Директна Екструзия

април 26, 2013 от  
Публикувано в Акценти

1

При директната екструзия (ДЕ) материалите (полимер,пълнители,влакна и добавки) се превръщат директно в краен продукт-обикновено плосък филм,лист,нишки или профили,като се избягва гранулирането междинната операция).Обикновено е необходим двушнеков екструдер за такъв тип смесване и екструзия “ин лайн”.С тази технология може да се постигне икономия на разходи и подобряване на качеството.
DE технологията е развита още преди 40 год.,но едва през последното десетилетие преработвателите,които обикновено са по-добре запознати с едношнековите екструдери,обърнаха повече внимание на тази технология.Като се изключи прилагането й при РVС за производство на тръби,профили и подобни-която технически се определя като смесване-в Северна Америка работят около 50 инсталация по тази технология.Повечето от тях са били инсталирани през последните години.Въпреки предимствата,които DE предлага,за преработвателите не е лесно да направят прехода.А и процеса не е подходящ за всички приложения.Най-общо DE е по-подходяща за производства с голям обем,системи,специализирани за определена продукция,а не е подходяща за линии,при които се изисква честа смяна на изделията или състава на материала.
Производителите следва да направят известен анализ преди да възприемат тази технология за конкретното производство.На първо място трябва да се знае,че двушнековите екструдери работят по твърде различен начин в сравнение с едношнековите.Нещо повече-усложнеността,свързана с обработката на суравините и захранването,трябва да бъде интегрирана с подходящо приспособена(към процеса)глава и в линията да се включат необходимите системи(възли) за постигане на възможно малки отклонения от размерите на изделията.
Често пъти една инсталация е достатъчна за десет или повече производители.
Поради сложността на системата,началните инвестиции за линия за ДЕ са по-високи в сравнение с конвенционална едношнекова система.Почти без изключение при използване(прилагане) на система за ДЕ са необходими усилия от развойно(откривателско) естество,за да се определи обхвата(възможностите) на системата(или съответно какви елементи следва да се включат в линията,за да изпълни тя поставеното задание ,изразено в материали,необходими процеси и операции,вид изделие и т.н.)

