6. Wytłaczanie
1. Wiadomości wstępne
Wytłaczanie jest metodą przetwórstwa polegającą na ciągłym uplas-
tycznianiu tworzywa w układzie uplastyczniającym i przepychaniu go
przez kanały głowicy wytłaczarskiej. Proces wytłaczania przebiega
w wytłaczarkach, gdzie narzędziem jest głowica wytłaczarska zaopat-
rzona w dyszę wytłaczarską, a otrzymany przedmiot nosi nazwę wy-
tłoczyny. Tą metodą otrzymuje się między innymi pręty, rury, kształ-
towniki otwarte i zamknięte, płyty, folie.
Wytłaczarka składa się z dwóch podstawowych układów: układu
uplastyczniającego i układu napędowego. Liczba funkcji układu upla-
styczniającego oraz jego podstawowe znaczenie dla całego procesu
przetwórstwa powoduje, \
e mo\
liwych jest wiele rozwiązań kon-
strukcyjnych układu. Układy uplastyczniające dzieli się ogólnie na-
stępująco:
- układ ślimakowy (jedno- lub wieloślimakowy),
- układ bezślimakowy (tłokowy, tarczowy, pierścieniowy, wirnikowy,
planetarny),
- układ mieszany (tłokowo-ślimakowy, ślimakowo-tarczowy).
Układ uplastyczniający wytłaczarki powinien spełniać następujące
funkcje:
a) nagrzewanie  które prowadzi do zapewnienia zadanego przebiegu
zmian stanów fizycznych tworzywa przetwarzanego;
b) sprę\
anie  mające na celu wytwarzane w tworzywie przetwarzanym
zadanego przebiegu zmian ciśnienia, określonego wartością
ciśnienia
;
i jego pulsacjąj
c) mieszanie  prowadzone w celu homogenizacji, czyli ujednorod- w okolicy zasobnika jest chłodzony wodą (6). Wentylatory (7) ułatwiają
sterowanie procesami cieplnymi w układzie uplastyczniającym.
nienia składu i właściwości, głównie cieplnych oraz mechanicznych;
śądany kształt i wymiary w przekroju poprzecznym nadaje wyt-
d) transportowanie  tj. przemieszczenie tworzywa przez układ uplas
łoczynie dysza głowicy wytłaczarskiej przy uwzględnieniu efektu Barusa
tyczniający z uzyskaniem na jego końcu potrzebnej prędkości wy
i zjawiska skurczu. Głowica wytłaczarska jest narzędziem przetwórczym
pływu tworzywa z określonym natę\
eniem i ustaloną fluktuacją
z otwartym gniazdem formującym mocowanym bezpośrednio do układu
temperatury oraz pulsacją ciśnienia tworzywa.
uplastyczniającego wytłaczarki.
Podstawowe znaczenie ma obecnie uplastycznienie ślimakowe. Ty-
powy układ uplastyczniający (rys. 6.1) składa się z zespołu mechanicz-
nego, który tworzą cylinder (2) i obracający się ślimak (1), zespołu
nagrzewająco-ochładzającego, który tworzą nagrzewnice lub grzejniki
(3), urządzeń sterowniczych oraz urządzeń pomocniczych, np. zaworów
odgazowujących.
Rys. 62. Schemat wytłaczarki jednoślimakowej: 1 - ślimak, 2 - zasobnik tworzywa,
3 - przekładnia zębata, 4 - przekładnia pasowa, 5 - silnik elektryczny, 6 - chłodzenie
strefy zasilania, 7  wentylator, 8 - głowica wytłaczarska
Rys. 6.1. Schemat typowego układu uplastyczniającego ślimakowego: 1  ślimak,
2  cylinder, 3  grzejniki, 4  zasobnik tworzywa, 5  ruch finalny tworzywa
W zale\
ności od sposobu prowadzenia wytłoczonego strumienia
przetwarzanego, 6  ruch obrotowy ślimaka, 7  ruch liniowy postępowo-
tworzywa wyró\
nia się następujące rodzaje głowic wytłaczarskich: gło-
zwrotny ślimaka
wice podłu\
ne (proste), głowice skośne (kątowe), głowice poprzeczne
i
(krzy\
owe).
