14.11.2024
Методы очистки материального цилиндра
При производстве изделий из пластмасс с применением любого метода всегда присутствует одинаковый технологический этап — чистка оборудования и оснастки. В прессовании, формовке и подобных процессах это простые операции. Однако когда в составе технологической линии появляется материальный цилиндр, в котором происходит пластикация полимера, например, в литье под давлением или экструзии, это добавляет необходимость выбора материалов и метода очистки, который позволит осуществить ее эффективно и безболезненно для оборудования.
Переработчики пластмасс понимают, что очистка является неизбежным злом и каждый момент простоя оборачивается упущенной выгодой. В связи с этим возникает очевидный вопрос: «Как действовать на опережение, устраняя черные пятна, нагар и разложившийся полимер, а также сводя к минимуму необходимость остановки производства?» Процесс разложения полимера или образования нагара напрямую связан с условиями процесса, оборудованием и материалами, которые определяют приблизительное время процесса разложения. Планирование очистки для предотвращения образования загрязнений до начала выпуска изделий является наиболее логичным подходом, и для этого требуется программа, причем проактивная, а не постпроблемная.
Загрязнение — это результат разложения объемов полимера, которые накапливаются в застойных зонах. По мере продолжения процесса разложения образуются слои, которые превращаются в черную или обесцвеченную стеклоподобную массу, которая становится более твердой, аккумулирует тепло и повышает свою адгезию к металлу. Несмотря на распространенное мнение о том, что чистка более жестким полимером или продолжение процесса производства изделий приведут к удалению таких скоплений, данный подход только ускоряет процесс их образования и роста. Как правило, это приводит к тому, что зона деструкции расширяется, и загрязнение попадает в поток расплава, образуя черные или обесцвеченные частицы, которые начинают появляться в детали. Факторами, способствующими деструкции, являются износ шнека и цилиндра.
Краситель, добавляемый в полимер, содержит частицы пигмента, каждая из которых обладает индивидуальными характеристиками, зависящими от температуры, напряжения сдвига и текучести расплава. Хотя они стабильны при определенной температуре процесса, как только эти пигменты попадают в застойные зоны, они подвергаются постоянному воздействию повышенных температур, что может изменить их фактический внешний вид. Когда они отрываются, попадают в поток расплава полимера и смешиваются с первичными частицами пигмента, они создают явное искажение желаемого цвета, что приводит к браку деталей.
Внедрение программы планового профилактического обслуживания (ППО) требует предварительного анализа; из-за большого количества переменных, связанных с этим, в определенной степени приходится прибегать к методу проб и ошибок. Определение необходимой частоты профилактических работ для устранения накопления загрязнений, как правило, может осуществляться еженедельно, оцениваться, а затем корректироваться на основе результатов. Создание эффективной программы требует постоянного совершенствования, понимания того, какие продукты для очистки следует использовать, а также сбора и анализа данных и внесения соответствующих корректировок. Для очистки цилиндра и шнека используется механический метод очистки, после чего в манифолды (коллекторы), системы горячих каналов, экструзионную оснастку добавляется химический или гибридный компаунд. Интеграция мероприятий по очистке при остановке и запуске производства для поддержания чистоты шнека и цилиндра является важной частью программы ППО и настоятельно рекомендуется [1].
Механическая термическая очистка
Механическая термическая очистка заключается в непосредственном ручном или инструментальном воздействии на открытые и доступные части оборудования и оснастки в собранном или демонтированном виде при повышенной температуре. В этом случае для нагревания полимера часто используют горелки. При этом необходимо помнить, что очистка пламенем может влиять на свойства металлов и механическую прочность деталей (особенно при воздействии на биметаллический шнек). Кроме того, локальный нагрев пламенем вызывает перегрев, что может привести к деформации.
Очистка без дополнительных средств
Существует несколько типов процедур очистки цилиндра на основе лайфхаков.
В некоторых случаях в цилиндре могут создаваться «вихревые» токи в местах с меньшей обтекаемостью, поэтому будет эффективным пульсирующее изменение скорости вращения шнека от низкой к высокой. Колебания производительности приводят не только к изменению объема потока, но и вязкости. Например, вязкость значительно выше при очень низких скоростях сдвига (низких оборотах шнека), что создает дополнительное давление при очистке. Для повышения эффективности этого метода можно использовать колебания температуры цилиндра и оснастки (для экструзии). Например, временное повышение температуры оснастки может улучшить качество очистки, поскольку это оказывает лишь незначительное влияние на температуру и вязкость расплава полимера — за исключением случаев, когда он находится непосредственно у стенок.
