изучить основные узлы пресса.

3. Изучить формы для прямого прессования.

 

Контрольные вопросы

1. Назовите классификационный параметр прессов.

2. Назовите полимеры, перерабатываемые прессованием.

3. Перечислите операции цикла прессования

 

Рекомендуемая литература

1. [1].

2. [2].

3. [4].

 

Контрольные задания для СРС [1,2]

1. Способы дозирования пресс-материалов

2. Литьевое прессование

3. Колонные и этажные прессы.

 

 

Лабораторная работа  №6 Экструзионные линии – 1 час

Порядок выполнения работы:

1. Ознакомиться с составом оборудования и технологической схемой процесса экструзионных линий по производству: гладких труд, рукавной пленки, плоской пленки, листов, продольно-погонажных изделий.

Контрольные вопросы:

1. Объясните конструктивные особенности формующих головок для производства: гладких труб, плоских пленок, листов, рукавной пленки, профильно-погонажных изделий.

 

Рекомендуемая литература

1.  [1]

2.  [2]

 

Контрольные задания для СРС [1,2,4]

1. Калибровка изделий на экструзионных линиях (трубы, пленки, листы, погонаж).

 

6 Тематический план самостоятельной работы студента с преподавателем

 

Наименование темы СРСП	Цель занятия	Форма проведения занятия	Содержание задания	Рекомендуемая литература
Тема 1. Физико-механические основы переработки полимеров	Углубление знаний по данной теме	Работа с литературой	Проанализировать влияние технологических параметров на переработку полимеров	[1,2]
Тема 2. Хранение и транспортировка полимерного сырья	Углубление знаний по данной теме	Работа с литературой	Ознакомиться с комплексны- ми линиями по хранению; транспортировке и переработке полимеров	[1,2]
Тема 3.  Оборудование для подготовки сырья к перерабоке.	Углубление знаний по данной теме	Работа с литературой	Ознакомиться с агрегатным состоянием композитом и оборудованием для их переработки	[1,2,3,4]
Тема 4. Экструзионные агрегаты	Углубление знаний по данной теме	Работа с литерату- рой, расчеты	Ознакомиться с основным оборудованием линий (экструде- рами, калибрато- рами, формующими головками)	[1,2,4]
Тема 5. Каландровые агрегаты	Углубление знаний по данной теме	Работа с литерату- рой	Ознакомиться с конструкцией каландров и условиями их работы	[1,4]
Тема 6. Оборудование для литья под давлением	Углубление знаний по данной теме	Работа с учебной и справочной  литературой	Разбор конструкций машин для различных способов литья	[1,2]
Тема 7. Оборудование для прессования	Углубление знаний по данной теме	Работа с учебной и справочной литерату- рой	Разбор конструкций машин для различных способов прессования	[1,2]
Тема 8. Оборудование для производства РТИ	Углубление знаний по данной теме	Работа с учебной литерату- рой,  разбор конструкций	Ознакомиться с конструкцией машин для производства РТИ	[8,9,10]
Тема 9. Оборудование для производства полых изделий методом выдувания	Углубление знаний по данной теме	Работа с литерату- рой	Ознакомиться с конструкцией и технологией работы выдувного оборудования	[1,19]

Материалы для контроля знаний студентов в период рубежного контроля и итоговой аттестации

 

6.2 Вопросы для самоконтроля

 

1. Базовые марки полимеров и способы переработки.

2. Технологические показатели термо- и реактопластов, их влияние на выбор способа переработки полимеров.

3. Оборудование для измельчения полимерного сырья.

4. Смесительные машины.

5. Пластикаторы и пластицирующие установки.

6. Состав и работа экструзионных линий.

7. Экструдеры для экструзионных линий.

8. Формующие головки для производства: трубных изделий; рукавной пленки и листов; гранулята и профильных изделий.

9. Оборудование для экструзионно-каландрового способа изготовления плоских пленок.

10. От чего зависит производительность каландра в режиме установившегося движения.