Na rys. 6.2. przedstawiono klasyczną wytłaczarkę jednoślimakową
Głowice wytłaczarskie mo\
na podzielić tak\
e w zale\
ności od otrzy-
z zaznaczonym narzędziem. Ślimak (1) wykonuje ruch obrotowy, który
manego wytworu na: głowice do wytłaczania kształtowników (rur,
jest przekazywany z silnika elektrycznego (5) poprzez przekładnie
prętów, kątowników, profili technicznych), głowice do wytłaczania
pasową (4) i przekładnie do bezstopniowej regulacji obrotów. Budowane
z rozdmuchiwaniem folii, głowice do wytłaczania z rozdmuchiwaniem
są równie\
wytłaczarki, w których liczbę obrotów ślimaka reguluje się
folii, głowice do wytłaczania z rozdmuchiwaniem pojemników, głowice
za pomocą układu elektrycznego lub układu hydraulicznego. Prędkość
do wytłaczania płyt i folii płaskiej, głowice do wytłaczania powlekają-
obrotowa ślimaka dobiera się w zale\
ności od rodzaju przetwarzanego
cego kabli i płyt, głowice do granulacji, głowice do wytłaczania siatek.
tworzywa. Powinna ona być taka, aby prędkość obwodowa zawierała
Do głównych zespołów funkcjonalnych głowic zalicza się: - zespół
się w granicach 0,3-0,8 m/s. Aby granulat tworzywa w zasobniku (2)
formujący (dysza), którego cechą charakterystyczną jest wy-
nie ogrzewał się i uplastyczniał, a przez to nie zlepiał i nie utrudniał
stępowanie strefy prowadzenia równoległego, w której wymiary
pobrania ich przez ślimak w strefie zasilania, a ciepło z układu upla-
poprzeczne kanałów przepływowych są stałe,
styczniającego nie przenosiło się do układu napędowego, cylinder
strumienia, np. średnicy Ds wytłoczyny do odpowiadającego mu
wymiaru kanału dk
(6-1)
stosunkiem pola powierzchni przekroju
poprzecznego strumienia As do pola powierzchni przekroju
poprzecznego kanału Ak
c)
(6.2)
Na skutek tego efektu przekrój
poprzeczny wytłoczyny nie jest równy przekrojowi poprzecznemu
wylotu dyszy (rys. 6.4). Dlatego te\
w praktyce in\
ynierskiej, wykonuje
się wstępne formowanie dyszy, a następnie koryguje jej wymiary w
Rys. 6.3. Schematy głowic o przekroju wyjściowym pierś-
bezpośrednich próbach z danym tworzywem na określonej
cieniowym: a) głowica prosta trzpieniowa, b) głowica prosta
wytłaczarce.
 kosz-sito", c) głowica krzy\
owa, d) głowica śrubowa
 zespół kanałów doprowadzających i rozprowadzających uplastycz
nione tworzywo (kanały przepływowe głowicy),
 obudowa (korpus głowicy), zaopatrzona w elementy łączące głowice
z układem uplastyczniającym wytłaczarki,
 zespół nagrzewająco-ochładzający oraz pomiaru i regulacji tem
peratury,
 elementy ustalające, centrujące, łączące i pomocnicze,
 zespoły uzupełniające, np.: zespół napędu obrotowego rdzenia, siłow
niki hydrauliczne.
Na końcowy kształt wytłoczyny du\
y wpływ ma oprócz skurczu,
równie\
efekt Barusa, który ilościowo bywa określany ró\
nymi wzorami
Rys. 6.4. Przekrój poprzeczny: a) dyszy, b) wytłoczyny
w zale\
ności od przyjętej konwencji i mo\
liwości pomiarowych. Efekt
Barusa polega na tym, \
e na wylocie z dyszy głowicy wytłaczarskiej
Proces wytłaczania jest realizowany w Uniach technologicznych
następuje nagłe rozszerzenie wypływającego tworzywa, do przekroju
wytłaczania. Przebiega on prawidłowo, gdy spełnione są następujące
nawet o kilkaset procent większego od przekroju dyszy.
warunki: przetwarzane tworzywo powinno być odpowiednio uplastycz-
Wartość liczbowa efektu Barusa /?, zwana te\

nione, a ciśnienie jakiemu jest ono poddawane wystarczająco du\
e, aby
współczynnikiem rozszerzenia strumienia, bywa określana
uzyskać wytłoczynę jednorodnie zagęszczoną z mo\
liwie du\
ym wydat-
najczęściej:
kiem. Wytwór wychodzący z głowicy wytłaczarskiej jest plastyczny,
 stosunkiem wymiaru charakterystycznego przekroju poprzecznego
62
63
dlatego dla zestalenia i odbierania go konieczne są urządzenia uzupeł-
niające, to jest urządzenia kalibrujące, urządzenia chłodzące, odciąga-
jące, przecinające, układające. Zestawione z wytłaczarką tworzą one
linię technologiczną wytłaczania. Budowa i działanie urządzeń uzupeł-
niających zale\
y od rodzaju i kształtu wytworu, a tak\
e od właściwości
przetwarzanego tworzywa (rys. 6.5).