В литье под давлением загрязнения часто скапливаются в области запорного кольца и сопла. В этом случае более эффективным при очистке становится использование небольших объемов впрыска: при этом повышается частота работы кольца и воздействие на потенциальные нагары.
Очистка при помощи компаундов
Методы очистки с применением специальных компаундов делят на 3 следующие группы:
— механическая (производится за счет воздействия твердых минеральных или стеклоподобных частиц);
— химическая очистка (осуществляется при помощи химической реакции);
— гибридная (объединяет преимущества и недостатки обоих методов).
К сожалению, не существует универсального компаунда, одинаково эффективно работающего со всеми материалами при всех видах переработки на любом оборудовании.
Эффективность очистки можно оценить по параметрам, приведенным в табл. 1.
В каждом из указанных методов очистки по-разному реализованы указанные параметры. Их сравнение в балльной форме приведено в табл. 2. Видно, что общая итоговая оценка близка для каждого из методов и имеет диапазоны, возникающие из-за потенциально различного результата в разных процессах и с разным полимерным сырьем. Таким образом, подтверждается вывод об отсутствии универсального компаунда.
Какой же метод выбрать для очистки? Как это часто бывает в случае близких вариантов решения, оптимальная функция объединяет все эти варианты.
Для процессов литья под давлением, экструзии или выдувного формования рекомендуется придерживаться следующей программы, основанной на вышеописанной системе планового профилактического оборудования:
— во-первых, регулярная чистка механическим или гибридным компаундом. На этом этапе удаляются крупные загрязнения и нагары;
— во-вторых, периодическая очистка до, во время и после производственного цикла каждые 2-3 дня химическим или гибридным компаундом;
— во-вторых, полная очистка от глубоких загрязнений химическим компаундом каждые 3-4 недели;
— в-четвертых, герметизация цилиндра при длительных остановах с помощью компаунда без стекловолокна («стоп-концентрат») для удаления кислорода из цилиндра с целью предотвращения окисления, а также для предотвращения образования нагара на начальных стадиях. Важным является удалить предыдущий материал [2].
Периодичность применения компаундов, указанная в схеме, является ориентировочной и призвана лишь указать соотношения по длительности между применениями различных типов. Реальные значения могут быть выявлены только экспериментальным путем.
Посмотреть в журнале
Сергей ТРИФОНОВ,
директор испытательной
лаборатории ООО «ПолимерФизик
Руссланд», руководитель учебного
центра ООО «Академия пластмасс»
Переработчики пластмасс понимают, что очистка является неизбежным злом и каждый момент простоя оборачивается упущенной выгодой. В связи с этим возникает очевидный вопрос: «Как действовать на опережение, устраняя черные пятна, нагар и разложившийся полимер, а также сводя к минимуму необходимость остановки производства?» Процесс разложения полимера или образования нагара напрямую связан с условиями процесса, оборудованием и материалами, которые определяют приблизительное время процесса разложения. Планирование очистки для предотвращения образования загрязнений до начала выпуска изделий является наиболее логичным подходом, и для этого требуется программа, причем проактивная, а не постпроблемная.
Загрязнение — это результат разложения объемов полимера, которые накапливаются в застойных зонах. По мере продолжения процесса разложения образуются слои, которые превращаются в черную или обесцвеченную стеклоподобную массу, которая становится более твердой, аккумулирует тепло и повышает свою адгезию к металлу. Несмотря на распространенное мнение о том, что чистка более жестким полимером или продолжение процесса производства изделий приведут к удалению таких скоплений, данный подход только ускоряет процесс их образования и роста. Как правило, это приводит к тому, что зона деструкции расширяется, и загрязнение попадает в поток расплава, образуя черные или обесцвеченные частицы, которые начинают появляться в детали. Факторами, способствующими деструкции, являются износ шнека и цилиндра.
Краситель, добавляемый в полимер, содержит частицы пигмента, каждая из которых обладает индивидуальными характеристиками, зависящими от температуры, напряжения сдвига и текучести расплава. Хотя они стабильны при определенной температуре процесса, как только эти пигменты попадают в застойные зоны, они подвергаются постоянному воздействию повышенных температур, что может изменить их фактический внешний вид. Когда они отрываются, попадают в поток расплава полимера и смешиваются с первичными частицами пигмента, они создают явное искажение желаемого цвета, что приводит к браку деталей.
