plik


Poradnik przetwrcy tworzyw sztucznych Wybrane problemy procesu WytBaczania tWorzyW polimeroWych n cz. 1. ukBad uplastyczniajcy wytBaczarki Popularn metod przetwrstwa tworzyw sztucznych jest wytBaczanie. Nie jest wbrew pozorom pro- cesem prostym do przeprowadzenia w praktyce i mo|e si wiza z problemami zwizanymi z ukBa- dem uplastyczniajcym wytBaczarki lub z procesem formowania materiaBu polimerowego. Te pierw- sze trudno[ci zwizane s z mechanicznym zu|yciem elementw maszyn przetwrczych, stabilno[ci caBego procesu oraz jego optymalizacj, tzn. doborem odpowiednich parametrw procesu oraz pa- rametrw geometrycznych elementw wytBaczarki. n czynnikw, zwizanych z ukBadem WytBaczanie Jest to cigBy proces otrzymy- [limak  cylinder wytBaczarki. wania wyrobw lub pBwyro- n bw z tworzyw polimerowych, zu|ycie mecha- polegajcy na uplastycznieniu niczne ukBadu upla- materiaBu w ukBadzie uplastycz- styczniajcego wy- niajcym wytBaczarki, a nastp- tBaczarki nie jego uformowaniu poprzez UkBad uplastyczniajcy wytBa- wyci[nicie przez gBowic za- czarki to jeden z jej najwa|niej- koDczon odpowiednio uksztaB- szych ukBadw, speBniajcy czte- towanym ustnikiem. ry podstawowe funkcje: WytBaczanie [limakowe jest 1. ogrzewanie tworzywa do jedn z najbardziej rozpowszech- bilno[ci wymiarowej. WytBaczar- 1. problemy zwizane z ukBadem stopienia i do wymaganej nionych metod przetwrstwa two- ka jest obiektem trudnym do ste- uplastyczniajcym wytBaczar- przez proces temperatury, rzyw polimerowych, znajdujc rowania. Pojawiajce si niestabil- ki, tj. jej zu|yciem mechanicz- 2. spr|anie tworzywa w celu zastosowanie przede wszystkim no[ci s czsto wywoBane czynni- nym, stabilno[ci caBego pro- usunicia powietrza spomi- do produkcji r|nego typu ksztaB- kami niezale|nymi od przetwr- cesu oraz jego optymalizacj, dzy jego ziaren i wytworzenia townikw, takich jak rury, pByty, cy, jak np. wahaniami napicia za- tzn. doborem odpowiednich w nim ci[nienia wystarczaj- ta[my, folie. Proces wykorzystuje silajcego maszyn. Agresywne parametrw procesu oraz pa- cego dla pokonania oporw si ponadto do produkcji r|nego warunki panujce w maszynie, rametrw geometrycznych przepBywu przez gBowic, typu pojemnikw, butelek oraz do tj. wysoka temperatura, du|e ci- elementw wytBaczarki, 3. mieszanie stopionego two- powlekania kabli elektrycznych. [nienie, znaczne napr|enia [ci- 2. problemy zwizane z proce- rzywa w celu zapewnienia Proces wytBaczania nie jest najce oraz czsto obecno[ r|- sem formowania materiaBu jednorodno[ci jego skBadu wbrew pozorom procesem pro- nych napeBniaczy, jak wBkna polimerowego, tzn. kon- i temperatury, stym do przeprowadzenia w prak- szklane, kaolin i inne powoduj strukcj gBowicy oraz ustni- 4. dostarczanie tworzywa do tyce. Lepkospr|yste wBa[ciwo[ci przy[pieszone zu|ycie maszyn ka ksztaBtujcego wyrb gBowicy ze staB prdko[ci. stopionych polimerw oraz cz- przetwrczych. (efekt pcznienia strugi) oraz sto zBo|one lub du|e gabarytowo Producenci sprztu do prze- skurczem wytBaczarskim, jak W wytBaczarkach najcz[ciej ksztaBty otrzymywanych profili twrstwa tworzyw polimero- rwnie| odpowiedni kon- stosuje si [limakowe ukBady sprawiaj