Экструзионные линии производства труб, шлангов и профильных изделий

Процесс получения гладких, перфорированных, армированных, гофрированных труб, шлангов, кабельной изоляции и профилей основан на непрерывном выдавливании расплава через соответствующую формующую головку с последующим охлаждением и отводом в соответствующие приемные устройства.

Процесс получения данной продукции имеет множество общих стадий технологической схемы. Основными и общими элементами схемы является:

1. подготовка сырья;

2. плавление и гомогенизация расплава в экструдере;

3. формование исходной заготовки методом экструзии расплава через головку соответствующего профиля;

4. калибровка (для изделий с большой размерной точностью);

5. одно- и двухстадийное охлаждение готового изделия;

6. соответствующее профилю изделия тянущее устройство;

7. маркировка;

8. намотка или резка.

Трубные линии. Наиболее ответственным видом изделий такого рода являются трубные изделия, т.к. предназначены для работы под давлением, под осевым напряжением. Кроме того, их геометрические размеры должно точно соответствовать техническим требованиям при сборке с соединительной арматурой.

Методом экструзии можно изготавливать трубные изделия от десятых долей миллиметра (капиллярные трубки) до труб диаметром 1500 мм с толщиной стенки 52 мм и более.Есть информация, что проработана технология и экструзионное оборудование для производства труб Ø 3000 мм.

Основными материалами для получения трубных изделий экструзией служат ПЭНП, ПЭВП, ПЭСД, ПП, ПВХ, ПТФЭ.

В таблице 5.3 приведены типы полимерных труб по рабочему давлению.

Трубы из ПЭ и ПП применяются для транспортировки воды, воздуха, различных жидких и газообразных продуктов, к которым стойки эти материалы. Трубы из непластифицированного ПВХ (винипласта) применяются для транспортировки технической воды и жидкостей, к которым стоек винипласт.

Таблица 5.3 – Типы полимерных труб

Полимер	Тип трубы	Наружный диаметр, мм	Максимальное рабочее давление, МПа
ПЭНП	Л-легкие СЛ-среднелегкие С-средние Т-тяжелые	32÷160 25÷160 16÷125 10÷500	0,25 0,4 0,6 1,0
ПЭВП	Л-легкие СЛ-среднелегкие С-средние Т-тяжелые	63÷1200 40÷1200 25÷800 10÷500	0,25 0,4 0,6 1,0
ПП	Л-легкие С-средние Т-тяжелые	110÷315 20÷315 10÷200	0,25 0,6 1,0
ПВХ (винипласт)	СЛ-среднелегкие С-средние Т-тяжелые ОТ-очень тяжелые	75÷315 40÷315 25÷315 10÷450	0,4 0,6 1,0 1,6

Фторопластовые трубы (обычно из Ф-4Д) изготавливаются диаметром от 30 до600 мм и применяются для перекачки агрессивных жидкостей.

Широкое применение нашли гофрированные трубы и шланги. Их применяют в сельском хозяйстве, строительстве, электротехнике, станкостроении, медицине, судостроении, в бытовых приборах. Достоинство гофрированных труб и шлангов сочетание продольной гибкости с поперечной жесткостью. Они выпускаются в широком диапазоне диаметров от 16 до 200 мм.

Общий вид и схема экструзионной агрегатной линии для производства труб, шлангов представлена на рис. 5.34. Работа этой линии достаточно ясна из данного рисунка.

Рис. 5.34. Общий вид и схема экструзионной линии для производства полимерных труб из термопластов: 1 – тянущее цепное устройство; 2 – охлаждающая ванна; 3 – трубное изделие; 4 – калибратор; 5 – нагревательные элементы; 6 – экструзионная (формующая) головка; 7 – материальный цилиндр экструдера;

8 – червяк с переменным шагом винтовой нарезки; 9 – бункер с гранулами термопласта; 10 – редуктор; 11 – соединительная муфта; 12 – электродвигатель; 13 – механизм резки; 14 - штабелер

Для придания трубному изделию профиля заданных размеров и исключения его деформации в охлаждающем устройстве его калибруют, т.е. предварительно охлаждают с приданием расплаву определенной конфигурации и размеров. Калибрование труб и шлангов проводят по наружной или внутренней поверхности. Применяются различные системы калибрования. Наибольшее применение получил способ калибрования труб по наружному диаметру, что связано с особенностями сборки труб и соединения с арматурой.

Принцип калибрования трубной заготовки по наружному диаметру заключается в ее протягивании через охлаждаемую втулку, к внутренней поверхности которой заготовка прижимается либо сжатым воздухом, либо атмосферным давлением (вакуумное калибрующее устройство). Схема калибрования сжатым воздухом показа на рис. 5.35.

