Пластограф HAPRO в оценке рецептур ПВХ

[Владимир Юрьевич]

Переработка ПВХ сегодня. Это в основном два типа экструдеров.
Конические и цилиндрические.
ИМХО
Процессы переработки в них весьма различны
Если коническая машина это воздействие на материал за счет линейных скоростей в С-зазорах + сжатие. До 3-3,9 раз. За счет уменьшения объема витка.
То в параллельной Только за счет линейных скоростей в С-зазорах. Объем витка практически не меняется....
И длина шнека параллельной машины на 40% длиннее конической При тех же диаметрах шнеков и окне пластикации ( кг/час). А это практически "автоматом" число оборотов шнеков за 12 об/мин. Что бы успеть за 4-5 минут...

И наши пластографы. Это все таки аналог параллельной машины.
А для оценки работы коники. Нужны сравнительные тесты.

Вероятно. Машины все таки имели изначально различное назначение.

Если нужно много под второй передел. То и требования к ФМС будут не максимальные. То Это Коника
Если нужно хороший ФМС. То это параллелька....
Пример у нас перед глазами.
Оконное производство в России . Все родом из Европы.
И в этой теме у всех оконщиков только параллельки.

[Владимир Юрьевич]

Формующий инструмент.

Инструмент для изготовления профиля состоит из
- головки
- сухого калибра
- линии (ванна) калибрования
- профилированные траки тянущего приспособления.

Головка. Устройство, которое преобразует развиваемое экструдером давление расплава в равномерное истечение полимера. В одинаковую скорость во всех точках сечения профиля.

Обеспечивает нужную толщину стенок профиля для оптимального калибрования и веса пог.метра профиля. На проектной скорости производства. При расчетной температуре и давлении расплава.
Если температура расплава и/или скорость истечения превышают оптимальные значения для этого конкретного инструмента. Экструдат на выходе из машины может начать течь со значительным опережением в различных местах по сечению.

Эти условие обеспечивается на этапе проектирования инструмента под рецептуру и скорость производства. Скорость материала в формообразующем канале должна постепенно нарастать от 0,3-0,5 м/мин до проектной . Формообразующий канал головки не должен иметь зон снижения скорости движения полимера и мест для формирования автоуглов.



Под головку подбирается экструдер. С достаточным значение кг/час - «окна пластикации». С необходимыми параметрами по давлению и расходу полимера при оптимальных оборотах шнеков машины и нагрузке на главный привод .
При этом. Работа машины и инструмента должны обеспечить оптимальное время переработки.

В противном случае.
При низкой производительности экструдера — материал не будет плавится. Время нахождения материала в машине недостаточно. Не достигается необходимое давления полимера в адаптере экструдера
При высокой производительности — материал будет гореть. Давление расплава очень высокое. Из за длительного нахождения в машине. Материал может быть выдавлен через колодцы дегазатора.
Выход материала из дегазатора в виде порошка или творога имеет другую причину.

Различают три основных типа формующих инструментов для производства профильных изделий.
- Тип 1. Размеры поперечного сечение канала головки меньше размеров попер.сечения калибра. Например. Производство вспенн изделий
-Тип 2. Наоборот. Это производство изделий типа стеновая панель. Или гофоротрубка

Оба эти типа используются для производства отделочных профилей и декоративных элементов

- Тип 3. Размеры поперечных сечений головки и калибра практически равны.
Такой инструмент не должен фиксировать остаточные напряжения в материале изделия.
На этих инструментах производят оконные профили, трубы.

Сухой калибр.
За счет каналов охлаждения и кольцевых вакуумных щелей. Во время работы. Происходит плотный прижим экструдата к холодным стенкам калибра. В сухих калибрах происходит фиксация геометрических размеров поперечного сечения профиля. Но охлаждается профиль на очень не большую глубину. Материал внутри остается по прежнему горячим.


Возникает риск размягчения этого тонкого слоя за счет повторного разогрева. Потеря геометрии.

Для этой цели используется Линия (ванна)калибрования . Наиболее важный элемент формующего инструмента

Как правило это линия с интенсивным охлаждение для фиксации геометрии поперечного сечения профиля на расчетной скорости производства м/мин.
Для термопластов это охлаждение водой, водяным туманом иногда воздухом.
Для реактопластов это фиксация геометрии в термотуннеле

Траки тянущего приспособления.