Преди да вземете решение относно ДЕ трябва да разберете какво представлява двушнековата екструзия.Високоскоростни двушнекови екструдери с влагане на енергия обикновено се използват за смесване,дегазиране и реактивна? екструзия,процеси зависещи(подчинени) на преноса на маса(масопренасяне).Исторически двушнековите екструдери са произвеждали гранули,с които впоследствие се захранват екструдери,машини за леене под налягане и раздувно формовоне.Но когато се произвеждат листове,филм,профили с двушнекови екструдери,размерите са далеч по-важни отколкото при гранулирането.Отначало използването на ДЕ е било определено,често от безизходица(липса на друг начин),за материали,чувствителни към топлина и напрежение на срязване с отделни процеси на смесване/гранулиране и едношнекова екструзия на крайния продукт.Примери за първоначалното използване на ДЕ са преработване на неизсушен РЕТ,електропроводими смеси за приложение в електрониката и продукти,усилени с влакна.Тези усилия разпространяват разбирането,че ДЕ е била прилагана за производство на изделия за широка употреба с цел намаляване на разходите,свързани със смесването(в смисъл,че целта е поевтиняване,а не по-високо качество и по-точни размери на изделието).
Дву-шнекови екструдери с еднаква или противоположна посока на въртене на шнековете използват сегментирани шнекове(състоящи се от “навързани” една след друга секции с различна геометрия и предназначение-пренос,смесване,дегазиране,създаване на налягане и т.н.),с вложки с висок усукващ момент,свързани с шпонки и модулни цилиндри с вътрешни канали за охлаждане с течност.Двигателя вкарва енергия в процеса чрез въртящите се шнекове,които предават усилието на срязване на преработваните материали.Сегментираните шнекове и цилиндри в комбинация с контролирани помпени и почистващи характеристики на въртящите се в една посока шнекове,самопочистващи се шнекове,позволяват геометрията на шнека и цилиндъра да се пригоди към целите на процеса.Преноса на твърди материали и стапянето се извършват в първата част на преработващата секция. В конструкцията са включени съответни елементи(секции) на шнека за смесване и дегазиране..Изтласкващите елементи(на шнека) създават и стабилизират изтласкващото налягане.
Свободния обем в преработващите секции на двушнеков екструдер е свързан със съотношението OD/ID(външен диаметър към вътрешен диаметър на шнека).Напречното сечение на шнека е фактор,ограничаващ допустимата стойност на напрежението на усукване при двушнекови екструдери,а също и геометрията на шнека,материала,от който е изработен и технологията,по която е произведен.По-дълбоки канали на шнека водят до повече свободен обем,но при по-малък допустим усукващ момент,тъй като по-малкия диаметър на сърцевината на шнека е ограничаващ фактор.Независимо от крайния продукт(гранули или изделие) е много важно да се знае нагряващо/охлаждащата конструкция,наличния(разполагаемия) свободен обем и допустимата степен на усукващо напрежение на всеки двушнеков екструдер и граничните условия на процеса,който искаме да проведем.
Високоскоростните,вкарващи енергия двушнекови екструдери работят на “гладно” захранване(от др. страна еднашнековите работят с “наводнено” захранване-т.е. запас от материал в бункера,от който шнека поема необходимото количество) с ниво на производителността,определяно от захранващи устройства,които отмерват и вкарват гранули,течности,прахове и влакна в преработващата секция.Захранващите устройства поддържат постоянството на състава и въвеждат съставките в правилния ред(и съотношение,разбира се).Оборотите на шнековете при двушнековите екструдери са независими от степента на захранване и се използват,за да оптимизират ефективността на смесването(чрез промяна на оборотите се постига оптималното смесване за конкретния случай).Тъй като градиента на налягането се контролира(и фоктически е нула през по-голямата част от процеса),материалите се въвеждат лесно в последователните секции на цилиндъра,с което се улеснява последователното захранване с оглед намаляване на износването и избягване на високите усилия на срязване,свързани с пластицирането.
Често към двушнековите екструдери се присъединява уплътняващо устройство,за да се уплътняват(вкарват принудително) пълнители,влакна и др.в потока на стопилката на двушнековата преработваща секция след стапянето(на преработвания полимер).Съотношението на захранването(дозировката на добавките) в различни точки на линията се настройва и осъществява със захранващи устройства,работещи на тегловен принцип,а не от уплътняващо устройство за принудетелно подаване на добавяния материал.Шнековете на екструдера при уплътняващото устройство придвижват материалите напред,като осигуряват вентилиране(освобождаване от газовете)на включениявъздух и влага,които се появяват при нагряването.
ДЕ системите са значително по-усложнени в сравнение със системите за едношнекова екструзия,тъй като “гладното” захранване на високоскоростните,вкарващи енергия дву-шнекови екструдери трябва последователно(равномерно,устойчиво) да се изпомпва към главата,при което температурата на стопилката играе по-важна роля.Главата и системата по протежение на екструдера биха били същите,ако едношнеков екструдер преработваше предварително смесени гранули.
Ето описание на различните компоненти на ДЕ система:
- Дозиращи захранващи устройства:Захранващите системи са особено важни при ДЕ системите,тъй като средния смесителен ефект,присъщ на вторичната екструзия(т.е. екструзията на гранули до изделие) с едношнеков екструдер,се губи при двушнековия екструдер.Захранващите устройства също играят главна роля за устойчивостта на налягането.По тази причина при повечето случаи на ДЕ се предпочитат захранващи устройства с гровиметрично(тегловно) дозиране,а не с обемно дозиране.Оборудването,обработващо материала и това за допълнително пълнене(добовки)също играе важна роля.
-Двушнеков екструдер:Той е сърцето на всяка ДЕ система.Изпълнява същите операции за масопренасяне както при гранулатора.Преработващите секции на двушнековите екструдери често са удължени,като следващите секции на шнека са с помпено действие.Често се използва и помпа за стопилка(описано по-долу).Общо взето е по-добре да се преоразмери двушнековия екструдер и тои да работи при по-ниски обороти(при система ДЕ),вместо да бъде използван като гранулираща система.От гледна точка на общата стойност на системата допълнителните инвестиции за преоразмеряване са пренебрежимо малки и често напълно си заслужават разходите.
-Зъбна(или шнекова) помпа за стопилка:Тази помпа е възел с положително действие,който създава и стабилизира налягането,като дава възможност двушнековия екструдер да извършва смесване и дегазиране с по-малки отклонения в налягането.Помпата също улеснява постигането на по-ниско крайно челно налягане,което води до по-малко прехвърляне на стопилка през ребрата(витките) на шнека в помпената зона(обратен поток) и по този начин температурата на стопилката е по-ниска.Като алтернатива може да се използва къса помпена зона при едношнеков екструдер(L/D 10:1).Съществено е помпената зона на едношнековия екструдер да избягва пластикация и компресия,които са първичните причини за нестабилността на налягането при едношнеков екструдер,захранван с гранули.

