Организация технологического процесса производства плоской пленки бытового назначения из полиэтилена

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение. Цель проекта

Технологическая часть

Характеристика готовой продукции

Условия эксплуатации и требования к готовой продукции

Рабочий чертеж изделия “плоская пленка”

Оценка технологичности изделия

Формирование конструкторского-технологического кода изделия “плоская пленка”

Обоснование выбора полимерного материала

Характеристика полимерного сырья

Технологическая схема производства плоской пленки

Описание технологии изготовления

Подбор режимов переработки

Возможные виды брака и методы их устранения

Характеристики основного и вспомогательного оборудования

Технические характеристики основного и вспомогательного оборудования

Принцип действия экструзионного агрегата

Кинематическая схема одношнекового экструдера

Формующая оснастка

Классификация формующей оснастки

Технический контроль качества продукции

Порядок разработки процессов технологического контроля

Методы контроля сырья и готовой продукции

Расчетная часть

Материальный баланс производства

Расчет производительности одношнекового экструдера

Расчет требуемого количества оборудования

Расчет площади цеха

Расчет освещения

Расчет вентиляции

Технологическая документация

Технологические карты

Дефектная ведомость

Эксплуатационная часть

Требования к организации рабочих мест машинистов экструдеров

Характеристики неисправности оборудования и методы их устранения

Техника безопасности при работе на экструзионном оборудовании

Общие требования в области охраны окружающей среды при эксплуатации предприятия

Заключение

Список использованной литературы

Введение. Цель проекта

плоский пленка технологический оборудование

В настоящее время полимерные материалы заменяют натуральные материалы, которые уступают им по свойствам. Переработка пластических масс и резиновых смесей представляет собой совокупность различных технологических процессов, с помощью которых исходный полимерный материал превращается в изделие с заранее заданными эксплуатационными свойствами. В настоящее время число разнообразных методов переработки пластмасс и резиновых смесей достигает нескольких десятков. Выбор метода переработки для изготовления изделия в каждом конкретном случае определяется такими факторами, как конструктивные особенности изделия и условия его эксплуатации, технологические свойства перерабатываемого материала, а так же рядом экономических факторов (серийность, стоимость и т.д.)

Главными преимуществами полимерных материалов в сравнении с традиционными, такими как металлы и керамика, являются:

1. Приближенность по свойствам и характеристикам к традиционным материалам.

2. Возможность получения материалов с заданными свойствами.

3. Возможность создания малоотходных технологий.

4. Возможность создания гибких автоматизированных производств.

5. Высокий уровень автоматизации оборудования для изделий из полимерных материалов.

6. Трудоемкость изготовления изделий из полимерных материалов в 2,5-4 раза меньше чем из металла.

7. Энергозатраты при производстве изделий из полимерных материалов в 3-5 раз меньше, чем при производстве изделий из металлов.

Спектр методов переработки полимерных материалов в изделия достаточно широк - экструзия, литье под давлением, прессование, термоформование и д.р.

Одним из наиболее перспективных и быстро развивающихся видов переработки пластических масс является экструзия.

Экструзия - процесс получения изделий путем продавливания расплава материала через формующие отверстие. Обычно используется в производстве полимерных изделий.

Экструзия представляет собой непрерывный технологический процесс, заключающийся в продавливании материала, обладающего высокой вязкостью в жидком состоянии, через формующий инструмент (экструзионную головку, фильеру), с целью получения изделия с поперечным сечением нужной формы. В промышленности переработки полимеров методом экструзии изготавливают различные погонажные изделия, такие как листы, пленки, трубы, оболочки кабелей, элементы оптических систем светильников, рассеиватели и т.д. Основным технологическим оборудованием для переработки полимеров в изделия методом экструзии являются одночервячные, многочервячные, поршневые и дисковые экструдеры. В экструдерах осуществляют процессы смешения и гомогенизации, дегазации и обезвоживания, пластификации, профилирования и формования самых разнообразных изделий (пленок, листов, труб, кабельных изделий, искусственных волокон и др.) из полиэтилена высокого и низкого давлений, пластифицированного и не пластифицированного поливинлхлорида, полистирола, полипропилена, поликарбонатов, пенопластов и других материалов.

Ассортимент изделий, который производится на экструзионных линиях очень широк. Это могут быть различные профильно-погонажные изделия, листы, трубы, ленты, пленки разнообразных типов и назначения и изделия из них и др.

Пленочные полимерные материалы нашли широкое применение в различных областях техники, в сельском хозяйстве, пищевой промышленности, в быту. Значительный объем выпуска среди прочих типов пленок приходится на плоские пленки.

Пленки полезны во многих сферах, таких как сельское хозяйство - в качестве упаковочного и укрывного материала; в строительстве и ремонте; для тепло- и гидроизоляции. Поэтому они пользуются широким спросом. Для производства пленокчасто используются полиэтилен и полипропилен, благодаря ихширокому спектру различных свойств и дешевизне. Они занимают ведущие места во всех странах мира по объему производства и применения.

В настоящее время оборудование для производства пленок, достигло высокого уровня автоматизации. Процесс почти полностью автоматизирован и практически не требует вмешательства рабочих, основной задачей которых является настройка (регулирование) процесса формования (регулирование температуры, измерение давления расплава, управление скоростью вращения и т.д.).

Целью дипломного проекта является организация технологического процесса производства плоской пленки бытового назначения из полиэтилена.

Для достижения цели и выполнения требований в дипломном проекте предусмотрено решение следующих задач:

1. Выбор полимерного сырья для производства заданного изделия.

2. Разработка технологической схемы процесса.

3. Подбор технологических режимов формования

4. Подбор основного и вспомогательного оборудования.

5. Разработка технологической документации ведения технологического процесса.

6. Экономическое обоснование технологического процесса.

Характеристика готовой продукции

Условия эксплуатации изделия и требования к готовой продукции

Пленку предполагается использоватьв качестве укрывного материала дляорганизации теплиц. Пленочные теплицы относятся к числу наиболее распространенных сооружений на современных приусадебных участках. Они недороги в своем обустройстве, не требуют сверхосторожного обращения (как, например, в случае с остекленными конструкциями) и при этом - позволяют добиться великолепных результатов в выращивании и разведении огородных, цветочных, бахчевых и иных культур.