Rys. 6.5. Schemat linii technologicznej wytłaczania kształtowników: 1  mieszarka,
2  zasobnik tworzywa, 3  wytłaczarka z głowicą, 4  kalibratoi, 5  urządzenie
chłodzące, 6  urządzenie odbierające, 7  urządzenie do znakowania, 8  przecinarka,
Rys. 6.6. Wygląd ogólny stanowiska technologicznego do wytłaczania rur 1  układ
9  urządzenie układające lub np. w przypadku wytłaczania rur urządzenie kielichujące
napędowy wytłaczarki, 2  urządzenie sterownicze, 3  układ uplastyczniający,
4  głowica wytłaczarską, 5  urządzenie chłodzące (wanna chłodząca)
Wytłaczarka mo\
e być zaopatrywana równie\
tworzywem wprowa-
dzanym bezpośrednio do zasobnika i wówczas Unia nie ma mieszarki
i zbiornika tworzywa. Pomiędzy wytłaczarką i głowicą wytłaczarską
2.1. Maszyna
mo\
na umieścić pompę zębatą (np. o wydajności 0,5-*-4600 kg/h i ciś-
nieniu do 35 MPa), co likwiduje pulsację ciśnienia i natę\
enia przepływu
Głównym elementem składowym Unii do wytłaczania rur jest wy-
tworzywa. W takim przypadku funkcję sprę\
ania przyjmuje pompa
tłaczarka jednoślimakowa T-32-25. Jest ona przeznaczona do wytłacza-
zębata, w związku z czym zwiększa się natę\
enie przepływu tworzywa
nia tworzyw termoplastycznych w postaci granulatu. Cylinder układu
w układzie uplastyczniającym.
uplastyczniającego wytłaczarki wykonany ze stali narzędziowej jest
osadzony w obsadzie cylindra. Obsada cylindra posiada na obwodzie
komorę, która stanowi wstępną strefę chłodzenia wodą lub powietrzem.
2. Stanowisko badawcze
Zapobiega to przedostawaniu się ciepła z cyUndra do zasobnika z two-
rzywem. Ślimak układu uplastyczniającego jest wykonany ze stali
narzędziowej, azotowany i polerowany do wysokiej gładkości.
Laboratoryjne stanowisko badawcze wytłaczania stanowi Unia tech-
Aby zapewnić ciągły, prawidłowy proces wytłaczania układ uplas-
nologiczna do wytłaczania rur z tworzyw termoplastycznych. W jej
tyczniający jest wyposa\
ony w zespół nagrzewająco-ochładzający. Po-
skład wchodzi wytłaczarka z głowicą prostą trzpieniową, urządzenie
niewa\
podczas procesu wytłaczania mo\
e nastąpić przegrzanie po-
chłodzące (wanna chłodząca), urządzenie odbierające (rys. 6.6).
szczególnych stref cylindra, w celu szybkiego wyrównania temperatury
zastosowano chłodzenie przy pomocy powietrza nadmuchiwanego
z wentylatora.
64
Do napędu wytłaczarki słu\
y silnik elektryczny prądu przemiennego
trójfazowy o następującej charakterystyce: napięcie zasilania 380 V,
częstotliwość 50 Hz, prędkość obrotowa (regulowana bezstopniowo)
, moc 5,5 kW.
a)
Wytłaczarka słu\
y do wytłaczania wytworów osiowosymetrycznych
(rur, prętów), ponadto charakteryzuje się du\
ym stopniem unifikaqi
części, Regulacja prędkości obrotowej ślimaka jest bezstopniowa, nato-
miast zakres prędkości obrotowej uzale\
niony jest od przeło\
enia
wymiennej pary walcowych kół zębatych. Podstawowe wielkości cha-
rakteryzujące wytłaczarkę przedstawiono w tablicy 6.1.
Tablica 6.1
Podstawowe dane techniczne wytłaczarki T-32-25
Lp. Wielkość charakterystyczna Jednostka Wartość
1 Wydajność kg/h 3 12
2 Średnica ślimaka mm 32
Stosunek długości do średnicy
3  25
ślimaka
4 Obroty ślimaka 0,55 2,00
.5 Dość stref grzejnych cylindra  4
6 Moc silnika napędowego kW 5,5
7 Moc grzejników cylindra kW 4
8 Masa wytłaczarki kg 840
2.2. Narzędzie
W stanowisku badawczym do wytłaczania układ narzędziowy sta-
Rys. 6.7. Głowica prosta trzpieniowa do wytłaczania rur: a) schemat
głowicy, b) wygl%d ogólny: 1  rdzeń formujący, 2  kołnierz docis-
nowi głowica wytłaczarska prosta trzpieniowa do rur (rys. 6.7) z dy-
kający, 3  dysza, 4  rozdzielacz, 5  korpus  część tylna, 6  filtr,
szą o średnicy wewnętrznej dw  13,8 mm, średnicy zewnętrznej
7  łącznik, 8  grzejnik elektryczny, 9 - korpus  część środkowa
Dz - 19,5 mm.