Устройство за смяна на филтри: Има много видове такива устройства с непрекъснато и прекъснато действие(в смисъл че при смяна на филтли не се нарушава или се нарушава потока на стопилката).Ако се изисква грубо филтриране и/или има високи нива на замърсявания в потока на стопилката,тогава устройството за смяна на филтри трябва да е разположено преди зъбната помпа(за стопилка).Рециклирани материали понякога изискват филтриране както преди,така и след зъбната помпа.Филтрирането може да е важна(подходяща,но и трудна) част от ДЕ и трябва да се проучи щателно и да се управлява внимателно.

Системи за контрол: Обикновено за ДЕ се изисква програмируем логически контролер(т.е. управление и контрол,базирано на компютърна система) за управлине на системата,както и да се улеснява роддържането на рецептурите(състава на смесите) и записа на данни.При съставяне на алгоритъм за контрол на налягането трябва да се вземе предвид престой на материала в системата от 15 сек. до 2 мин.
Възможния сценарии за контрол е да се настрои зъбната помпа да доставя постоянен дебит стопилка по обем към главата.Настройващия алгоритъм анализира постъпленията от ключовите точки на системата,извършва цифрови изчислиния и внася корекции на оборотите на шнековете на двушнековия екструдер и на степента на захранване.Целта на алгоритъма е да поддържа входното налягане на зъбната помпа на настроената стойност.
Когато в резултат(на настройката) се въвеждат материали в двушнековия екструдер през различни входни точки,контрола на налягането с обратна връзка става по-сложен,тъй като трябва да се поддържат различни времена на престой.С устойчиво подаване на стопилка към зъбната помпа потока на изтласкване и налягането в главата ще са равномерни,което е крайната цел на системата.

Пластмаси – Екструзия

март 29, 2013 от  
Публикувано в Новини

Пластмаси.Екструзия.Изследвания,подобрявящи перспективите пред високоскоростната екструзия.

ext

Правилно конструирани  високоскоростни едношнекови екструдери могат значително да ускорят преработващите възможности на машините с малък диаметър на шнека за широк набор от приложения.Това е заключението на изследване,проведено от Davis – Standard LLC (D-S)-Pawcatuck,Кънектикът,САЩ и представено на среща на Обществото на инженерите по преработка на пластмаси миналия април от John Christiano – вице-президент на D-S  по технологиите за преработка.D-S представиха първия си високоскоростен екструдер на изложението NPE 2012 в Orlando,Флорида,където се провеждаше и срещата на упоменатото по-горе Общество.

Системите за високоскоростна екструзия с двушнеков екструдер бяха норма при смесването от 90-те години насам,когато група машиностроители въведоха сръхбързите,високоскоростни конструкции.Впрочем,при едношнековите екструдери високоскоростната технология е много по-често срещана  в Европа отколкото в Северна Америка.