Требования к тепличным пленкам определяются функциональным назначением последних и обусловлены объективными эксплуатационными факторами, имеющими различную природу:

· Механическую (статические и ударные нагрузки, вибрация);

· Климатическую (температура, влажность воздуха, воздействие ультрафиолетовых лучей, и т.д.)

· Биологическую (действие микроорганизмов и т.д.)

В связи с этим к марке полимерного материала предъявляются следующие требования:

· Не токсичность

· Теплостойкость

· Водостойкость

· Ударопрочность

· Светопропускаемость

· Стойкость к действию ультрафиолета

· Стойкость к ветровым нагрузкам

Прочность, светопропускаемостьи срок эксплуатации без снятия плёнки после окончания сезона выращивания.- важные параметры для тепличных плёнок. Эти параметры зависят от материала плёнки и его толщины, от введённых в него в различных процентных соотношениях добавок, от метода производства. И в подавляющем большинстве случаев этим требованиям отвечает пленка из полиэтилена. Так, в частности онаобладает хорошимисветопропускными свойствами, хорошо рассеивает солнечный свет, способствуя оптимальной внутренней освещенности пространства.

Структура материала профессиональных тепличных плёнок - трёхслойная, т. е. состоит из трёх скреплённых между собой слоёв методом соэкструзии. В эти слои введены различные добавки - для защиты от ультрафиолетовых лучей, увеличивают срок службы плёнки; препятствующие образованию конденсата на внутренней поверхности; усиливающие теплоудерживающие свойства, парниковый эффект, способствующие отражению инфракрасных лучей и другие.

Рабочий чертеж изделия плоская пленка

Оценка технологичности изделия плоская пленка

Обеспечение технологичности конструкции и изделия - функция подготовки производства, предусматривающая взаимосвязанное решение конструкторских и технологических задач, направленных на повышение производительности труда, достижение оптимальных трудовых и материальных затрат и сокращение времени на производство, в том числе и монтаж в не предприятия - изготовителя техническое обслуживание и ремонт изделия.

Обеспечение технологичности конструкции изделия включает:

Обработку конструкции изделий на технологичность на всех стадиях разработки изделия, при технологической подготовке производства, и в обоснованных случаях, при изготовлении изделия;

Совершенствование условий выполненных работ при производстве, эксплуатации и ремонте изделий и фиксация принятых решений технологической документации;

Количественную оценку технологичности конструкций изделий;

Технологический контроль конструкторской документации;

Подготовка и внесение изменений в конструкторскую документацию по результатам технологического контроля, обеспечивающих достижения базовых знаний показателей технологичности.

Последовательность и содержание работ по обеспечению технологичности конструкций изделия, а так же рекомендуемый перечень показателей технологичности конструкций изделий приведены в ГОСТ 14.201-83ЕСТПП.

Оценка технологичности изделия плоская пленка

Название	Схема элемента	Размерн.	Действительное значение	Доп. Знач.	Вывод
1. Разнотолщинность		мм	S1=0,5мм S2=0,75мм S2/S1=1,5	2,5	Элемент технологичен, так как соответствует допустимому значению
2. Соотношение габаритных размеров		мм	A=1000 B=1500 A/B=6,6	2	Элемент не технологичен
3. Отклонение от перпендикулярности		мм	0,125	0,125	Элемент технологичен, так как соответствует половине поля допуска на посадку для средней степени точности
4. Отклонение от перпендикулярности		мм	0,875	0,875	Элемент технологичен, так как соответствует половине поля допуска на посадку для средней степени точности
5. Отклонение от перпендикулярности		мм	0,5	0,5	Элемент технологичен, так как соответствует половине поля допуска на посадку для средней степени точности

Вывод: Не беря в расчет соотношение габаритных размеров, изделие в целом технологично.

Формирование конструкторско-технологического кода изделия плоская пленка

Основные принципы построения ОТКСЕ сводится к следующим положениям:

-Технологическая классификация сборочных единиц или изделий является логическим продолжением и дополнением их классификаций по конструктивным признакам посредством К.ЕСТ Д.

-В качестве классификационных признаков используют только существенные характеристики их конструктивной документации.

-Разделение множества объектов по основным технологическим признакам, характеризующим объект в зависимости от его вида по технологическому методу изготовления (сборки).

-постоянство кодов основных признаков и изменение кода признаков, характеризующих вид объекта.

-Технологическая классификация построена в значительной мере по методу фасетной классификации, основанной на параллельном разделении множества на независимые классификационные группировки.

-Система кодирования - позионная, алфавитно- цифровая, состоящая из 10 цифровых десятичных знаков и 24 ьукв русского алфавита (исключаются буквы: ё, з, й, щ, х, ч, ъ, ы, ь). технологическую классификацию распространяют на сборочные еденицы за каждым признаком закрепляются определенные позиция и значность (при одном методе изготовления). Это кодовое обозначение состоит из 2-х частей кодового обозначения классификационных группировок основных признаков (постоянная часть) = шесть знаков и кодового обозначения классификационных группировок признаков, характеризующих вид сборочной единицы по технологическому методу изготовления (сборки) (переменная часть) - восемь знаков.

Переменная часть кода сборочной еденицы может формироваться один или несколько раз в зависимости от того, сколькими технологическими методами производится ее изготовление (сборка).

Изделие “плоская пленка” относиться к классу изделий - не тела вращения (детали плоскостные, рычажные, аэродинамические, изготовленные из листов, полос, лент, профили, трубы и др.). Код классификационной характеристике изделия по классификатору ЕСКД-74.

В соответствии со структурой технологического кода первым признаком технологической классификации изделия является размерная характеристика.

Код размерной характеристики:

7 - ширина

Г - длина

1 - высота

Код признака характеристика массы:

Масса изделия 0,0692 кг, что соответствует коду 6.

Код признака характеристика сложности:

К1=0

К2=8

К3=1

К4=5

Ks=(0+8+1+5)/4=3,5

Код характеристика сложности - 4

Код признака вида изделия по технологическому методу изготовления:

Изготовлено формованием. Код 7.

