Patří k jednoduchým způsobům tváření materiálů. Jde v podstatě o proces tváření. Podmínkou je ROZTAVENÍ a STLAČENÍ polymeru na potřebný tvářecí tlak

Transkript

1 Vytlačování

2

3 Vytlačování Patří k jednoduchým způsobům tváření materiálů Jde v podstatě o proces tváření profilovaným otvorem (hubice) do volného prostoru Podmínkou je ROZTAVENÍ a STLAČENÍ polymeru na potřebný tvářecí tlak

4 Tvářecí tlak se vyvozuje: - Šnekem Šnekem ->vytlačovací stroj: : jednošnekový dvoušnekový šroubovicový - Pístem - Válcem - Diskem (využití Weissenbergova efektu N 1 )

5 Cíle vytlačování Velkou vytlačovací výkonnost úměrnou otáčkám šneku a co nejméně závislou na protitlaku Rovnoměrnou dopravu taveniny bez pulsací Místně i časově rovnoměrnou dopravu taveniny Vytlačování taveniny bez orientace Homogenní zamíchání polymeru se všemi přísadami Vytlačení výrobku bez pórů, bublinek, tedy přípravu taveniny bez těkavých podílů i při velké výkonnosti

6 Rozdělení vytl. strojů

7 Pístový vytl. stroj 1 pracovní válec, 2 pracovní píst, 3 vytlačovací hlava, 4 vytlačovaný materiál, 5 topné tělesa, 6 bajonetový uzávěr, 7 vedení pístnice, 8 hydraulický válec, 9 píst, 10 pístnice

8 Diskový vytl. stroj Výkon diskového vytlačovacího stroje závisí na průměru a tvaru disku, smykové rychlosti a druhu zpracovávaného polymeru Konstrukčně velmi jednoduché Disk vytváří proti čelní desce štěrbinu, do které přes chlazenou násypku vstupuje materiál a účinkem elastických napětí se dopravuje v radiálním směru k hubici. Potřebné teplo k tavení vzniká v důsledku smykového namáhání materiálu ve štěrbině a také je dodáváno topnými tělesy Nevýhoda - nízké vytlačovací tlaky, které lze v určitém rozsahu ovlivňovat změnou otáček disku

9 Diskový vytl. stroj

10 Spirálový vytl. stroj Vytlačovací stroje spirálové tvoří přechod mezi vytlačovacími stroji diskovými a šnekovými Konstrukčně vychází z diskového vytlačovacího stroje, ale rozdíl spočívá v tom, že pohyb materiálu nastává v kanálku, který má tvar spirály, účinkem rychlostních složek a ne účinkem viskoelastických vlastností zpracovávaného materiálu.

11 Spirálový vytl. stroj

12 Vytl. stroj diskový se šnekem

13 Šnekový vytlačovací stroj (VS) Šnek: Válcové těleso opatřené závitovým profilem (Jednochodný, vícechodný), různý pro termoplasty a kaučuky Analýza funkce šneku - Doprava - Stlačení - Homogenizace Homogenizace (současná změna stavu; často fázová)

14 Schéma

15 Jednochodý šnek

16 Vstupní pásmo - Vstup materiálu: Sypký (prášek, granule) - míchání Pásek (folie, odpad z výroby)

17 Pro dopravování tuhých granulí nebo prášků směrem dopředu musí tření na válci být vyšší než na šneku, tzn. vnitřní povrch válce musí být drsný, zatímco povrch šneku velmi hladký uvažujme šroub a tuhou matici... Dopravovaný materiál představuje matici, která se bude při otáčení šneku (šroubu) pohybovat v axiálním směru pouze tehdy, nebude-li se protáčet Bez dostatečného tření na stěně válce nebude existovat pohyb tuhého polymeru dopředu Proto jsou šneky LEŠTĚNY (nízký koeficient tření). Válce jsou DRSNÉ a někdy jsou pod násypkou záměrně drážkovány (pro vyšší tření). K tavení dochází ve vrstvičce blízko vyhřívaného válce a postupně se na tlačné části křídla šneku tvoří zásobník taveniny.