Проучването на D-S  е изследвало характеристиките на екструзията при високоскоростни едношнекови екструдери,за да определи дали са подходящи за няколко различни приложения,в т.ч. екструзия на листове,влакна и нанасяне на покрития чрез екструзия.Тази статия дава информация по отношение на екструзията на листове,като се разглеждат резултатите при РР(полипропилен)  и HIPS(удароустойчив полистирол)

За проучванията е използван екструдер с диаметър на шнека 63 мм. и съотношение L:D(дължина на шнека към диаметъра му) = 40:1,оборудван с двигател с мощност 500 конски сили.Били са развити скорости на въртене на шнека до 1200 об./мин.

Екструдера е бил наситен с много измервателни и контролни уреди.По-специално е била използвана  системата Termatic Temperature Control  на D-S за контролиране на температурите на цилиндъра и измерване на излъчената  топлина от всяка зона на екструдера.Разположени са били 8 уреда за измерване на налягането  по дължината на цилиндъра на приблизителен интервал от 5D,за да се измерва генерираното аксиално(осово) налягане по дължината на шнека и открити(в пряк контакт със стопилката) термодвойки за измерване на температурата на стопилката в преходната зона след шнека и оценка на производителността и температурната стабилност на стопилката.

Използвани са адаптер(преходна зона между цилиндъра и главата) с клапан и глава за производство на лист  с ширина 760 мм. и  процеп с ширина 1,3 мм. за всички проби с листове.Бил е инсталиран статичен смесител  A4D  между адаптера и главата.За преработка на  РР и HIPS(марки за производство на листове) е използван дву-стадиен шнек с умерена да висока смесителна способност.

Записани са данните при всички условия на работа,в т.ч.  производителност на екструдера,температура на стопилката,консумирана мощност от двигателя и налягане на изхода на главата.Записите на налягането са били направени със система за запис на данни с честота 50 Hz.Стабилността на процеса се оценява за всеки материал чрез наблюдаване на изменениеята на налягането и температурата във времето при излизане на материала от екструдера.Качеството на екструдата на стопилката е поверявано визуално на изход от главата.Изпитанията са проведени при скорост на въртене на шнека от 400 до 1200 об./мин. за всеки от материалите.

Стабилността на високоскоростния двушнеков екструдер е била определяна чрез сравняване на работата му с предварително определен набор от параметри,които обикновено се използват за всяко приложение,особено постоянство ва захранването съобразно скоростта на въртене на шнековете или линейната връзка на специфичната производителност(в  кг./оборот  на шнека) и скоростта на въртене на шнека;приемлив обхват на температурата на стопилката; и необходимата стабилност на процеса.

Стабилността на процеса е била оценявана чрез наблюдение на измененията на налягането като индикатор на устойчивостта на производителността и на измененията на температурата на стопилката във времето като индикатор на температурната еднородност.Качеството на стопилката е проверявано визуално за дефекти на изход от главата.

При пробата с лист от РР  производителността е нараствара линейно с нарастване на скоростта на въртене на шнека.Имало е леко нарастване на специфичната производителност при 800 об.мин.При 400 и 1200 об./мин. стойността(на специфичната производителност) е била постоянна.Относително постоянната специфична производителност при различна (часова) производителност на екструдера показва,че зоната на шнека ,където материала се транспортира в твърдо състояние,работи ефективно.Изменението на специфичната производителност с по-малко от 1,8% в рамките на желаната производителност на екструдера и е доста под изискванията за необходимия критерии за постоянство на захранването(т.е. отговаря на този критерии).Като цяло са достигвати производителности от 730 кг./час – приблизително 8 пъти повече в сравнение с очакваното от екструдер с конвенционална конструкция със същия диаметър на шнека.

Температурата на стопилката нараства при по-високи обороти на шнека от 225 град. Целзии при при 400 об./мин. до максимум 247 град. Целзии при 1200 об./мин.Стабилността на термичния процес остава в желаните граници до 800 об.мин.