Рис. 5.35. Калибрующая трубная насадка по наружному диаметру: 1 – корпус головки; 2 – дорн формующей головки; 3 – калибрующая насадка; 4 – полимерная труба; 5 – крепящий трос пробки; 6 – плавающая пробка

В протягиваемую через калибрующую втулку трубу по каналу в дорне формующей головки подается сжатый воздух. Он прижимает горячую эластичную трубу к внутренней поверхности втулки. Давление в трубе сохраняется благодаря плавающей пробке. Она удерживается или тросом, присоединенным к дорну, или электромагнитом. В корпус втулки подается охлаждающая вода. Принцип калибрования трубы в вакуумном калибрующем устройстве показан на рис. 5.36. Горячая мягкая труба атмосферным давлением прижимается к той части калибрующей втулки, которая проходит через вакуум-секцию устройства.

	Рис. 5.37. Внутренняя калибровка труб: 1 – дорн; 2 – мундштук; 3 – калибрующий дорн; 4 – труба; 5 – орошающее кольцо; 6 - подвод охлаждающей воды; 7 – отвод охлаждающей воды; 8 – теплоизоляционная втулка
Рис. 5.36. Схема вакуумного калибрующего устройства: 1 – формующая головка; 2 – труба; 3 – вакуум-насадка

Калибрование трубы по внутреннему диаметру производится с помощью охлаждаемого внутри конического удлинителя- дорна, по наружной поверхности которого протягивается трубная заготовка(рис. 5.37).

Технология производства гофрированных от изготовления гладких труб отличается тем, что за формующей головкой вместо калибратора установлен гофратор с двумя рядами движущихся по

замкнутому контуру полуформ и готовая гофротруба поступает на намоточное устройство. В технологических линиях применяются гофраторы различных систем, из которых наибольшее распространение получили двухцепные гофраторы (рис. 5.38). Гофратор представляет собой две движущиеся цепи, к которым прикреплены полуформы, создающие профиль гофра. При смыкании полуформ образуется формующий канал. Охлаждение полуформ осуществляется воздухом, нагнетаемым вентилятором. Во внутрь трубы (вначале гофратора эластичной) подается сжатый воздух, удерживаемый “плавающей пробкой”. Воздухом горячая эластичная труба во входной части гофратора прижимается к полуформам и формируется профиль гофра. И по ходу движения по гофратору труба охлаждается. Профиль гофра может быть полукруглым, прямоугольным, треугольным, “кремлевская стена”,

трапецевидным. Последний наиболее применим: обеспечивает наиболее удобное извлечение гофротрубы при размыкании полуформ.

Рис. 5.38. Схема процесса гофрирования тубных изделий:

1 – дорн; 2 – мундштук; 3 – полуформа; 4 – трос; 5 – пробка; 6 – изделие

Производство профильно-погонажных изделий. Высокопроизводительное получение погонажных изделий различного профиля любой длины возможно только экструзией. В настоящее время производство профильно-погонажных изделий мебельного и строительного назначения из ПВХ-композиций переживает бум. Это и производство пластиковых окон и дверей, плинтусов, молдингов, направляющих полозков, отделочных панелей. Широко погонажные изделия применяются в автомобилестроении.

Профильные изделия изготовляют на агрегатах, состоящих из экструдера, головки, калибрующего (при необходимости), охлаждающего, тянущего, наматывающего или режущего устройств, т.е. как и при производстве листов и трубных изделий.

Для изготовления профильных изделий применяют главным образом прямоточные экструзионные головки (рис. 5.12), в которых форма сечения формующего (выходного) отверстия учитывает усадочные явления, искажающие форму сечения изделия.

Для получения изделий сложного профиля головки имеют большое сопротивление движению расплава полимера. Производительность экструдера вследствие этого уменьшается. Основная трудность процесса экструзии – выравнивание объемной скорости различных потоков расплава в головке по всему сечению профиля. Для этого применяют специальные насадки: дроссельные или перфорированные шайбы. Так, перфорированные шайбы используют при производстве изделий большого, сложного сечения. Схема распределения скоростей в потоке расплава при прохождении перфорированной шайбы показана на рис. 5.39.

Рис. 5.39. Распределение скоростей в потоке после прохождения перфорированной шайбы: 1 – конец червяка; 2 – перфорированная шайба; а, б – эпюры скоростей расплава

Расплав, проходя перфорированную шайбу, вначале по краям движется быстрее, чем в середине (эпюра а). Затем по мере продвижения в ней формируется фронт течения, при котором скорость в середине потока может даже превышать скорость по переферии экструдата (эпюра б). Однако это небольшое различие в скоростях значительно меньше, чем при использовании других выравнивающих потоки приспособлений.

При получении изделий несимметричного сечения необходимо стремиться к тому, чтобы центр тяжести площади профиля несильно отличался от оси червяка экструдера.