Внедрение программы планового профилактического обслуживания (ППО) требует предварительного анализа; из-за большого количества переменных, связанных с этим, в определенной степени приходится прибегать к методу проб и ошибок. Определение необходимой частоты профилактических работ для устранения накопления загрязнений, как правило, может осуществляться еженедельно, оцениваться, а затем корректироваться на основе результатов. Создание эффективной программы требует постоянного совершенствования, понимания того, какие продукты для очистки следует использовать, а также сбора и анализа данных и внесения соответствующих корректировок. Для очистки цилиндра и шнека используется механический метод очистки, после чего в манифолды (коллекторы), системы горячих каналов, экструзионную оснастку добавляется химический или гибридный компаунд. Интеграция мероприятий по очистке при остановке и запуске производства для поддержания чистоты шнека и цилиндра является важной частью программы ППО и настоятельно рекомендуется [1].
Механическая термическая очистка
Механическая термическая очистка заключается в непосредственном ручном или инструментальном воздействии на открытые и доступные части оборудования и оснастки в собранном или демонтированном виде при повышенной температуре. В этом случае для нагревания полимера часто используют горелки. При этом необходимо помнить, что очистка пламенем может влиять на свойства металлов и механическую прочность деталей (особенно при воздействии на биметаллический шнек). Кроме того, локальный нагрев пламенем вызывает перегрев, что может привести к деформации.
Очистка без дополнительных средств
Существует несколько типов процедур очистки цилиндра на основе лайфхаков.
В некоторых случаях в цилиндре могут создаваться «вихревые» токи в местах с меньшей обтекаемостью, поэтому будет эффективным пульсирующее изменение скорости вращения шнека от низкой к высокой. Колебания производительности приводят не только к изменению объема потока, но и вязкости. Например, вязкость значительно выше при очень низких скоростях сдвига (низких оборотах шнека), что создает дополнительное давление при очистке. Для повышения эффективности этого метода можно использовать колебания температуры цилиндра и оснастки (для экструзии). Например, временное повышение температуры оснастки может улучшить качество очистки, поскольку это оказывает лишь незначительное влияние на температуру и вязкость расплава полимера — за исключением случаев, когда он находится непосредственно у стенок.
В литье под давлением загрязнения часто скапливаются в области запорного кольца и сопла. В этом случае более эффективным при очистке становится использование небольших объемов впрыска: при этом повышается частота работы кольца и воздействие на потенциальные нагары.
Очистка при помощи компаундов
Методы очистки с применением специальных компаундов делят на 3 следующие группы:
— механическая (производится за счет воздействия твердых минеральных или стеклоподобных частиц);
— химическая очистка (осуществляется при помощи химической реакции);
— гибридная (объединяет преимущества и недостатки обоих методов).
К сожалению, не существует универсального компаунда, одинаково эффективно работающего со всеми материалами при всех видах переработки на любом оборудовании.
Эффективность очистки можно оценить по параметрам, приведенным в табл. 1.
В каждом из указанных методов очистки по-разному реализованы указанные параметры. Их сравнение в балльной форме приведено в табл. 2. Видно, что общая итоговая оценка близка для каждого из методов и имеет диапазоны, возникающие из-за потенциально различного результата в разных процессах и с разным полимерным сырьем. Таким образом, подтверждается вывод об отсутствии универсального компаунда.
Какой же метод выбрать для очистки? Как это часто бывает в случае близких вариантов решения, оптимальная функция объединяет все эти варианты.
Для процессов литья под давлением, экструзии или выдувного формования рекомендуется придерживаться следующей программы, основанной на вышеописанной системе планового профилактического оборудования:
— во-первых, регулярная чистка механическим или гибридным компаундом. На этом этапе удаляются крупные загрязнения и нагары;
— во-вторых, периодическая очистка до, во время и после производственного цикла каждые 2-3 дня химическим или гибридным компаундом;
— во-вторых, полная очистка от глубоких загрязнений химическим компаундом каждые 3-4 недели;
— в-четвертых, герметизация цилиндра при длительных остановах с помощью компаунда без стекловолокна («стоп-концентрат») для удаления кислорода из цилиндра с целью предотвращения окисления, а также для предотвращения образования нагара на начальных стадиях. Важным является удалить предыдущий материал [2].
Периодичность применения компаундов, указанная в схеме, является ориентировочной и призвана лишь указать соотношения по длительности между применениями различных типов. Реальные значения могут быть выявлены только экспериментальным путем.
Посмотреть в журнале