18 Přechodové pásmo Podíl roztaveného materiálu (po délce kanálu) vzrůstá vlivem: - OHŘEVU od stěny válce - Dissipačního tepla. Výstupní pásmo Celý profil je vyplněn taveninou probíhá: - doprava (neprobíhá generace tlaku) - míchání (generuje se tlak p) - kombinace chlazení

19 Teplo, které se vyvine v důsledku tření a vedení tepla ze stěny válce má za následek vzrůst teploty podél šneku Když dosáhne teplota bodu tání krystalického polymeru nebo teploty skelného přechodu amorfního polymeru, na povrchu válce s vytváří vrstvička taveniny Další smykové namáhání vyvolává víc viskózního tepla, které je vedeno k tuhému loži a roztaví víc polymeru Jakmile se vrstvička stane silnější než je vůle mezi lopatkou šneku a válcem, vytvoří se zásobník taveniny v zadní části šnekového kanálu

20 Regulace tlaku ve výstupním pásmu

21 Příklady šneků pro zpracování plastů

22 Jednošnekový vytlačovací stroj

23 Konstrukční uspořádání vytlačovacího trnu s rozdělovačem a, b, c způsoby řešení rozdělovače 1 těleso vytl. hlavy, 2 rozdělovač, 3 - vytlačovací trn

24

25 Tok v pouzdru vytlačovacího stroje

26 Q-p diagram vytl. stroje S charakteristika vytlačovací hlavy n otáčky T max - teplota degradace polymeru W přímka hospodárnosti

27 Zvláštní typy vytl. strojů Rychloběžné po překročení 250 až 1500 ot/min stačí mech. energie pro tavení autogenní - podíl mechanické energie přeměněné vnitřním třením v teplo postačuje k tavení materiálu, není třeba vnější přívod tepla Nezbytný větší příkon větší namáhání pohonné soustavy šneku, především axiálních ložisek. Výhoda - díky velkým otáčkám lze pohánět šnek přímo, bez převodu vyšší mechanická účinnost pohonu stroje. nezbytné zařízení pro regulaci otáček šneku Rychlost vytlačování - dle dávkování materiálu a teplota taveniny se nastavuje samočinně - při vzrůstu teploty viskozita menší, materiál je méně mechanicky namáhán, teplota opět samočinně sníží, až se dosáhne ustáleného stavu vytápění jen při zahájení provozu, ne speciální regulace teploty pouzdra, regulace teploty pouze v hlavě Nevýhoda - větší opotřebení šneku, pouzdra a ložisek, velké tepelné namáhání vytlačovaného materiálu Použití při přípravě taveniny polyethylenu pro nanášení na papír) vertikální uspořádání, krátké šneky s délkou10-17d

28 S odplyňovacím šnekem - umožňuje zvětšit míchací účinek šnekového vytlačovacího stroje V odplyňovací části jsou z horkého plastikovaného materiálu odsávány těkavé podíly (voda, monomer apod.) Použití stroje tohoto typu - zvláště výhodné pro výrobu desek, kdy se požaduje materiál bez těkavých podílů, které by mohly vytvářet bublinky, a tedy i místa kazů při dalším zpracování (např. vakuovým tvarováním) Celková délka odplyňovacích šneků - 25 D až 35 D moderní konstrukce - hnětací a míchací elementy Optimální řešení odplyňování vytl. strojů - kaskádové uspořádání - oba šneky pracují do určité míry nezávisle a změnou jejich otáček lze přesně nastavit tlakové poměry ve stroji

29

30 Vytlačovací stroje s nucenou dopravou pouzdro ve vstupním pásmu upraveno - opatřeno podélnými drážkami granule plastu zachycovány šnekem a díky tomu, že podélné drážky brání jejich otáčeni se šnekem, jsou posunovány pouze vpřed a záhy stlačeny v zátku zátka šnekem dopravována vpřed - nucená doprava materiálu granule nesmí být křehké intenzívní chlazení a tepelné oddělení pouzdra nesmí dojít k natavení ve vstupním pásmu (zanesení drážek) již vstupní pásmo vyvozuje tlak lze zplastikovat 2x větší množství než na klasickém jednošneku použití hlavně při vyfukování dutých předmětů