Код признака площади формования:

Код 1.

Код признака толщина стенки:

Код 1.

Код признака формующий материал:

Термопласт без наполнителя. Код - 1.

ПЭНД код -1.

Код признака квалитет:

Квалитет 4. Код 5.

Код признака характеристика технологичности:

Изделие без резьбы и отверстий. Код - 0.

Без усложняющих элементов. Код - 0.

Код признака дополнительной обработки:

Дополнительная обработка отсутствует. Код - 0.

Полный код изделия ПК№39П. 74.7Г1.64711.115000

Код	Смысловое значение кода
74	Изделие относится к классу изделий - не тела вращения (детали плоскостные, рычажные, аэродинамичные, изготовленные из листов, полос, лент, профили, трубы и др.). Изделие - плоская пленка.
7Г1	Размерная характеристика, мм Ширина Длина Высота
6	Характеристика массы, кг 0,0692 кг
4	Сложность изготовления изделия
7	Изделие, изготовленное формованием
1	Площадь формования
1	Максимальная толщина стенки, мм До 1.6 мм
1	Группа материалов: Термопласт без наполнителя
1	Материал: ПЭНД
5	Квалитет 4
0	Не имеет усложняющих элементов
0	Без усложняющих элементов
0	Дополнительная обработка: отсутствует

Обоснование выбора полимерного материала

Полиэтилен - полимер, использующийся наиболее широко. Его технология переработки относительно проста, полиэтилен перерабатывается всеми существующими способами для переработки пластмасс, при этом непосредственно для его переработки не требуется узкоспециализированное оборудование. Комплекс химических, физико-механических и диэлектрических свойств определяет потребительские свойства полиэтилена и позволяет широко применять его во многих промышленных отраслях (радиотехнической, кабельной, легкой, химической, медицине и др.)

Для производства плоской пленки подходит полиэтилен низкого давления. Так как он лидирует по популярности и возможности использования среди всех, производимых синтетических полимеров, сополимеров и композитных материалов. Так же этот выбор можно обосновать невысокой ценой на исходное сырье, способностью к рециклингу и хорошей технологичностью, что в свою очередь определяет (ПЭНД) как один из наиболее экономичных по финансовым вложениям материалов почти универсального использования. Полиэтилен низкого давления без каких-либо проблем поддается вакуумной, пневмо- и механической термоформовке, имеет большую ударную вязкость при низких температурах, что расширяет спектр применения ПЭНД.

Пленки на основе ПЭНД более жесткие, прочные по сравнению с пленками из полиэтилена высокого давления, более мутные и полупрозрачные. Температура размягчения ПЭНД выше, чем у ПЭВД (121°С), поэтому он выдерживает стерилизацию паром. Морозостойкость примерно такая же, как и у ПЭВД (-60°С).

Прочность при растяжении и сжатии выше, чем у ПЭВД, сопротивление удару и раздиру - ниже. Из-за линейной структуры макромолекулы ПЭНД ориентируются в направлении течения, поэтому сопротивление раздиру в продольном направлении пленок значительно ниже, чем в поперечном направлении. Проницаемость ПЭНД ниже, чем у ПЭВД, примерно в 5-6 раз. По химической стойкости пленки из ПЭНД превосходят пленки из ПЭВД, особенно по стойкости к маслам и жирам.

Полиэтилен применяется для производства:

· Пленок (упаковочных, сельскохозяйственных, стретч, термоусадочных)

· Труб (водопроводных, газовых, ненапорных, напорных)

· Емкостей (канистр, цистерн, бутылей)

· Волокон

· Стройматериалов

· Санитарно-технических изделий

· Протезов внутренних органов

· Предметов домашнего обихода

· Изоляции электрических кабелей

· Деталей автомашин и различной техники

· Пенополиэтилена

Характеристика полимерного сырья

Полиэтилен (ПЭ) [-СН2-СН2-]n - термопластичный полимер, непрозрачен в толстом слое, кристаллизуется в диапазоне температур от минус 60 °С до минус 369 °С; не смачивается водой, при комнатной температуре не растворяется в органических растворителях, при температуре выше 80 °С сначала набухает, а затем растворяется в ароматических углеводородах и их галогенопроизводных; ПЭ устойчив к действию водных растворов солей, кислот, щелочей, но при температурах выше 60 °С серная и азотная кислоты быстро его разрушают. Кратковременная обработка ПЭ окислителем (например, хромовой смесью) приводит к окислению поверхности и смачиванию ее водой, полярными жидкостями и клеями. В этом случае изделия из ПЭ можно склеивать. Этилен может быть полимеризован несколькими способами, в зависимости от этого полиэтилен разделяют на: полиэтилен высокого давления (ПЭВД) или низкой плотности (ПЭНП); полиэтилен низкого давления (ПЭНД) или высокой плотности (ПЭВП); а также еще на линейный полиэтилен.

ПЭНД полимеризуется при давлении не менее 5 атмосфер и температуре 80 градусов при помощи катализаторов Циглера-Натта и органического растворителя. Не так давно начала применяться технология, где используются так называемые металлоценовые катализаторы. Смысл технологии заключается в том, что удается добиться более высокой молекулярной массы полимера, это, соответственно, увеличивает прочность изделия. ПЭНД имеет жесткую структуру. По сравнению с полиэтиленов высокого давления он имеет более высокие плотность, температуру плавления, твердость, и прочность.