r|norodne problemy wych oraz przetwrcy musz, strukcj kalibratorw. uplastyczniajce, zbudowane w procesie ich otrzymywania, zatem zmaga si z r|nego typu z cylindra, [limaka, leja zasypo- szczeglnie z punktu widzenia problemami, ktre podzieli W niniejszym artykule om- wego, ukBadu grzewczego oraz odwzorowania ksztaBtu oraz sta- mo|na umownie na dwie grupy: wiona zostanie pierwsza grupa chBodzcego. Spo[rd tych ele- 52 PlastNews 7/8 2008 Poradnik przetwrcy tworzyw sztucznych mentw najwikszemu zu|yciu warunkach, [limaki oraz cylin- Typow krzyw zu|ycia [li- n ulegaj [limaki. dry ulegaj r|nym rodzajom zu- maka wytBaczarki jedno[limako- o |ycia, ktre ze wzgldu na jego wej na jego dBugo[ci przedstawio- o n o o tarcia przyczyny podzieli mo|na na: no na rys. 1. Maksimum zu|ycia n n n n o Zu|ywanie si elementw ukBa- n zu|ycie [cierne, spowodowa- wystpujce mniej wicej pod ko- du uplastyczniajcego wytBaczar- ne tarciem tworzywa w stanie niec strefy zasilania wynika ki, gBwnie zu|ycie [cierne, sta- staBym o [limak i cylinder; ma z wzrastajcego ci[nienia mate- nowi istotne zagadnienie zarw- miejsce gBwnie w strefach za- riaBu w tej strefie, a wic z wzra- no z punktu widzenia zapewnie- silania (zawsze) i dozowania stajcymi oddziaBywaniami [cier- nia odpowiednich warunkw (przetwrstwo polimerw nymi pomidzy staBymi czstka- technologicznych, jak rwnie| z napeBniaczami staBymi), mi polimeru a materiaBem [lima- ekonomiki caBego procesu. Pod- n zu|ycie erozyjne, majce miej- ka. W strefie uplastyczniania za- czas pracy ukBadu uplastycznia- sce gBwnie w procesach wy- czyna tworzy si materiaB w sta- o o n n o jcego, gBwn rol odgrywa tar- tBaczania polimerw z twardy- nie pBynnym, ktry dziaBajc jak n o cie pomidzy tworzywem a [li- mi napeBniaczami staBymi smar zmniejsza zu|ycie [limaka. makiem oraz cylindrem, wyst- w warunkach du|ych szybko- Ponowny wzrost zu|ycia pod ko- puje rwnie| tarcie pomidzy [li- [ci obrotowych [limaka; wy- niec strefy dozowania tBumaczo- tarciem swobodnego koDca [li- makiem a cylindrem. stpuje w strefach uplastycz- ny jest wzrostem oddziaBywaD ko- maka o cylinder. Bardzo du|y Analizujc proces tarcia po- niania i dozowania, a zu|yciu rozyjnych dla polimerw niena- wpByw na stopieD zu|ycia ma midzy tworzywem a elementami podlegaj gBwnie krawdzie peBnianych oraz zu|yciem [cier- obecno[ i ilo[ materiaBu wtr- ukBadu uplastyczniajcego, nale|y boczne zwojw [limaka, nym dla tworzyw napeBnionych, nego w polimerze (obecno[ n rozr|ni tarcie w strefie transpor- zu|ycie korozyjne, stanowice bdcych m.in. wynikiem wzro- [ciernych zanieczyszczeD), rodzaj tu tworzywa staBego (zasilania) od wynik reakcji chemicznej po- stu intensyfikacji warunkw prze- i ilo[ napeBniacza oraz rodzaj tarcia w strefach uplastyczniania midzy metalem a uwalnian pBywu, jak rwnie| mo|liwym materiaBu powierzchniowego, i dozowania, gdzie materiaB wyst- z materiaBu par wodn, pro- puje ju| w stanie plastycznopByn- duktami degradacji polime- nym. Bardzo istotne jest rwnie| rw jak tlen czy chlorowodr oddziaBywanie napeBniaczy oraz czy wreszcie niektrymi do- ewentualnych zanieczyszczeD wy- datkami, jak plastyfikatory czy stpujcych w