66
67
2.3. Próbki
4. Wyniki
Tworzywem wejściowym w procesie wytłaczania jest tworzywo
Wyniki pomiarów masowego i objętościowego natę\
enia przepływu,
termoplastyczne w postaci granulatu. Zalecane warunki wytłaczania rur
wartości liczbowej efektu Barusa nale\
y zestawić w tablicy znajdującej
z tych tworzyw przedstawiono w tablicy 6.2. Próbkami badawczymi są
się w protokóle pomiarów.
odcinki wytłoczyny otrzymane w procesie wytłaczania przy zmieniającej
Wartość liczbową efektu Barusa (%) wyznaczyć z zale\
ności (6.2)
się prędkości obrotowej ślimaka.
Tablica 6.2
Warunki wytłaczania nur z niektórych tworzyw
Temperatura tworzywa, �< Ciśnienie tworzywa
Rodzaj tworzywa
przed głowicą, MPa
w której:
I II IV V
ni
As  pole powierzchni przekroju poprzecznego tworzywa wypływają-
PE-LD 130 94-15
125 125 130 135
PE-HD 165 104-18
140 160 165 170 cego z dyszy, mm2, Ak  pole powierzchni przekroju poprzecznego
PVC twardy 1754-185 104-20
155 165 180 185
dyszy głowicy wy-
PVC zmiękczony 1504-160 54-12
175 165 160 160
tłaczarskiej, mm2.
2204-230 154-20
PP 185 200 230 240
Masowe natę\
enie przepływu G (kg/s) badanego tworzywa wy-
znaczyć z zale\
ności
3. Przebieg ćwiczenia
(6.3)
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z procesem wytłaczania tworzyw
w której:
termoplastycznych na przykładzie wytłaczania rur.
m  masa wytłoczonego tworzywa, kg,
W celu wykonania ćwiczenia nale\
y wykonać następujące czynności: T  czas wytłaczania, s.
 sprawdzić wszystkie połączenia i zespoły linii technologicznej wy Objętościowe natę\
enie przepływu Wbadanego tworzywa
tłaczania,
 załadować tworzywo do zasobnika wytłaczarki,
wyznaczyć z zale\
ności
 włączyć zespół nagrzewąjąco-ochładzający układu uplastyczniają
cego,
(6.4)
 ustalić warunki procesu wytłaczania (temperatura układu uplastycz
w której:
niającego i głowicy w poszczególnych strefach, prędkość obrotowa
(6.5)
ślimaka),
 rozpocząć proces wytłaczania,
temperatura
 zmieniać prędkość obrotową ślimaka, podczas procesu wytłaczania tworzywa przy wyjściu z dyszy wytłaczarki,
i odczytać jej wartość za pomocą multitachometru,
temperatura w której
 wyznaczyć masowe G i objętościowe W natę\
enie przepływu
współczynnik rozszerzalności cieplnej
tworzywa,
objętościowej równy
 wyznaczyć wartość liczbową efektu Barusa
0,69 " 10"3.
 otrzymane wyniki wpisać do tablicy 1 w protokóle pomiarów.
68
Prędkość obrotową ślimaka v wyznaczyć za pomocą multitachomet-
Politechnika Lubelska Katedra Przetwórstwa Tworzyw
ru, na nakiełku wału, będącego przedłu\
eniem ślimaka układu uplas-
Wielkocząsteczkowych
tyczniającego.
Laboratorium Przetwórstwa Tworzyw Wielkocząsteczkowych
5. Sprawozdanie
Temat ćwiczenia: Nr ćwiczenia Data wykonania
6
Wytłaczanie
Prawidłowo sporządzone sprawozdanie powinno zawierać:
 cel ćwiczenia,
Nazwisko i imię Ocena Grupa Semestr
 podstawowe warunki procesu wytłaczania,
 przebieg procesu wytłaczania,
 przebieg oznaczania masowego i objętościowego natę\
enia prze
Rok akademicki
pływu tworzywa, wartości liczbowej efektu Barusa,
 wyniki pomiarów zestawione w tablicy,
 interpretację wyników oznaczania w postaci wykresu zale\
ności
masowego i objętościowego natę\
enia przepływu tworzywa, licz
bowej wartości efektu Barusa od zmiany prędkości obrotowej śli
maka układu uplastyczniającego wytłaczarki,
1. Cel ćwiczenia
 wnioski wynikające z przeprowadzonego procesu wytłaczania.
6, Literatura
2. Przebieg ćwiczenia
1. Sikora R.: Przetwórstwo tworzyw wielkocząsteczkowych. Wydaw
nictwo Edukacyjne. Warszawa 1993.
2. Stasiek J.: Stan rozwoju układów uplastyczniających wytłaczarek
jednoślimakowych. Polimery 1995, 4, s. 214.
3. Dokumentacja techniczno-ruchowa wytłaczarki T-32-25.
71
70