11. Что подлежит охлаждению: «бочка», «каландр или валок»?

12. Характеристики валков каландра: отдающего ленту; принимающего ленту.

13. Главное достоинство ротационных литьевых машин и рациональная область их применения.

14. Условие затвердевания ТП и РП в литьевой форме.

15. Кинематика пластикатора и его частей  в литьевом цикле.

16. Типы литьевых машин и области их применения.

17. Какая часть литьевой формы образует технологические отходы?

18. Основные операции прессования: пресс-порошков; волокнитов.

19. Типы прессов и области их применения.

20. Дозировка пресс-материалов.

21. Узловые затвердевания пресс-материала в форме.

22. Назовите изделия из реактопластов:

23. Каландры: рабочий орган, выполняемые функции (типы каландров).

24. Машины для подготовки резиновых смесей.

25. Машины для производства формовых РТИ.

26. Машины для производства неформовых РТИ.

27. Машины для вулканизации РТИ.

28. Основные узлы (части) агрегата для выдувного формования.

29. Рабочий цикл выдувного формования.

30. Копильник расплава: назначение и его основные части.

 

 

 

 

6.3 Экзаменационные билеты

 

№ 1

1. Распределение базовых марок полимеров по вязкости.

2. Экструзионные линии по производству рукавной пленки.

3. Каландры для односторонней  промазки тканей.

 

№ 2

1. Текучесть полимеров и ее влияние на выбор способа переработки пластмасс.

2. Калибровка труб на экструзионных агрегатах.

3. Каландры для двухсторонней обкладки тканей резиновой смесью.

 

№ 3

1. Влияние насыпной плотности и сыпучести на переработку полимеров.

2. Экструзионно-каландровое оборудование для переработки полимеров.

3. Литьевые прессы для производства РТИ.

 

№ 4

1. Транспортировка и хранение полимерного сырья.

2. Работа валков каландра при переработке полимеров.

3. Червячная литьевая машина для производства РТИ.

 

№ 5

1. Оборудование для сушки полимерного сырья.

2. Конструкция каландров (основные части и механизмы).

3. Шприцмашины для получения полуфабрикатов РТИ.

 

№ 6

1. Оборудование для измельчения полимерного сырья.

2. Производство полимерной пленки экструзионно-каландровым методом.

3. Каландры для дублирования резиновых смесей.

 

№ 7

1. Оборудование для смешения полимерного сырья.

2. Литьевые машины (схемы работы).

3. Котлы для вулканизации РТИ.

 

№ 8

1. Пластосмесители и пластицирующие  установки.

2. Конструктивное исполнение литьевых машин, области их применения.

3. Прессы для вулканизации РТИ в металлических формах.

 

 

 

№ 9

1. Назначение, принцип действия и основные узлы экструзионного агрегата.

2. Схема термопластавтомата.

3. Конструкция экструзионной головки для получения труб.

 

№ 10

1. Экструдер и формующая головка для производства труб и шлангов.

2. Узел пластикации литьевой машины: схема работы, основные части.

3. Калибровка профильно-погонажных изделий.

 

№ 11

1. Экструдер и формующая головка для производства рукавной пленки.

2. Механизм смыкания литьевой машины.

3. Центробежный смеситель периодического действия для порошкообразных композитов.

 

№ 12

1. Экструдер и формующая головка для производства плоских пленок и листов.

2. Схема прессования пластмассовых изделий на гидравлических прессах.

3. Барабанные смесители.

 

№ 13

1. Экструдер и формующая головка для производства гранулята, «Ко-кнетор».

2. Способы дозирования пресс-порошков.

3. Ножневая дробилка.

 

№ 14

1. Конструкция червяков (шнеков).

2. Прессование пластмассовых изделий из волокнитов.

3. Двухстадийный смеситель.

 

№ 15

1. Движение полимера в материальном цилиндре экструдера.

2. Рамные гидравлические прессы.

3. Конструкция выдувного агрегата для производства полых изделий.