При 1200 об./мин. флуктуациите на температурата на стопилката нарастват до 36 град..Вариациите на налягането на изход от екструдера са били в рамките на плюс/минус  2%  от целевите.Повечето системи за екструзия на листове работят с екструдери,оборудвани с помпи за стопилка,за да се поддържа  необходимото  ниво на отклонения на налягането.Външния оглед на изтичащата като лист стопилка при 400 и 800 об./мин. е показал,че тя е с превъзходно качество.Качеството на стопилката при външен оглед се отклонава при 1200 об./мин.В излизащия от главата лист са били наблюданани смущения в стопилката.Като цяло работата на високооборотния двушнеков екструдер при преработка на марки РР,предназначени за производство на листове,е била приемлива при скорост на въртене на шнека до 800 об./мин.

При екструзия на листове от удароустойчив полистирол специфичната производителност  е била най-ниска при 400 об./мин. и е била приемлива при 800 об./мин.Най-високата специфична производителност при 800 об./мин. е била 10% над средната,а стойността при 400 об./мин. е била  с 10% под средната.Температурата на стопилката е нараствала с нарастване на оборотите.Горната граница на температурата на стопилката е била достигната при 800 об./мин.Температурата на стопилката нараства от 234 град. Целзии при 400 об./мин. на 247 град. Целзии при 800 об./мин.Това надхвърля максималната температурна граница с 36 град. Целзии.

Листа от удароустойчив полистирол е бил произвеждан с желаните параметри до производителност от 800 кг./час D-S  са на мнение,че е  възможна  по-висока производителност при по-нататъшно оптимизиране на геометрията на шнека,за да се подобри стапянето и смесването.

Стабилността на термичния процес остава в желания интервал.Флуктуациите на температурата на стопилката остават под 33 град. над желаното при преработката ниво(т.е не повече от 33 град. над желаното).Това е показател за добра температурна еднородност.Варирането на налягането на изход от екструдера остава в приемливи граници за всички производствени условия.

Визуалния оглед на стопилката при 400,800 и 1200 об./мин. показва превъзходно качество.Като цяло работата на високооборотните двушнекови екструдери при преработка на марки удароустойчив полистирол,предназначен за производство на листове,е била приемлива до 800 об./мин.Над тези оборати е била надвишена максималната(приемлива) температура на стопилката.За да се осигури устойчива производителност и се намали температурния градиент на потока на  стопилката,излизаща от ексрудера,се препоръчват помпа за стопилка и статично смесващо устройство(монтирани между екструдера и главата).

За да се контролира температурата на стопилката над 800 об./мин. е необходима конструкция на шнека с по-малка интензивност.Изследването показва,че по-нататъшно оптимизиране на температурата на екструдера в зоната на транспортиране на материала в твърдо състояние ще помогне да се намалят  колебанията  на специфичната производителност при различни скорости на въртене на шнека.

Пластмаси – Екструзия

март 27, 2013 от  
Публикувано в Новини

Пластмаси.Екструзия.Контрол на налягането на стопилката.Ново устройство отчита директно налягането на стопилката.

stop

За този нов тип сензор(чуствителен елемент) за налягане на стопилката  на Dynisco Plastics,Franklin,Масачезетс,САЩ  се твърди,че е първия който отчита налягането директно,без да се използват механични приспособления или течност като посредник(среда,пренасяща налягането към отчитащ уред). Уреда е наречен  Vertex и е подходящ за всички видове екструзия.Твърди се,че реакцията на уреда е по-бърза и контрола на налягането е по-добър.Освен това се твърди,че сензора е значително по-устойчив(здрав),с по-дълъг живот и по-ниски разходи.

Налягането на стопилката  се отчита  директно от диафрагма на върха на сензора.Директното отчитане отстранява грешките,които могат да възникнат  при сензори със сложно вътрешно устройство,с наличие на пренасящи налягането флуиди и подвижни изтласкващи лостове.