Длина линии контакта траков с изделием подбирается так чтобы обеспечить:
- достаточное усилие для движения профиля без рывков и остановок через сухой калибр и линию (ванну) калибрования. Без проскальзывания.
- номинальную оптимальную скорость производства м/мин.
- вес пог.метра
- профиль траков и усилия прижима должны обеспечить достаточное и необходимое сцепление с профилем. Без повреждения поверхности и вмятин.
- траки тянущего не должны оставлять следов на изделии. Рвать или сдирать декоративные и/или защитные пленки.

Оценка точности геометрических размеров погонажа желательно проводить на ранее через 12-24 часа после изготовления.
Оперативно проверить качество калибрования можно. Например вставить профиль в калибр со стороны линии (ванны) калибрования. И оценить места с возникшими зазорами. Минимизация этих зазоров -это работа по донастройке экструдера, калибровочного стола, рецептуры, скорости и усилия прижима траков тянущего.

[Владимир Юрьевич]

Экструзия листов непласт.ПВХ

Листовой погонаж ПВХ разделяют на два типа. В зависимости от толщины.
- пленки . Толщина до 0,8 мм
- листы . Толщина от 1 мм и более

Вспененные листы ПВХ различают по способу производства
- всп. листы до 8 мм для их производства достаточно линии с каландровым блоком
- всп.листы большей толщины изготавливают на линиях с использованием холодных калибровочных плит.

Листовые головки

В зависимости от ширины листа и необходимости вспенивания .
Головки обладают различными конструктивными особенностями.

Для переработки ПВХ оптимально иметь так называемый зонтичный тип коллектора расхода материала по ширине внутри головки.

Головки малой ширины до 1500мм. Для не пластифицированного ПВХ.
Имеет Не сложною механизацию настройки толщины листа.
Это базовая губка снизу. Жестко фиксируется на нижней половине корпуса головки
И секции губок с болтами регулировки на верхней половине корпуса головки.

Иногда регулируемые губки изготовлены заодно с верхним полукорпусом.
Такая конструкция требует очень осторожной работы по регулировке зазора. Особенно во время запуска. «Пружинный» участок губок может легко треснуть.

Головки с шириной более 1500-2000 мм.
Дополнительно оборудованы Т.н. Клином расхода. Саблевидный элемент устанавливается в верхнюю половину корпуса головки. И имеет свои регулировочные болты. Для регулируемого опускания в поток полимера. На нижней половине корпуса у такой головки есть поперечный канал для этого саблевидного элемента.
Это необходимо для предварительного равномерного распределения полимера по ширине головки.
Губки такой головки. Могут быть изготовлены секциями. Снизу неподвижные. Сверху с возможностью регулировки для настройки толщины.

Головки для вспененного листа

Как правило головки для вспененного листа имеют ширину от 1500 мм.
Головка тоже оборудована клином расхода. Но имеет особенность
Губки головки как нижняя так и верхняя имеют канал для прокачивания горячего масла.

Экструдера.
В технологии применяются два типа экструдеров.

- Машины с параллельными шнеками противоположного вращения
- Машины с коническими шнеками.
Для машин с диаметром шнека более Ф65 мм желательно иметь шнеки с системой темперирования.
Предпочтение
— машины с системой прокачивания, нагрева, регулирования температуры масла в шнеках.
- Шнеки конической машины. Желательно. Должны быть оборудованы на концах насадками - «ананасами» . Для более качественно промешивания смеси.

Во время работы машины.
Система дегазирования цилиндра должна работать.
Необходимо контролировать состояние материала в колодцах дегазатора. Материал должен быть в виде непрерывной ленты расплава с рваными краями по обоим шнекам.
Оптимально. Если со стороны головки над гребнем шнека сверху появляется язык расплава.
Такое заполнение цилиндра обеспечивает условие минимального износа машины.

Хвост линии

Предназначены для приема горячего листа экструдата из головки машины. Калибрования по толщине. И достижения максимального возможного глянца лицевой стороны.

Хвост настраивается так чтобы не тянуть полотно!