31 Vytl. stroje na kaučuky Teplé vytlačování - plastikace a předehřátí kaučukové směsi na dvouválci na C a pak ve formě pásku dodány do vytl. Stroje Krátké šneky 4-6D Studené vytlačování ohřev i plastikace ve vytlačovacím stroji, delší šneky (10-18D), míchací a hnětací elementy

32

33 Vytl. stroje se zvýšenou účinností

34 Dvoušnekové vytlačovací stroje

35 výhody dvoušnekových vytl. strojů nucená doprava materiálu dává vytlačovací výkonnost nezávislou na typu polymeru rychlejší a dokonalejší tavení polymeru umožňuje použití strojů s kratšími šneky při dokonalejším míchání šneky jsou samočisticí - zabraňují uváznutí materiálu ve stroji

36 Šneky dvoušnekových vytlačovacích strojů do sebe zasahují řada komor vytvořených profilem jednoho šneku a závitem druhého při otáčení šneků se tyto komory posouvají materiál tak nuceně dopravován k hlavě hnětací a míchací účinek dvoušnekového vytlačovacího stroje závisí na směru otáčení šneků a na vůli mezi závitem jednoho šneku a profilem druhého šneku šneky se otáčejí proti sobě - menší hnětací účinnost, stejnoběžné větší vytlačovaný materiál hněten především při průchodu vůlí mezi závitem jednoho šneku a profilem druhého šneku protiběžné - těsně do sebe zasahují (nemají vůli), nenastává významná výměna materiálu mezi komorami stejnoběžné - nelze konstruovat s příliš těsně do sebe zasahujícími šneky větší výměna hmoty mezi komorami vyšší hnětací účinnost

37 Protiběžné šneky Souběžné šneky

38 Typy šneků u dvojšnekových vytl. strojů

39 Vícešnekové vytl. stroje

40 Konstrukční řešení vytl. strojů šnek pro každý polymer by měl být jiný stavebnicové konstrukce houževnaté materiály s velkou povrchovou tvrdostí, pro korozivní polymery (PVC) tvrdě chromované nebo slitiny z odolných kovů s vysokým obsahem Ni pohon šneku - v provozu velice namáhán řešen dostatečně robustně, aby snesl i krátkodobé přetížení tlaky vyvozené šnekem zachycovány axiálním a radiálním ložiskem pouzdro menších strojů - vyrobeno v celku z nitridační ocelí, pouzdra větších strojů odlévána z oceli, vypouzdřena vložkou z nitridační oceli zásobování plnicím otvorem - okolí plnicího otvoru chlazeno vodou dávkování studené kaučukové směsi - v pouzdru v plnící části vytvořeny spirálové drážky s velkým stoupáním nebo se používají dávkovací válečky - váleček tvoří se šnekem dvouválec a hmota je vtahována do štěrbiny mezi šnekem a válečkem obvodová rychlost válečku je poněkud vyšší než šneku

41 Násypka - upevněna na plnicím otvoru, kónický tvar, zhotovená většinou z nerezavějícího plechu s průzorem velikost se řídí velikostí stroje (má pojmout množství materiálu odpovídající 1 až 2hodinovému provozu) pro granulát, suchou směs, aglomerát apod. může násypka být vybavena míchadlem - zabraňuje vytváření můstků při zpracování PA a PC - předsoušení granulí - násypkový sušič vyhřívacím systém třeba přesně regulovat v širokém rozsahu teplot Ohřev vytlačovaného polymeru na požadovanou teplotu - jednak přeměnou mechanické energie šneku v teplo, jednak teplem přiváděným stěnou pouzdra Ohřev vytlačovacích strojů - elektrickým vytápěním, méně cirkulující kapalinou Elektrické vytápění - odporové, nověji i indukční, výhoda odporového dosažení libovolné teploty, snadná regulace, nepatrná spotřeba místa, malé pořizovací a udržovací náklady i čistota prostředí Výhodou indukčního topení - vznik tepla v pouzdru bezprostředně v blízkosti plastu - vytápění rovnoměrné, snazší regulace teploty Nevýhoda indukčního ohřevu - větší spotřeba místa, větší pořizovací náklady