Полиэтилен	Молекулярная масса	Плотность, г/м3	Температура плавления, °С
Высокой плотности (низкого давления)	50000-3*106	0,919-0,973	125-137

Основной причиной, вызывающей различия в свойствах ПЭ, является разветвленность макромолекул: чем больше разветвлений в цепи, тем выше эластичность и меньше кристалличность полимера. Разветвления затрудняют более плотную упаковку макромолекул и препятствуют достижению степени кристалличности 100 %; наряду с кристаллической фазой всегда имеется аморфная, содержащая недостаточно упорядоченные участки макромолекул. Соотношение этих фаз зависит от способа получения ПЭ и условии его кристаллизации. Оно определяет и свойства полимера. Пленки из ПЭНП в 5-10 раз более проницаемы, чем пленки из ПЭВП. Механические показатели ПЭ возрастают с увеличением плотности (степени кристалличности) и молекулярной массы. В виде тонких пленок ПЭ (особенно полимер низкой плотности) обладает большей гибкостью и хорошей прозрачностью. Полиэтилен устойчив к ударным нагрузкам. Среди наиболее важных свойств полиэтилена можно отметить морозостойкость. Они могут эксплуатироваться при температурах от -70°С до 60 °С (ПЭНП) и до 100 °С (ПЭВП), некоторые марки сохраняют свои ценные свойства при температурах ниже -120°С. Полиэтилены, являясь предельными углеводородами, стойки по отношению ко многим агрессивным средам (кислотам, щелочам и т.д.) и органическим жидкостям. Существенным недостатком полиэтилена является его быстрое старение. Срок старения увеличивают за счет специальных добавок -- противостарителей (фенолы, амины, газовая сажа).

Полиэтилен ПНД (высокой плотности) применяется преимущественно для выпуска тары и упаковки. За рубежом примерно третья часть выпускаемого полимера используется для изготовления контейнеров выдувным формованием (емкости для пищевых продуктов, парфюмерно-косметических товаров, автомобильных и бытовых химикатов, топливных баков и бочек). При этом стоит отметить, что по сравнению с другими областями, опережающими темпами растет использование ПЭНД для производства упаковочных пленок. ПЭ НД находит также применение в производстве труб и деталей трубопроводов, где используются такие достоинства материала как долговечность (срок службы -- 50 лет), простота стыковой сварки, дешевизна (в среднем на 30% ниже по сравнению с металлическими трубами).

Для производства заданного изделия предлагается использовать ПЭНД 20808-024

Наименование показателя	Норма для марки	Метод испытания
	20808-024
	Первый сорт	Второй сорт
1. Плотность, г/см3	0,949-0,954	По ГОСТ 15139-69 и п.5.8 настоящего стандарта
2. Показатель текучести расплава, г/10 мин	1,8-3,0	По ГОСТ 11645-73 и п.5.9 настоящего стандарта
3. Разброс показателей текучести расплава в пределах партии, %, не более	±15	±20	По п.5.10 настоящего стандарта
4. Количество включений, шт., не более	50	Не нормируют	По п.5.11 настоящего
5. Массовая доля золы, %, не более	0,025	0,050	По ГОСТ 15973-82 и п.5.12 настоящего стандарта
6. Массовая доля летучих веществ, %, не более	0,15	0,25	По ГОСТ 26359-84

Технологическая схема производства плоской пленки

Технологическая схема и ее описание.

1 - Вагон, 2 - Электропогрузчик, 3 - Склад, 4 - Растарочная установка, 5 - Экструдер, 6 - Каладер, 7 - Режущее устройство, 8 - замена бабины, 9 - Упаковочный автомат, 10 - Склад, 11 - Контроль качества, 12-Агломератор

Материал (ПЭНП) получают (1) в пункте приема, в больших мешках. Далее материал транспортируется электропогрузчиком(2) в специальное помещения (склады), защищающим его от воздействия внешних факторов окружающей среды. Материал складируется на специально отведенном месте(3). Далее мешки с материалом попадают в растарочную установку (4). Дальше материал попадает в бункер экструдера(5). Червяк экструдера захватывает материал. В процессе движения материала вдоль цилиндра происходит смешение, гомогенизация и пластикация расплава, а затем его выдавливание через фильтрующие сетки в щелевую головку, предназначенную для формования полотна заданной ширины и толщины. Выходящие из щелевой головки полотно, пройдя глянцующее устройство, попадает на валки сглаживающего каландра(6). После каландра полотно попадает на охлаждающие валки. С помощью тянущего устройства полотно подается на обрезку кромок, в режущее устройство(7). Дальше происходит намотка полотна на бобины(8). По достижении определенной длины следует замена бобины(8). Далее каждая бобина упаковывается на специальном автомате.(9). Далее готовое изделие попадает на склад готовой продукции(10), выборочно несколько образцов отправляются на контроль качества(11).Отходы после обрезки кромок идут на вторичную переработку, в агломиратор(12). При помощи пневмотранспорта отходы попадают в агломератор(13), далее смешиваются со свежим сырьем и возвращаются в загрузочный бункер. В соотношении 98:2.

Описание технологии изготовления

Прием сырья.

Прием сырья производится в мягких контейнерах, которые посредством электропогрузчика или вручную транспортируются на склад сырья.

Хранение сырья.

Цеховой склад хранения сырья необходимо проектировать из расчета 8-10 суточного запаса сырья. Материал хранится в упаковке завода изготовителя.

Растаривание сырья.

Мягкий контейнер вскрывают вручную. Сырье перемещают в промежуточный контейнер.

Входной контроль сырья.

Входной контроль сырья выполняется в соответствии с рекомендациями регламентов производства пленок, а так же ГОСТ и ТУ на сырье. Контроль сырья осуществляется по следующим параметрам: насыпная плотность, сыпучесть, гранулометрический состав, показатель текучести расплава.Испытания должны производиться в соответствии с ГОСТ:

ГОСТ 11035- Методы определения насыпной плотности формовочных масс, просыпаемых и не просыпаемых через воронку.

ГОСТ 11645- Метод определения показателя текучести расплава термопластов или методика ASTMD 1238.

Формование плоской пленки.

Сырье из раскрытого контейнера попадает в растарочную установку, от куда оно попадает в загрузочный бункер экструзионного агрегата.

Поступающие на переработку сырье претерпевает в экструзионном агрегате ряд изменений.

По характеру протекающих в канале червяка экструдера процессов можно условно разделить червяк на несколько зон: питания или транспортировки твердого материала, плавления или пластикации и дозирования или транспортировки расплава. Каждая зона имеет свои особенности.

Зона питания.