В случае работы с каландровым блоком.
- Скорости всех трех валов должны быть максимально синхронизированы.
Старые машины имели цепной привод. Один мотор вращал сразу три вала.
Сейчас . Когда на каждый вал свой привод. Нужна точная синхронизация их вращения.

Линейная скорость вращения центрального вала. Должна точно соответствовать скорости истечения материала из головки.
В противном случае. Можно получать складки на листе. Либо оставить в листе напряжения. Которые, в дальнейшем, приведут к короблению листа. Во время хранения и использования.

Для калибрования листа по толщине используется ручная настройка зазора между центральным валом и валами сверху и снизу. Некоторые производителя. Для точной настройки этих зазоров устанавливают микрометры стрелочного типа. А так же жесткие упоры для предотвращения случайного смыкания валов. И их повреждения.

Качество лицевой поверхности листа зависит от качества полировки среднего вала. Его температуры во время работы.

Во время настройки и работы:
- «заполнения» калибровочного зазора между средним и нижним валом
- провисания полотна по ширине полотна
- появление складок по ширине полотна
Все это регулируется губками и клином расхода головки.

И проверяется при переходе с бэга на бэг Из-за колебания насыпной плотности материала в бэгах скорость истечения может меняться.
Так же скорость блока тянущего должны быть достаточной, что бы не тянуть лист при сходе с верхнего вала каландрового блока. Иногда на этом участке станка ставят тепловой туннель для минимизации и релаксирования остаточных напряжений.

Для изготовления вспененного листа. Перед каландровым блоком ставят две пары малых охлаждающих валов. Для быстрой фиксации поверхностей листа перед входом в зазор между основными валами. Это снижает вероятность складок на поверхности пены листа.

Можно выделить два основных вопроса в изготовление листа методом экструзии.

1.Оценка и минимизация опережения материала в центре листа относительно его краев. Так называемое правило «трех точек». Конечно. При экструзии это явление опережения убрать совсем нельзя. Но и. Не внимание к этому вопросу приводит к сильному короблению листа даже при относительно не высоких температурах при использовании.

2. Плайт аут. Накопления и деструкция полимера в плечиках головки. Недопущения химической коррозии металла головки в этих местах. Необходимы меры к всемерному увеличению времени работы машины между плановыми чистками головки.

Так же. В случае аварийного отключения питания. Должна быть независимая система для разборки и снятия верхней части головки на чистку. Коррозия головки слишком дорого станет для такого производства

Эти вопросы, а так же требования к ФМС листа ПВХ по ГОСТ 9639-71 Определяют основные требования к рецептуре.
Смола ПВХ с К-57-59
Дозировка наполнителя в пределах до 10 -15 в.ч.
Внимание к использованию добавок. Влияющих на температуру стеклования полимера в листе.

[Владимир Юрьевич]

Поток материала нПВХ на расстоянии от конца шнеков до входа в головку (в адаптере) весьма не однороден. Наиболее заметные процессы это:
- По температуре расплава в поперечном сечении материала. Если смотреть на машину со стороны головки. Это место на "10-11 часов". В этом месте поток имеет несколько более высокую температуру.
Этой разницы вполне достаточно, что бы изогнуть верхнюю пласть изделия типа панель 250 или 330 мм
Такой эффект связан с протиранием материала в зазоре между телом ведомого и гребнем ведущего шнеков экструдера. В последней паре перекрытия шнеков. Из-за этого материал в этом зазоре не только разогревается, но и имеет "вертикальную" линейную скорость. Этот поток упирается в стенку цилиндра. И заворачивается против часовой стрелки.
Вот почему, такие гранты - производители экструдеров как КМ ставят ножевой датчик температуры в этот поток или на "11 часов"
- Материал сходит со шнеков в виде спиралей. По три спирали с одного шнека перекрыты тремя спиралями с другого шнека. При трехзаходных шнеках. Горло адаптера первый дроссель. Канал головки второй дроссель. За счет этого сопротивления материал в спиралях прессуется . Эти спирали практически смыкаются. Материал должен сомкнуться в единый поток. Но не в наших реалиях сегодня.. Это явление очень зависит от количества наполнителя в рецепте.
- И последнее не хорошее явление. Если сопротивление по каналу головки недостаточно. особенно это касается большинства трубных головок из Китая. То материал на входе в головку имеет разницу давлений (или плотность) между верхом и низом. Между 12 и 6 часами. Из-за этого материал "на 6 часов" как бы рыхлый. При пуске. И заполнения такой головки. На границах идет срыв потока. материал на 6 часов теряет скорость. Его начинает прихватывать к стенке конуса корпуса головку. А так как скорость материал в этом мести очень низкая. В этих головках материал до спиц дорнодержателя практически стоит. Обтекаемый материал не может сдвинуть эту рыхлую полосу. В итоге, чаще всего имеем прихват, ( затем пригар и хим коррозию) полосу по низу трубы.....
Два этих явления Вы можете оценить сами. Достаточно снять адаптер с рабочим материалом. Вынуть рюмку материала и положить на полку на неделю-две. Через это время материал на "6 часов" разорвет вдоль. И по внешней поверхности рюмки можно будет увидеть следы спрессованных спиралей.... Это особенно хорошо видно на ДПК с ПВХ.