42 Vytlačovací hlavy Součást vytlačovacích strojů umožňují: Tváření materiálu do požadovaného tvaru

43 Vytlačovací hlavy - rozdělení

44 Konkrétní typy vytlačovacích hlav Přímá hlava na vytlačování tyčí

45 Přímá hlava na vytlačování Trubek

46

47 Hlava se spirálovým rozdělovačem Nevýhoda přímých hlav - v trubce vznikají slabá místa v oblastech, kde se spojují proudy taveniny rozdělené žebry rozdělovače. Proto se někdy používají rozdělovače s dělenými nebo přesazenými žebry Odstraněno pomocí hlavy se spirálovým rozdělovačem Rozdělovač může být i vytápěný Průřez spirálových kanálků se postupně zmenšuje a zároveň se zvětšuje mezera mezi hřbetem závitu a vnitřní stěnou hlavy proudy taveniny vytékající z kanálků se dobře mísí bez vzniku slabých míst Obdobné, ovšem bez rozdělovače a trnu, jsou hlavy pro vytlačování plných profilů tj. tyčí nebo drátů.

48

49 Širokoštěrbinová hlava

50

51 Konstrukční řešení širokoštěrbinových hlav

52

53 Hlavy na vyfukování fólií

54 Hlava pro oplášťování vodičů

55

56

57

58 Kalibrace rozměrů vytlačovaných Kalibrace: - Průvlaková - Podtlaková - Přetlaková (kruhových) profilů

59 Scéma průvlakové kalibrace

60 Schéma podtlakové kalibrace

61 Schéma přetlakové kalibrace

62 Kalibrace vlnitých trubek

63 Odtahová zařízení

64 Vytlačovací linky Výroba: - Profilů (trubek) - Vláken - Desek - Vytlačovaných fólií - Vyfukovaných fólií - Oplášťovaných vodičů - Vinutých trubek

65 Linka na výrobu profilů (trubek)

66 Problematika vytlačování profilů Jev narůstání profilu za hubicí Nutno uvažovat při navrhování hlavy

67 HDPE trubky Trubky o průměru až 1m Odtah a ořezávání

68 Linka na výrobu vláken

69

70 Linka na výrobu desek

71

72 Linka na vytlačování fólií

73

74

75

76 Linka na výrobu vyfukovaných fólií

77

78

79

80 Výrobní linka na pětivrstvé folie

81 Linka na oplášťování vodičů a - odvíjecí zařízení, b - vedení a rovnání vodiče, c - předehřev vodiče, d - vytlačovací stroj, e - oplášťovací hlava, f- chladicí lázeň, g- odtahovací zařízení, h - navíjecí zařízení

82 Linka na výrobu vinutých trubek

83 Linka na běhouny

84 Další typy vytlačovaných výrobků Vytlačování napěněných profilů, desek a folií Výroba PP pásků Výroba vyztužených zahradních hadic Výroba sendvičových struktur vytlačováním

85 Zvlákňování

86 Zvlákňování z taveniny

87 Zvlákňování z roztoku za mokra 1 přívod viskózy, 2 čerpadlo, 3 svíčkový filtr, 4 tryska, 5 vodič vlákna, 6 držák cívky, 7 cívka, 8 vana, 9 galeta,

88

89 Schéma zvlákňování viskózového kordového hedvábí 1 tryska, 2 zvlákňovací trubice v lázni, 3 galety, 4 změkčovací lázeň, 5 prací válce, 6 - sprchy, 7 odmačkávací část válce, 8 aviváž, 9 sušicí válce, 10 cívka

90 Skaní

91

92

93

94

95

96 Tvarování vláken pěchováním 1 - podávací válce, 2 - elektrické topení, 3 pěchovací komůrka, 4 záklopka s pružinou, 5 odtahovací válečky, 6 - hedvábí, 7 tvarované hedvábí