Полимер в виде гранул, порошка или непрерывной ленты поступает через загрузочный бункер в цилиндр экструдера и увлекается шнеком. По мере движения полимера в направлении оси шнека (к экструзионной головке) в нем развивается высокое гидростатическое давление. В местах контактирования полимера с цилиндром и шнеком экструдера возникают силы трения, которые при движении полимера создают работу трения. В результате выделяется теплота, которая идет на нагрев полимера. Некоторая часть тепла подводится также и за счет теплопроводности от стенок цилиндра, температура которых обычно превышает температуру поступающего в экструдер полимера. При этом важно контролировать нагрев стенок цилиндра в зоне питания экструдера. При слишком высокой температуре стенки полимер может расплавиться раньше времени, и материал будет проскальзывать и вращаться вместе со шнеком, т.е. его продвижение вдоль оси шнека прекратиться. При правильно подобранном температурном режиме вначале образуется длинная пробка из полимера, которая проталкивается силами трения по винтовому каналу шнека. При этом для нормального проталкивания пробки полимера по направлению к экструзионной головке длина пробки должна быть достаточно велика. По мере продвижения твердой пробки по каналу шнека давление в ней возрастает, пробка уплотняется; поверхность пробки, соприкасающаяся с внутренней стенкой цилиндра, нагревается, и на ней образуется тонкий слой расплава. Постепенно толщина этого слоя увеличивается; когда она сравняется с размером зазора между стенкой корпуса и гребнем шнека, он начинает соскребать слой расплава со стенки, собирая его перед своей толкающей гранью. Это сечение шнека является фактически концом зоны питания и началом зоны плавления.

Зона плавления.

В пределах зоны плавления полимерная пробка расплавляется под действием тепла, подводимого от стенки корпуса, и тепла, выделяющегося в тонком слое расплава за счет вязкого трения. В межвитковом пространстве шнека в зоне плавления находятся пробка полимера и расплав полимера. По мере продвижения к экструзионной головке происходит дальнейшее увеличение количества расплава и уменьшение полимерной пробки. При этом высота пробки остается примерно постоянной, а ее ширина по мере продвижения по шнеку постепенно уменьшается. Так продолжается до тех пор, пока ширина пробки не станет достаточно малой, и циркуляционное течение в потоке расплава, собирающемся перед толкающей стенкой, разрушает остатки пробки, дробя ее на мелкие кусочки. Сечение шнека, в котором начинается дробление пробки, можно считать концом зоны плавления и началом зоны дозирования.

Зона дозирования.

Течение расплава в зоне дозирования возникает под действием сил вязкого трения, развивающихся вследствие относительного движения шнека и стенок цилиндра (подобно течению жидкости в винтовых насосах) и осуществляется по винтовой траектории. Принято представлять это течение как сумму двух независимых движений: поступательного течения вдоль оси шнека и циркуляционного течения, возникающего в виде кругового движения в плоскости, перпендикулярной к оси шнека. В начале зоны дозирования температура расплава равна температуре плавления. Продвигаясь по винтовому каналу в зоне дозирования, полимер продолжает разогреваться как за счет подвода тепла извне, так и за счет тепла, выделяющегося вследствие интенсивной деформации сдвига. Циркуляционное течение и сдвиговые деформации обеспечивают гомогенизацию расплава, выравнивают распределение температур и позволяет использовать экструдер для эффективного смешения компонентов композиционного материала. Происходит окончательное расплавление мелких включений и выравнивание температурного поля. Для нормальной работы экструдера необходимо, чтобы поступающий к рабочему инструменту (к головке) расплав имел заданную однородную по сечению температуру. Поэтому время пребывания расплава в зоне дозирования должно быть достаточным для его прогрева и гомогенизации.

Течение расплава через фильтрующие сетки и формующую головку.

Расплав полимера продвигается далее к экструзионной головке. Как правило, перед формующим инструментом установлен пакет фильтрующих сеток. Сетки задерживают инородные включения и примеси? А также непроплавившиеся частички полимера. Непроплавленные частички продолжают нагреваться на сетки, плавятся и проходят сквозь нее. А посторонние включения удаляются вместе с сеткой при плановой смене фильтра. Далее расплав попадает с экструзионную головку и, продавливаясь сквозь формующий канал, приобретает геометрию конечного изделия. После чего полимер необходимо охладить и зафиксировать полученную геометрию. Эти задачи решает участок охлаждения и калибровки готового изделия.

Подбор режимов переработки

К основным технологическим параметрам экструзии относят температуру расплава в цилиндре и головке, давление расплава в головке, частоту вращения шнека.

Выбор оптимального режима переработки определяется многими параметрами: видом термопласта, его полимерной массой, составом материала, видом, размером и конфигурацией изделия, типом используемого оборудования.

Температуру цилиндра следует плавно повышать загрузочной зоны к головке. Вблизи загрузочного бункера температуру задают на 10-15°С выше температуры плавления материала. Температура в головке может быть равна или на 5-10°С ниже температуры последней (по ходу экструзии) зоны материального цилиндра, что способствует улучшению гомогенизации расплава. Самая высокая температура должна обеспечиваться на участке, где установлено устройство для фильтрации расплава, так как оно создает, как правило, наибольшее сопротивление потоку.

Давление расплава в головке обусловливается сопротивлением головки и фильтрующих сеток и необходимо для хорошего перемешивания расплава. Недостаточное давление приводит к различным дефектам экструдата.

Чистота вращения шнека определяет производительность процесса и влияет на качество изделия. При высокой скорости экструзии из-за наличия шероховатостей на поверхностях основных рабочих органов машины (цилиндра и червяка) поверхность экструдата становится тусклой. С возрастанием частоты вращения червяка в расплаве за счет внутреннего трения возникают большие тепловыделения, что может быть причиной деструкции материала, снижающей физико-механические характеристики изделия. Увеличение частоты вращения может привести к пульсирующему режиму течения, так называемой эластической турбулентности. При этом наблюдается огрубление, бугристость поверхности экструдата, снижающие качество изделия.

Повышение температуры переработки, использование формующего инструмента с тщательно хромированной и полированной поверхностью позволяет повысить скорость экструзии без наступления неустойчивого течения расплава.