tworzywie. Nato- antypireny polimerowe; zaata- miast tarcie pomidzy [limakiem kowane korozyjnie powierzch- a cylindrem mo|e wystpi szcze- nie stali s szczeglnie podat- glnie w momencie rozruchu ma- ne na zrywanie [cierne, ktre szyny, jak rwnie| w przypadku powoduj przede wszystkim tzw. wyboczenia [limaka, ktre napeBniacze mineralne; zjawi- mogBo mie miejsce np. w wyniku ska te obserwowane s gBow- zamontowania w wytBaczarce gBo- nie w strefie dozowania, n wicy o znacznym ci|arze bez jej zu|ycie zmczeniowe, ktre podparcia lub te| w wyniku nie- mo|e mie miejsce w wyniku odpowiedniego wykonania, czy niewBa[ciwego wyboru mate- te| monta|u poszczeglnych ele- riaBu konstrukcyjnego lub nie- mentw ukBadu. odpowiednich warunkw w procesie wytwarzania [lima- zu|ycie kw; prawdopodobieDstwo Tworzywo podczas procesu prze- uszkodzeD wzmaga si, gdy twrstwa poddawane jest oddzia- brak jest strefy przej[ciowej Bywaniom cieplnym i mechanicz- pomidzy utwardzon war- nym, ktrych charakter na dBu- stw wierzchni [limaka a ma- go[ci [limaka ulega zmianie  teriaBem podBo|a - wskutek materiaB ulega stopieniu, zmienia wielokrotnego odksztaBcania si temperatura i ci[nienie mate- warstwy wierzchniej w trakcie riaBu transportowanego w kanale pracy tworz si szczeliny pod- [limaka, mo|e nastpowa uwol- powierzchniowe, co powoduje nienie wody z materiaBu lub jego wykruszenie twardej, ale kru- degradacja. W tak zmiennych chej warstwy wierzchniej. PlastNews 7/8 2008 53 Poradnik przetwrcy tworzyw sztucznych np. [limaki azotowane maj kil- n pulsacje ci[nienia, czyny. Je|eli profil temperatury rowe modelowanie procesw kukrotnie wiksze zu|ycie od [li- n homogenizacja termiczna stopu jest staBy (brak pulsacji), przetwrczych. Stanowi ono nie- makw napawanych odpowied- tworzywa opuszczajcego wahania w ci[nieniu (i nat|e- drogie oraz efektywne narzdzie nimi stopami odpornymi na [cie- wytBaczark, niu przepBywu) prawdopodob- projektowania i badaD. Pakiety n ranie. homogenizacja materiaBowa nie pochodz od jednej albo programowe sBu|ce do tego celu Zu|ycie zwojw [limaka jest (mechaniczna) materiaBu wicej nastpujcych przyczyn: mo|na najoglniej podzieli na n kilkakrotnie (3-6 razy) wiksze opuszczajcego ukBad. wahania przy podawaniu dwie grupy: oglnie zorientowa- ni| jego rdzenia. W ukBadach materiaBu w leju zasypowym ne (o oglnym przeznaczeniu, uplastyczniajcych zu|ywaj si Fluktuacja temperatury (zwykle do poprawienia majce zastosowanie w zasadzie rwnie| cylindry, cho ich zu|y- Jest to wahanie temperatury przez transport wymuszony do dowolnego procesu przetwr- cie jest 2-4-krotnie mniejsze ni| o danym okresie i amplitudzie. w zasobniku), czego) oraz zorientowane na [limakw. W przetwrstwie tworzyw wy- n wahania szybko[ci obroto- okre[lon technik przetwrcz stpuj zarwno fluktuacje krt- wej [limaka (Batwo dostrze- (np. programy modelujce tylko n proces wytBaczania jedno[lima- problemy niestabil- kookresowe (o okresie ok. kilku galne), no[ci procesu upla- sekund i amplitudzie do kilku- n wahania temperatury cylin- kowego, wtryskiwania czy zapeB- styczniania tworzyw nastu C), jak rwnie| niezale|- dra (wahania dBugotrwaBe), niania formy wtryskowej). przy