[Владимир Юрьевич]

ИМХО.
Головка для экструзии НПВХ управляет течением полимера за счет:
-Формующего канала
- количеством и местом расположения нагревателей и термопар контроля температур
- массой деталей головки как аккумулирование тепла. Для удержания и стабилизация рабочей температуры. Это особенно важно для труб большого диаметра. Когда дорн "дозревает до раб. температур" часы после пуска.

Формующий канал головки для экструзии НПВХ имеет отличия от головок для экструзии полиолефинов.
Из-за
- способности НПВХ пригорать в инструменте (формирование автоуглов), а высокое содержание минеральных наполнителей ( а это более 30-50 в.ч) как раз ускоряет появление такого пригара.
-относительно слабые силы когезии в самом материале. особенно на бОльших наполнениях
- формующая часть канала головки (последние плиты профильной головки и/или длина дорна и мундштука у трубной головки) должна иметь длину не менее L=20*S Где S- толщина стенок и перегородок изделия. Это условие определяет качество поверхности изделия
- углы переходов канала от плиты к плите головки желательно иметь в пределах до 15 град. Отметим. Чем выше содержание наполнителей в смеси, тем меньше должны быть эти углы переходов. Это требование к углам перехода определяет длину всего канала, а значит и общую длину головки.

В профильных головках. Типа оконных профилей. Для обеспечения максимально одинаковых скоростей истечения экструдата. Материал распределяется по каналам формирования стенок и перегородок. Точка и углы входа в эти каналы находятся на разном отдалении от плоскости сопряжения головки с экструдером. И зависят от толщин перегородок и стенок. И места положения этих перегородок относительно пятна диаметра адаптера. ( этот вопрос попозже )

Новая головка оконного профиля на заводе клиента как раз и доводится до ума. За счет именно «допилом» этих углов входа в эти каналы.
Именно для этих работ компания «Грайнер» имеет целый штат мастеров. Которые проводят эти работы по доводке на заводе клиента..

Головка, а именно ее канал, это всегда дроссель. Который имеет «гидравлическое сопротивление» течению полимера.

Материал после схода со шнеков имеет два места дросселирования. Сначала это вход в адаптер. Так для Ф65 коника диаметр адаптера Ф40. У Ф90 параллельного экструдера диаметр адаптера Ф60. Потом- это сам канал головки.

Если рецептура и экструдер подобраны правильно для головки . То рабочее давление расплава в головке должно быть в пределах 25-28 Мра с температурой расплава 195-198 град С. А нагрузка на привод экструдера в пределах 70-80% при 11-15 об/мин.шнеков

При движении экструдата в канале головки скорость материал начинает расти. Скорость увеличивается в 5-7 и более раз.
А разогнать материал можно только одним способом. Плавно менять сечение канала.
Плавное снижение площади поперечного сечения канала разгоняет материал. Увеличения площади поперечного сечения приведет к снижению скорости течения материала. К появлению расслоения потока. Пристенные слои материала тормозят. А это условие для формирование «автоугла» .