Данные рекомендации могут служить основой для первичного выбора технологического режима экструзии. Окончательный выбор оптимальных параметров переработки производится при практической накладке процесса.

Температура цилиндра по зонам, °С	Температура формующего инструмента, °С	Давление в формующем инструменте, МПа
1	2	3	4	1	2
140	160	170	195	210	210	5-12

Охлаждение

При экструзии плоской пленки расплавленный полимер продавливают сквозь щелевую фильеру, затем он попадает в холодную водяную ванну или на охлаждающий барабан. В любом случае смысл процесса состоит в быстром охлаждении экструдированной пленки, и поэтому охлаждение начинают на очень маленьком расстоянии от губок фильеры (обычно 25-65 мм). Такое расстояние диктуется также необходимостью уменьшить сужение пленочного полотна. При поливе на охлаждающий барабан используют хромированный полый вал с водяным охлаждением. Быстрое охлаждение приводит к формированию маленьких кристаллитов, что дает более прозрачную пленку. При использовании закалочной ванны температуру воды в ней необходимо поддерживать постоянной. При одной и той же температуре экструдирования, чем ниже температура закалочной ванны, тем лучше пленка скользит и меньше слипается, а при высокойтемпературе пленку легче наматывать, не образуются складки, физические свойства такой пленки лучше. Щелевые фильеры для формования плоской пленки имеют большую ширину в сравнении с диаметром головки экструдера, а это означает, что путь, который проходит поток до краев фильеры, длиннее, чем путь до ее середины. Компенсации потока обычно достигают за счет фильеры с коллектором. Она содержит поперечный канал (или коллектор) такого диаметра, что сопротивление потоку в нем меньше, чем сопротивление, создаваемое губками фильеры. Назначение коллектора - компенсировать поток расплава -- может быть реализовано, если вязкость расплава достаточно низка, поэтому для плоской пленочной экструзии необходима более высокая температура. Это ограничивает использование фильер с коллектором переработкой материалов с хорошей тепловой стабильностью. Другим следствием экструдирования при более высокой температуре является необходимость использования более плотных фильтров, для того чтобы поддерживать удовлетворительное давление. Внутренняя сторона щелевой фильеры должна быть тщательно обработана, так как даже небольшой дефект поверхности может привести к появлению шероховатости на пленке или разнотолщинности.

Обрезка кромок

Плоские ножи для обрезки кромок укреплены на специальных кронштейнах и расположены с? двух ?сторон между двумя опорными валками. Кромки непрерывно наматываются на катушки, вращающиеся от привода тянущих валков.

Как только оператору удастся выбрать удобный момент, ему следует произвести? некоторое регулирование приемного и намоточного оборудования. Необходимо включить ножи для обрезки кромок и разрезки полотна и отрегулировать ширину получающихся полос. Натяжение при намотке должно быть отрегулировано так, чтобы, с одной стороны, предотвратить появление морщин, а с другой--не вызывать сплющивания намотанного рулона пленки или листа. Может появиться необходимость в раздельном регулировании натяжения полотна на различных участках приемного оборудования. При использовании присадок, предохраняющих полотно от слипания, надо включить и отрегулировать соответствующее приспособление на требуемый расход порошка. При необходимости также следует включить приспособления для огневой и электростатической обработки поверхности пленки.

Контроль качества готовой продукции

Для обеспечения выпуска продукции с показателями, соответствующими требованиям ГОСТ и ТУ, пленка подвергается контролю.

В лабораториях ОТК должен выполняться контроль готовой продукции в соответствии с требованиями технических условий по таким параметрам, как: разнотолщинность, прочность при растяжении, соответствии эталонному образцу.

Методика определения разнотолщинности пленки.

ГОСТ 112262-Метод испытания на растяжения.

Также для оценки качества готовой продукции используется международный стандарт ASTMD2103для пленок из ПЭ.

Упаковка.

Охлажденная и обрезанная, пленка наматывается на бобину до определенного момента. При полном заполнении бобины, пленка обрезается, бобина заменяется.

Переработка отходов, брака.

Образующиеся в процессе переработки полиэтилена в пленку брак, а так же отходы после обрезки кромок собираются, и подвергаются переработке, в данном случае - агломерации.

Цель агломерации состоит в получении одинаковых по форме и размеру гранул, что необходимо для упрощения обращения с материалом, его транспортировки и измерения.

При агломерации частицы испытывают небольшое оплавление поверхности. проводимое под давлением. Поскольку полное плавление не имеет места, фильтрация для очистки материала на этом этапе невозможна.

Агломерация под давлением связывает частицы давлением и сдвиговым усилием. В агломерационных установках благодаря трению и сдвигу в зазоре ротора и отверстиях экрана происходит небольшое оплавление поверхности частиц пластмассы. Нити материала, поступающие из отверстий экрана, разрезаются вращающимся ножом на цилиндрические частицы. Таким способом получают гранулы, брикеты и таблетки.

Термическая агломерация применяется, в основном, для пленок. Материал быстро нагревается до температуры плавления и быстро охлаждается; одновременно материал проводится через вращающийся смеситель, режущую и шинковальную машины. Агломерация частиц пленки возможна до некоторого размера; более крупные агломераты разрушаются или режутся для получения свободно текущего и удобного в обращении материала.