Твърди се,че диафрагмата на Vertex  e  доста по-дебела в сравнение с диафрагмите на други сензори  и е изработена от здрава сплав  Inconel 718,която осигурява по-добро съпротивление  срещу корозия в сравнение с неръждаемата стомана.За допълнителна защита срещу абразивно износване и корозия върха(на сензора) има покритие с твърдостта на диамант(диамантено покритие?).Сензора е подсилен срещу повреди при поддръжка.Устройството има 4-годишна гаранция.

По-бързите проциси на производство и контрол изискват по-бързо реагиращи измервателни системи и по тази причина сензора  Vertex  е многократно по-бърз в сравнение с традиционните сензори.Дефинираната точност съгласно стандарта ISA(ISO?) S37.1 e плюс/минус  0,25%  в обхвата на налягане от 1500 до 10000 psi(1 psi = 0,07 aтм.)

Пластмаси – Екструзия

март 26, 2013 от  
Публикувано в Акценти

 

eksВ “старите времена” много проблеми в екструзията можеше да бъдат  изяснени с използване на аналогови измерителни устройства.Чрез сравняване на лесно разбираемите движения на циферблатния индикатор можеше да се решават проблеми като задръстване,ограничения в захранването,несъответствуващи температурни профили,нестабилност,свързана с помпата за стопилка  и даже външни пречки.Например чрез просто наблюдение на ампермера и налягането в главата бихте могли да откриете задръстване на канала за стопилка,недостатъчно захранване или незапълване(на шнека).Даже нестопилки можеше понякога да бъдат открити чрез аналогов уред за измерване на налягането в края на цилиндъра.При задръстване се наблюдава много бързо изменение на ампеража,но устойчиво налягане в главата.При задръстване в захранването се наблюдава пропорционална промяна и на двете величини(ампеража и налягането в главата),но със закъснение във времето за което задръстването премине през екструдера(т.е. докато порцията поет материал бъде преместена по дължината на  цилиндъра.При липса на запълване в помпената секция(на шнека)  се наблюдава ритмично пулсиране на потока на стопилката,но без изменение на ампеража.Пулсиране,свързано със скоростта въртене  на шнека, и  с помпата за стопилка,често може да се открие чрез наблюдение на ритъма на налягането на засмукване(на помпата)  и скоростта на въртене на шнека.Чрез описание във времето на движението на показателите на аналогавия измерителен уред,проблемите с нестабилността може понякога да се свържат с неща,засягащи работата на инсталацията,но които вече не присъстват в екструдера.

Само  чрез  наблюдения на аналоговите измерителни уреди(без др. средства) могат да се обследват  фактори като последователността и влиянието на зареждащите устройства,сушителни инталации,уплътняващи устройства,устройства за принудително захранване,захранващи устройства,промени при смилането и даже промени в околната среда на инсталацията.

Дигиталните измерителни уреди често се движат толкова бързо,че е трудно,а в някои случаи невъзможно,да се определи стойността в бъркотията от цифри.А и различните уреди имат различно време за показване на резултата,което затруднява сравняването на последователността на резултатите във времето.Аналоговите измерителни уреди се захранват от функцията,която измерват,така че те работят директно и в същата последователност във времето.

Разбираемо е защо производителите на машини залагат на цифровите измерителни уреди.Те са по-компактни,по-точни и по-пригодни за натрупване на данни и изглеждат доста по-усъвършенствувани.И, разбира се,производителите на екструдери не работят с тях.

Но дигиталните измерителни уреди всъщност намаляват възможностите  на оператора  или инженера да установи проблемите при работата на екструдера.Контролните уреди за всеки процес трябва да са конструирани за оптимално ползване при провеждане на процеса,а не за външен вид или свързване с дистанционно водене на процеса.Ако по други съображения въпросите с вторични данни(записани ивъзпроизведени по-късно) са важни,те могат да се дублират от резервни уреди.

Новите екструдери най-често имат цифрови измерителни уреди,освен ако сами не поискате други.Обърнете се към опитен в екструзията човек по въпроса  с какъв вид измерителни уреди би желал да работи.