wytBaczaniu ne od nich fluktuacje dBugookre- n nieprawidBowe zaprojekto- Obecnie znanych jest kilka Ocena efektywno[ci procesu upla- sowe (o okresie od kilku do kil- wanie [limaka i / lub warun- programw sBu|cych do mo- styczniania mo|e by dokonana kudziesiciu minut i amplitudzie kw przetwrstwa. delowania procesu wytBaczania na dwa podstawowe sposoby, tj. rwnie| do kilkunastu C). Nie jedno[limakowego : n poprzez analiz tzw. wskaznikw jest jeszcze do koDca wyja[nione programy komputerowe Extrud (Scientific Process & bezpo[rednich oraz po[rednich. powstawanie wahaD temperatu- Oferowane s rwnie| r|ne pro- Research Inc., NJ, USA) Wskazniki bezpo[rednie do- ry. Fluktuacja krtkookresowa gramy komputerowe dla diagno- n Extrucad (Mc Master Uni- tycz wielko[ci fizycznych, kt- nale|y do podstawowych miar zy i usuwania bBdw w procesie versity, Hamilton, Kanada) n re charakteryzuj proces upla- poprawno[ci procesu uplastycz- wytBaczania. Jednym z nich jest REX (Padeborn University, styczniania pod ktem caBo[cio- niania, dla danego tworzywa Xtru-Xpert opracowany przez fir- Niemcy) n wym oraz jego stabilno[ci. Mo|- wzrasta ona wraz ze wzrostem m Polydynamics we wspBpracy Cemextrud (Centre of Ma- na dokonywa ich pomiaru bez- wysoko[ci kanaBu w strefie do- z Polyexpert. U|ytkuje on dwa po- terials Processing, Sophia po[rednio w procesie wytBacza- zowania oraz nat|enia przepBy- ziomy wiedzy: praktyczn wiedz Antipolis, Francja) n nia lub wymagaj prostych prze- wu materiaBu, maleje natomiast z zakBadu produkcyjnego i szybkie SSEM (Politechnika War- liczeD innych mierzonych wiel- wraz ze wzrostem dBugo[ci stre- obliczenia matematyczne realizo- szawska) ko[ci. Najwa|niejsze z nich to: fy dozowania. wane przez rwnania algebraiczne n wydajno[ procesu upla- i formuBy przybli|eD. Systemy te umo|liwiaj pro- styczniania (masowe lub ob- pulsacja ci[nienia Program ten analizuje proble- gnozowanie przebiegu procesu jto[ciowe nat|enie prze- Jest to wahanie ci[nienia materia- my dotyczce zarwno ukBadu wytBaczania na podstawie danych pBywu tworzywa opuszczaj- Bu o amplitudzie do kilku MPa. uplastyczniajcego wytBaczarki warunkw technologicznych tego cego ukBad uplastyczniajcy), Zale|y gBwnie od wBa[ciwo[ci (niestabilno[ci, zu|ycie mecha- procesu, geometrii ukBadu upla- n jednostkowe zu|ycie energii tworzywa, [rednicy [limaka oraz niczne i inne), jak rwnie| trud- styczniajcego i gBowicy oraz wBa- (zu|ycie energii na jednostk jego prdko[ci obrotowej. no[ci zwizane z otrzymanym [ciwo[ci przetwarzanego tworzy- masy tworzywa opuszczaj- Na ogB dla danego materia- profilem (np. efekt  skry rekina , wa. Jako rezultat otrzymuje si cego ukBad uplastyczniajcy), Bu pulsacja ro[nie, a nastpnie widoczne linie Bczenia lub smu- przede wszystkim warto[ nat- n profile ci[nienia i temperatury w strefie dozowania maleje osi- gi pBynicia) oraz posiada dodat- |enia przepBywu tworzywa, zu|y- na dBugo[ci kanaBu [limaka, gajc niewielkie warto[ci na kowy moduB dla procesu wspB- cie mocy oraz profile temperatu- n profil wzgldnej szeroko[ci koDcu tej strefy. Pulsacja ci[nie- wytBaczania. ry, ci[nienia i wzgldnej szeroko- zBo|a staBego (lub