Возможные виды брака и методы их устранения

Виды брака	Возможные причины возникновения неполадок	Действия персонала, направленные на устранение брака
1	2	3
Гелеобразные включения по всей поверхности полотна	Неоднородность сырья по молекулярному весу, возможно использование полиэтилена разных марок	Заменить партию сырья
	Недогрев или перегрев какой-либо зоны цилиндра или головки	Проверить нагрузку зон по амперметру и подключение термопар. Вызвать дежурного слесаря КИПиА для ремонта или замены прибора
	Недостаточная гомогенизация материала в цилиндре	Уменьшить скорость вращения шнека. Снизить температуру расплава или увеличить количество фильтрующих сеток
	Пробиты сетки	Заменить фильтрующие сетки
1	2	3
	Неравномерный обдув полотна	Вычистить и откалибровать обдувочное кольцо. Проверить целостность воздушных шлангов
	Температура расплава изменяется после выхода из экструдера	На фильтре и головке установить температуры, равные температуре выходной зоны шнека
	Неравномерное распределение температур по зонам	Проверить температурный режим на соответствие заданию
	Неисправность приемного устройства	Отремонтировать приемное устройство
	Чрезмерная степень раздува	Опустить линию кристаллизации
	Чрезмерная степень вытяжки	Уменьшить скорость приемапленки
Полосы утонения	Нагар на поверхности экструзионной головки	Вычистить щелевой зазор
Нестабильность полотна	Неравномерная подача воздуха на обдув или сквозняки	Вычистить обдувочное кольцо. Устранить движение воздушных масс в помещении цеха. Проверить целостность воздушных шлангов
Пузыри в толще пленки	Влажное сырье	Заменить сырье
Обрыв полотна	Наличие посторонних включений	Проверить сырье, заменить сетки, если этого недостаточно - вычистить головку
	Чрезмерная продольная вытяжка	уменьшить скорость приемапленки
Складки пленки на транспортных валках	Воздух между слоями пленки	Надрезами пленки в местах вздутия выпустить воздух, начиная с верха машины
	Большой разброс разнотолщинности	См. пункт 2
	Чрезмерный натяг	Уменьшить натяг
	Перекос приемных и намоточных валков	Выставить приемо-намоточное устройство по уровню, проверить соосность валов
Складки при намотке пленки	Чрезмерный натяг	Уменьшить натяг
Горячие складки	Перегрев массы	Снизить температуру головки, увеличить подачу воды на охлаждение шнека, снизить скорость экструзии
	Перекос направляющих пластин	Установить необходимый угол наклона каждой из щек и выставить их по центру приемных валов
	Центр зазора приемныхщек не совпадает с центром головки	Установить приемные щеки по отвесу
	Асимметрия полотна	Проверить зоны обогрева и откалибровать головку
	Сквозняки в помещении	Устранить движение воздушных масс в помещении цеха
Слипание пленочного полотна	Недостаточное охлаждение полотна, высокая линия кристаллизации	Усилить обдув полотна, снизить температуру расплава, уменьшить скорость отвода пленочного полотна
Полотно «садится»	Перегрев массы, недостаточное охлаждение	Снизить температуру расплава, усилить обдув полотна
Наплывы и «муар» на поверхности пленки	Перегрев массы	Снизить температуру головки, увеличить подачу воды на охлаждение шнека, снизить скорость экструзии
Низкие физико-механические показатели пленки	Качество сырья не соответствует техническим требованием НТД	Заменить сырье
	Недостаточная продольная вытяжка	Поднять линию кристаллизации, увеличить температуру расплава
Нагрузка двигателя шнека выше номинальной	Засорение фильтра	Заменить фильтрующие сетки
	Недостаточно прогрета масса	Проверить температурный режим на соответствие заданию
	Неисправен обогрев	Обеспечить обогрев

Характеристики основного и вспомогательного оборудования

Технические характеристики основного и вспомогательного оборудования.

Основное оборудование.

Экструзионная линия

Производительность - до 1000 кг/ч

Диаметр - до 200

Ширина до 3000

Толщина пленки 20-500мкм

Скорость приема пленки - до 200 м/мин

Плоскощелевой экструдер ЧП 63х25

Перерабатываемое сырье - ПЭНД

Производительность - 63кг/ч

Толщина пленки - 0,5мм

Ширина пленки - 1500мм

Диаметр шнека - 63

Соотношение длина/диаметр шнека - 25

Мощность нагревателей шнека -19кВт, 4 термозоны

Тип головки - плоскощелевая

Вспомогательное оборудование

Агломератор

Модель	OULI-100
Емкость барабана (л)	100
Производительность (кг/ч)	40 - 60
Количество подвижных ножей (шт)	2
Количество неподвижных ножей (шт)	6
Мощность устройства подачи воды (кВт)	0,4
Мощность нагрева (кВт)	1,5
Мощность главного двигателя (кВт)	15
Габаритные размеры (мм)	1500 x 700 x 1500
Вес (кг)	800

Упаковочный автомат

Производительность линии не более, готовых упаковок/час:	300
Напряжение питания, В/Гц:	380 / 50
Мощность линии, кВт, макс.:	24,7
Размеры конвейера термотоннеля (длина х ширина), мм:	2800 х 850
Скорость движения конвейера, м/мин.:	регулируемая
Габариты проходного окна термотоннеля (ширина х высота), мм	900 х 250
Максимальная ширина пленки, мм:	750
Тип привода термоножа:	пневматический
Габариты линии в сборе (длина х ширина х высота), мм:	5400 х 2700 х 2000

Принцип действия экструзионного агрегата

Основным элементом экструзионного агрегата является одношнековый экструдер.

Внутри экструдера материал попадает в замкнутое пространство, между подвижными (вращающимися) шнеком и неподвижными стенками рабочего цилиндра. Перемещение материала, по крайней мере пока он находится в твердом состоянии, обусловлено воздействием на него сил трения при контакте с неподвижной внутренней поверхностью рабочего цилиндра и с подвижной поверхностью шнека.

Воздействие сил трения вызывает разогрев материала, кроме того, к рабочему объему экструдера осуществляется подвод тепла от внешних нагревательных устройств. Таким образом, по мере продвижения материала его температура повышается, достигая точки плавления, при этом на поверхности неподвижной стенки рабочего цилиндра начинает формироваться пленка расплава. В этом месте заканчивается зона перемещения твердой фазы и начинается зона пластикации. Следует подчеркнуть, что понятие “зона пластикации” относится к функциональному делению рабочего объема экструдера и может не совпадать с геометрическим делением. Границы функциональных зон зависят от свойств полимера, а также от устройства экструдера и параметров его работы, а геометрически различные секции шнека определяются при разработке экструдера и, естественно, не меняются при его эксплуатации. Поэтому начало зоны пластикации может не совпадать с началом зоны компрессии. При продавливании материала через одну зону пластикации постепенно осуществляется его плавление, точка полного плавления считается концом зоны пластикации и началом зоны перемещения расплава. Геометрически зоне перемещения соответствует зона дозирования, единственным назначением которой является продавливание материала через фильеру.

