Экструзия пластмассы – это один из методов механической переработки полимера и получения готового изделия или полуфабриката из пластика с заданными параметрами. При экструзии полимер проходит через формующую головку и приобретает определенную форму. В статье рассмотрим особенности технологического процесса и материалы, которые подходят для процедуры.
Что такое экструзия
Экструзия занимает главную позицию среди всех методов переработки пластиков, потому что в результате получаются изделия с отличными качествами, ровной поверхностью и без стыковочных швов. Во время экструзии пластик в нагретом мягком состоянии под давлением проходит через фильеру, приобретая определенную форму. Затем готовое изделие охлаждается и затвердевает.
Слово экструзия происходит от латинского корня и означает «выдавливать, проталкивать», что фактически и осуществляется на производстве. Впервые метод начали использовать в Европе в XVIII веке на волне индустриализации. Сперва экструзионную формовку применяли в пищевой промышленности, а затем – при изготовлении металлических труб. И только в ХХ веке метод обосновался как один из самых применяемых при производстве изделий из пластика.
Технология позволила изготавливать товары с уникальной формой, в том числе, полые профили. Продуктом экструзии является экструдат – заготовка из пластика, прошедшего через фильеры.
Чтобы познакомиться с принципом экструзии, разберемся в том, как устроен шнековый экструдер. Это аппарат, работающий на электрическом двигателе. Через бункер засыпается сырье – порошки, гранулы или ленты, стержни полимера. Материал проходит через вращающийся шнек, который непрерывно проталкивает пластик по инфракрасному или алюминиевому нагревателю. В процессе прохождения через аппарат сырье становится мягким и однородным. Далее расплав полимера проходит через головку экструдера и приобретает форму отверстия в фильере.
Экструдер чем-то похож на мясорубку, но вместо перемалывания сырья происходит его нагрев. Таким же образом формируются макароны – длинные спагетти или полые перья. Пластик, прошедший через экструдер, тоже может иметь самые разнообразные формы.
Шнеков в аппарате может быть несколько, в таком случае расплав подается с большей скоростью. Также вместе червячного шнека в экструдере может быть поршень – он проталкивает сырье по нагреваемой емкости к головке. Особенность использования экструдера – это непрерывность процесса, благодаря чему можно изготовить изделие практически любой длины.
Вся экструзионная линия обычно состоит из нескольких аппаратов. Это могут быть пункты подготовки или измельчения сырья, охлаждающие установки, станки для маркировки и так далее.
Как контролировать экструдер
Основная сложность изготовления изделий из полимеров с помощью экструзии – это контроль качества. Дело в том, что экструдер представляет собой закрытую емкость, и поэтому мониторить процесс изнутри, следить за качеством самого расплава перед прохождением через фильеры практически невозможно. Поэтому контроль на производстве осуществляется по показателям:
- температура нагревающего элемента;
- давление в шнековой или поршневой системе;
- расчет температуры и вязкости расплава;
- скорость охлаждения экструдата;
- контроль качества готовой продукции и сырья.
Чтобы добиться высокой точности изделий, важны три условия:
- расчеты без ошибок;
- хорошо налаженное оборудование;
- полимеры высокого качества.
Отдельно остановимся на последнем пункте. Если сырье не соответствует заявленным характеристикам, имеет примеси, то невозможно рассчитать точную температуру расплава. Кроме того, из-за примесей в составе пластик может быть более хрупким, недолговечным. На экструдате могут появляться сколы, царапины, пустоты, пузыри и прочие дефекты – это недопустимо. Поэтому особенное внимание следует уделить покупке качественного сырья.
Виды экструзии полимеров
В зависимости от того, каким образом и до какой температуры разогревается сырье, экструзия может быть:
- холодной – не требуется предварительная термообработка, хорошо подходит для пластика в форме порошка;
- теплой – сухие компоненты смешиваются с водой и нагреваются до 70-100 градусов;
- горячей – происходит при температуре более 100 градусов на больших скоростях.
Несмотря на то, что общая технология экструзии одинаковая (нагрев и проталкивание), в зависимости от того, какой материал и с какими целями помещается в экструдер, цикл производства может немного отличаться. Рассмотрим самые распространенные способы.
Соэкструзия
Если модернизировать линию несколькими шнеками, можно через одну головку одновременно проталкивать два и более материала, чтобы получить многослойную структуру экструдата. Полимеры, участвующие в соэкструзии, не смешиваются и не теряют своих уникальных свойств. Они просто крепко соединяются во время прохождения через фильеры, чтобы получился композитный материал. В качестве примера можно привести пластиковые трубы, в которых несколько слоев.
Экструзия с раздувом
В отличие от классического процесса, при раздуве создаются единичные формы, а не длинные погонажные изделия. Расплавленный пластик проходит через шнек, но выдавливается не через фильеры, а помещается в рукав и специальную многоразовую пресс-форму. Потом на расплав подается сжатый воздух, который буквально раздувает пластик по форме. Затем расплав остывает и затвердевает, приобретая форму пресс-формы. Таким способом получаются пластиковые формы, например, бутылки и канистры.
Щелевая экструзия
Расплавленный полимер проходит не сквозь фильеры, а через две плотно прижатых друг к другу пластины. Чтобы полотно быстро остывало, его сразу помещают в водную среду или иным способом охлаждают. Так получают пленки и листы – их толщина зависит от зазора между параллельно расположенных пластин.
Какие полимеры подходят для экструзии
Преимущество метода в том, что практически любые пластики подходят для экструзионной формовки, в том числе термопласты и реактопласты. Единственное отличие в том, что термопласты подходят также для вторичной переработки, например, если после формовки остались обрезки, то они могут пойти на второй круг – это существенно снижает издержки на производство.
Пластики, которые подходят для экструзии:
- полиэтилен, в том числе высокомолекулярный полиэтилен;
- полистирол;
- полиамид;
- капролон;
- полипропилен;
- винипласт;
- полиолефин;
- полиацеталь;
- поливинилхлорид;
- полиуретан;
- полиформальдегид;
- фторопласт и прочие полимеры.
Сырье для экструзии может быть в разных формах:
При выборе сырья производители ориентируются на:
- температуру плавления полимера;
- качество и чистоту пластмассы;
- исходные характеристики пластика: прочность, коэффициент трения и так далее.
Это дает возможность получить экструдат высокого качества.
Что производят с помощью экструзии пластика
Применение технологии очень распространено во многих отраслях производств. Рассмотрим, какие изделия создаются с помощью экструзии пластмассы:
- Трубы для отопительной системы. Они имеют многослойную структуру. Благодаря этому они имеют большой КПД теплоотдачи и долгий срок эксплуатации. Отсутствие швов делает трубы надежными и эстетически привлекательными.
- Пищевая и непищевая полиэтиленовая пленка для упаковки, хранения и транспортировки товаров.
- Емкости для жидкостей: канистры, бутылки, стаканы.
- Вспененный полистерол.
- Конструкционные профили, например, для изготовления пластиковых окон, дверей.
- Сайдинг и другой строительный материал.
- Изоляция для проводов.
- Молдинги (декоративные и изолирующие накладки для помещений).
- Элементы для производства мебели.
- Жалюзи.
- Уплотнители для бытовой техники, машиностроения.
- Утеплители для строительства.
- Ограждения и перила.
- Шланги и промышленные рукава.
Метод получил свою популярность из-за высокой производительности, простоты оборудования, низкого энергопотребления и высокого качества и многообразия готовых изделий. Чтобы получить другую форму пластмассы, часто нужно только поменять форму фильеров на головке экструдера.