 

№ 16

1. Конструкция одночервячного экструдера экструзионной установки.

2. Колонные гидравлические прессы.

3. Конструкция угловой рукавной головки.

 

 

№ 17

1. Производительность экструдера и экструзионного агрегата.
2. Этажные гидравлические прессы.
3.  Конструкция коллекторной многощелевой головки.

 

№ 18

1. Технологические расчеты экструдера.

2. Экструзионно-раздувное формование: принцип действия, получаемые изделия, используемое оборудование.

3. Листовальная головка.

 

№ 19

1. Расчеты червяка экструдера.

2. Оборудование для сушки, измельчение ингредиентов для резиновой смеси.

3. Формующие головки для изготовления сложного полого профиля.

 

№ 20

1. Расчеты материального цилиндра экструдера.

2. Вальцы для смешения ингредиентов резиновых смесей.

3. Работа экструзионно-выдувного агрегата при производстве толстостенных  изделий.

 

№ 21

1. Опора червяка экструдера.

2. Резиносмесители.

3. Червяк двухзаходный с барьерной нарезкой.

 

№ 22

1. Экструдер и формующая головка для производства профильных изделий

2. Назначение каландров при производстве РТИ.

3. Калибратор для труб: способы калибрования, скорость отвода изделия.

 

№ 23

1. Экструзионные линии по производству гранулята.

2. Общее устройство каландров для производства РТИ.

3. Многогнездовые формы для производства изделий литьевым способом.

 

№ 24

1. Экструзионные линии по производству труб.

2. Конструкция валков каландра.

3. Многогнездовые формы для получения изделий методом прессования.

 

№ 25

1. Экструзионные линии по производству плоских линий и листов.

2. Листование резиновой смеси на каландрах.

3. Экструдер с двухстадийным червяком.

                             

7 Методические указания для выполнения курсового проекта

7.1 Общие положения

Курсовой проект закрепляет и углубляет знания по дисциплине «Оборудование цехов по производству пластмасс, резины и композиционных материалов». В ходе его выполнения проектант приобретает навыки самостоятельной работы с технической литературой, более подробно знакомится с конструкцией и основными принципами выбора оборудования. Курсовой проект является показателем качества полученных знаний и умения применить их на практике. Тематика курсовых проектов может быть расширена за счет материала предшествующей производственной практики.

 

7.2 Последовательность выполнения курсового проекта

Проект должен содержать примерно следующие разделы:

1) анализ исходных данных, цели и задачи проектирования;

2) анализ конструкции машины, узла, детали являющихся целью проекта;

3) анализ условий эксплуатации оборудования;

4) выпор оптимальных параметров машины для заданных условий эксплуатации;

5) расчет параметров машины, узла, детали;

6) разработка конструкции узла и детали;

7) расчет технологических параметров оборудования при использовании его  на конкретном рабочем месте;

8) расчет основных технико-экономических показателей работы оборудования.

 

7.3 Оформление результатов курсового проектирования

Расчетно-пояснительная записка должна быть выполнена с помощью компьютерной печати на формате А4 в соответствии с действующим фирменным стандартом предприятия на оформление учебной документации и тестовых документов (СМК ФС 1.1.02 – 2004).

 

7.4 Оформление графического материала

Графическая часть проекта выполняется на листах формата А1, способом компьютерной графики. Количество графического материала 2-4 листа. При разработке машиностроительных и архитектурно-строительных чертежей должны соблюдаться требования  фирменного стандарта на оформление графического материала (СМК ФС Р.4.2.3.-03.06-2003).

Рекомендуемая литература

1. [3]

2. [4]

3. [9]

4. [10]

5. [11]

6. [12]

7. [13]

8. [14]

9. [18]

10. Проектирование машиностроительных заводов и цехов. Справочник в 6-ти томах. Т5/Под ред. Е.С.Ямпольского, — М.: Машиностроение, 1975. – 223с.

 

7.5 Перечень тем курсового проектирования приведен  в пункте 1.8.2.