При прохождении материала через экструзионную головку сечение потока принимает форму формующего инструмента. Поскольку фильера оказывает сопротивление потоку расплава, для его продавливания необходимо приложить силу. Эта сила обеспечивается давлением, называемым давлением в фильере, которое определяется формой фильеры. Температурой расплава полимера, скоростью потока расплава и его реологическими свойствами. Необходимо помнить, что давление в фильере обусловлено сопротивлением фильеры, а не собственно экструдером. В данном случае экструдер всего лишь машина, развивающая давление, необходимое для проталкивания расплава через формующий инструмент. При прочих равных условиях (одинаковых полимерах, производительности, конструкции фильеры и ее температуре) развиваемое давление в фильере постоянно и не зависит от конструкции экструдера. Таким образом, давление в фильере обусловлено ее конструкцией и процессом течения расплава.

Современные установки оснащены аппаратурой, обеспечивающей:

· Контроль и автоматическое регулирование температур по зонам

· Контроль давления расплава до и после сеток

· Контроль толщины пленки

· Бесступенчатое регулирование частоты вращения шнека

· Контроль за потребляемой мощностью экструдера

· Бесступенчатое, плавное изменение скорости приемно-тянущих валков

Кинематическая схема одношнекового экструдера

1-двигатель 2 -шкив ведущий 3-шкив ведомый 4-ремень 5-подшипник 6-муфта 7-двухступенчатый редуктор 8-материальный цилиндр 9-узел упорного подшипника 10-червяк 11-загрузочный бункер 12-нагреватели 13-сетка и решетка 14-экструзионная головка

Таблица конструктивных особенностей одношнекового экструдера

	Название конструктивной особенности	Конструктивная особенность
1.	Вид основного рабочего органа	Шнек, находящийся в обогреваемом материальном цилиндре и имеющий консольное закрепление в упорном подшипнике.
2.	Система привода основного рабочего органа в движение	Электродвигатель постоянного тока, ременная передача, эластические элементы муфт, двухступенчатый редуктор.
3.	Устройство регулирования производительности	Производительность регулируется путем изменения частоты вращения шнека с помощью двухступенчатого редуктора и изменением частоты вращения двигателя постоянного тока.
4.	Устройство предохранения от поломки	Эластические элементы муфт, упорный подшипник, косозубые передачи.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Структурная схема оборудования

Формующая оснастка

Процесс формования пленки осуществляется с использованием плоскощелевых головок. Расплав на выходе из головки проходит между двумя пластинами, где приобретает необходимую конфигурации, т.е. определенную толщину и ширину полотна. Поскольку расплав течет через узкую щель, для предотвращения разнотолщинностипленки необходимо обеспечивать равномерный зазор между губками по ширине головки. По ширине головки не должно быть больших перепадов температуры расплава, т.к. в противном случае появляются элементарные струи с различной вязкостью, что может послужить причиной неоднородности свойств пленки, и появления ееразнотолщинности по ширине.

Формование пленок наиболее часто осуществляется в коллекторных головках, когда расплав из патрубка экструдера растекается по коллектору, а из него перетекает в плоский формующий зазор.

Поскольку при течении расплава в коллекторе возникает перепад, давления, выход расплава по ширине щели может быть неравномерным. Анализируя траектории струй течения расплава, то видно, что самый короткий путь течения от патрубка до выхода находится в центре головки. Наибольший перепад давления возникает по краям головки, так как расплав течет вначале по коллектору, преодолевая его сопротивление, а затем попадает в формующий канал. При разности перепада давления расход асплава по ширине будет различным и это приведет к появлению разнотолщинности.

Для выравнивания потока применяют регулировочные вкладыши. Расплав из патрубка попадает в коллектор, а затем через плоский канал, образованный плитами к формующему каналу. В верхней плите имеются гнезда, в которые вставляются вкладыши, плотно прилегающие друг к другу по ширине головки. Чтобы выравнить поток, центральные вкладыши винтами сдвигают по ходу движения расплава, уменьшая зазор между нижней плитой и вкладышем. При этом увеличивается сопротивление течению расплава в центре головки и расход расплава по ширине выравнивается. Торцевые части коллектора обычно закрывают вставками, которые плавно поворачивают поток расплава вдоль головки и также исключают образование застойных зон. Для регулирования толщины пленки имеется подвижная губка, при смещении которой относительно корпуса изменяется зазор щели и толщина пленки.

При изготовлении пленок из полимеров с высокой вязкостью расплава для выравнивания потока применяется коллекторная головка со шнеком.

Массивную плиту корпуса головки прорезают фрезой, оставляя около коллектора тонкую перемычку, по которой происходит изгиб формующей части губок под действием болтов. Для облегчения изгиба плиту дополнительно разрезают поперечными пазами. Для облегчения изгиба упругой губки плита по всей ширине имеет продольные пазы. Плита по ширине разделена на секции, в которых установлены дифференциальные винты, обеспечивающие точное регулирование зазора. При вращении винта упругая губка смещается на величину, пропорциональную разности шага нарезки винтов t2 - t1. Упругая губка смещается относительно плиты, уменьшая или увеличивая формующий зазор h. Во время работы формующий зазор заполнен расплавом, то его ширина h может определяться по изменению размера Н, специально предусмотренного в корпусе плиты. для изменения толщины пленки предусмотрены винты, равномерно установленные по всей ширине головки. Вворачивая винты, происходит смещение плиты, относительно шарнира и глубина формующего зазора изменяется. Величина зазора h изменяется пропорционально расстоянию Н между вкладышами на тыльной стороне корпуса головки. Это позволяет производить регулировку зазора и измерять его во время работы агрегата при заполненном расплавом формующем канале. Для обеспечения равномерной температуры на щелевых головках необходимо установить продольные нагреватели, располагая их по всей ширине плит, а не секциями. При отключении продольных нагревателей не возникает перепадов температур по ширине головки и исключается появление разнотолщинностипленки. Коллекторные головки с упругой губкой можно использовать при изготовлении пленок большой ширины, однако внутри коллектора следует устанавливать распределительный шнек.