Лучше всего это можно оценить на графике. Если построить график изменения площади канала. По оси «Х» отложить длину головки от адаптера до входа материала в формующую часть. И по первой оси «У» отложить площади сечений адаптера по второй оси «У» отложить суммарную площадь стенок и перегородок сечения
Для профильной головки это точка на входе в последнюю плиту головки. Для трубной это точка начала прямого канала между дорном и мундштуком.
Получим три возможных графика

1.На таком графике желательно получить наклонную ровную линию снижения площади поперечного сечения канала.
Такой график дает проектанту трубной головки некоторый запас. В оценке усилия на разрыв болтов крепления плит между собой. В оценке эффективной площади контакта плит между собой. Конструкции замка для защиты от прорыва материала через стык.

Но. Иногда такое условие к геометрии канала обеспечить довольно сложно.
Например. Станочный парк изготовителя не позволяет изготовить такой канал.

2.Тогда применим второй способ.
Такой График имеет прямую линию, На этом участке площадь канала равна площади адаптера. И до места когда мехобработка и конструкция головки позволят начать ровное снижение к значениям площади стенок изделия.

Примером такого проектирования может быть, например трубная головка.
Принимаем, что типичная трубная головка состоит из трех участков определяющих площадь канала
- 1 участок. Канал между корпусом с внутренним конусом и дорнодержателем с внешним конусом и каналом между спицами до плоскости соединения с дорном и мундштуком
- 2 участок Канал между конусом мундштука и конусом дорна. До начала формующего канала
- 3 участок Сам формующий канал.
Участок 1 имеет равную площадь канала с площадью адаптера машины. Это условие позволяет нам считать, что на этом участке канала расплав практически не меняет ни скорость течения, ни давление.
Но есть один серьезный минус. Болты крепления дорнодержателя к корпусу головки и болты крепления прижимного кольца мундштука должны выдержать усилие на отрыв равное «давление расплава Х площадь пятна внешнего конуса дорнодержателя. Нужно не допустить протечки через стыки плит головки

И еще. Для этих двух вариантов. Внешний конус дорнодержателя меняет свою форму. Это уже не простой конус – а профиль по форме ближе к пуле или шишаку (древнерусский шлем)

3.К сожалению. Многие китайские головки имеют значительное превышение площади канала на участке от входа во внутренний конус корпуса и до входа в формующий канал «мундштук – дорн».
На многих чертежах сечения китайских головок ширина канала в спицах всегда равна половине диаметра отверстия адаптера!!!
А это чревато пригарами материала на первой трети внешнем конусе дорнодержателя, на спицах, и стенках кольцевого канала. Нагар на внутреннем конусе корпуса на "6 часов".
Все это приводит к браку, к частым остановкам и чисткам . Потерям машинного времени. Попытка смазать смесь в этом месте. То же не очень хорошо. Избыток высокотемпературных смазок в смеси меняет процесс плавления смеси в машине. «Точка начала пластикации» уходит все дальше от загрузки.
Шнеки работают в недогрузе. Шнеки трут о цилиндр. Износ.
В таких режимах шнеки может и оборвать…
Такая смесь имеет слабый физмех. А избыток смазок типа ПЭ воск и Мод. перераб. еще и снизит температуру стеклования.
Конечно у этих трех "графиков" могут быть отклонения. в ту или иную сторону. Площадь больше либо даже меньше. Оценить это можно сбором статистики. Что практически недоступно. Но думаю в плюс по площади "можно убежать" в пределах 5% или даже 10%

Встречается еще один тип головок. Когда площадь стенок изделия больше либо равно площади диаметра адаптера.
Чаще всего это ошибка при согласовании оборудования в проекте.
Но. Есть примеры попытки решения. Это установка "сопла" между экструдером и головкой. Что бы хоть проработать смесь в машине. Такое решение ограничит значение К в пределах 58-59 для ПВХ и ввод наполнителя в смесь. И такой "тонкий " поток может начать качать внутри канала. Что может дать разную плотность материала в стенках изделий. Да и машина будет работать на повышенных оборотах. Машина становится весьма чувствительной к насыпной плотности смеси. Машину начинает качать по току и давлению. И гарантировать стабильный физмех от изделия к изделию будет уже нельзя

Р.С. Есть еще один вопрос. Сегодня мы не знаем, какой график 1 и 2 дает лучший физмех готового изделия. Как влияет «долгий разгон» материала в графике 1. Когда скорость растет сразу от адаптера внутри всей головки. Или при «коротком разгоне» в графике 2 когда материал увеличивает скорость с половины длины головки