stopu) na nia zwykle wywoBuje pulsacj Wskazuje on przyczyn pro- [ci zBo|a staBego na dBugo[ci ka- dBugo[ci kanaBu [limaka. nat|enia przepBywu. blemu poprzez szczegBowe za- naBu [limaka. Programy te nie pytania, obliczenia lub symula- rozwizuj jednak zadania od- Wskazniki po[rednie mwi pulsacja nat|enia cj pakietem Extrucad. wrotnego, tj. nie umo|liwiaj o wielko[ciach fizycznych opi- przepBywu przewidywania warto[ci wej[cio- n sujcych proces uplastyczniania Jest jednym z najwa|niejszych optymalizacja wych na podstawie zadanych z punktu widzenia szczegBo- wskaznikw poprawno[ci pro- procesu wielko[ci wyj[ciowych, nie stwa- wego i niestabilno[ci. Nale| do cesu wytBaczania. Pulsacja nat- wytBaczania rzajc mo|liwo[ci optymalizacji nich przede wszystkim: |enia przepBywu przekBada si Jednym z gBwnych kierunkw procesu. W ostatnich latach pod- n fluktuacje temperatury ma- w prosty sposb na pogorszenie rozwoju przetwrstwa tworzyw jto jednak szereg prac, w tym teriaBu, stabilno[ci wymiarowej wytBo- sztucznych jest obecnie kompute- rwnie| w literaturze polskoj- 54 PlastNews 7/8 2008 Poradnik przetwrcy tworzyw sztucznych n zycznej, ktre umo|liwiaj roz- podsumowanie n n o n o n wizanie takiego zadania, tzn. WytBaczanie tworzyw sztucz- o n on n on n problemu optymalnego doboru nych mo|e wiza si z r|nymi  temperatur stref grzejnych cylin- problemami, w tym zwizanymi dra, prdko[ci obrotowej [limaka z ukBadem uplastyczniajcym oraz wysoko[ci kanaBu w strefie wytBaczarki. Aktualnie badane dozowania pod ktem maksy- s procesy symulacji m.in. pro- malnej wydajno[ci wytBaczania, cesw wytBaczania z rozdmu- minimalnego zu|ycia mocy itp. chiwaniem oraz wytBaczania Generalnie ocena jako[ci pro- dwu[limakowego. Wydaje si, cesu wytBaczania jest bardzo zBo- |e w przyszBo[ci wikszy nacisk |ona. Jednym z gBwnych czynni- powinien zosta poBo|ony na kw odpowiedzialnych za cechy rozwj nowych technologii pro- dorazne oraz odporno[ na sta- jektowania maszyn i zgBbiania rzenie wyrobu s warunki, w ja- narzdzi sztucznej inteligencji. kich tworzywo przebywaBo w wy- Jacek Iwko Politechnika WrocBawska tBaczarce. Warunki te to przede wszystkim ci[nienie, temperatura literatura: 1. E. Bociga, Podstawowe problemy trybologiczne ukBadw oraz czas przebywania tworzywa uplastyczniajcych maszyn przetwrczych, Polimery, 2001, 46, 107 w maszynie. Czas wytBaczania 2. M. Hebda, A. Wachal, Trybologia, WNT, Warszawa, 1980 3. Z. Lawrowski, Tribologia. Tarcie, zu|ycie, smarowanie, okre[lony jest gBwnie poprzez PWN, Warszawa, 1993 4. R. Sikora, Przetwrstwo tworzyw wielkoczsteczkowych, konstrukcj oraz wymagan wy- Wyd. Edukacyjne Zofii Dobkowskiej, Warszawa, 1993 5. B. H. Maddock, Measurement and analysis of extruder sta- dajno[ wytBaczarki. Jedynym, za- bility, SPE Journal, 1964, 20, 1277 tem bezpo[rednio regulowalnym 6. T. SterzyDski, Instabilities of the single-screw extrusion pro- cess, Polimery, 1999, 44, 558 parametrem pozostaje tempera- 7. Anderson J. i in., Trouble shooting extrusion problems, AN- TEC, 1997, 1, 127 tura. W tym celu niezbdna jest 8. C. Rauwendaal, Polymer Extrusion, Hanser Publ., Munich, 1990 9. K. WilczyDski, Reologia w przetwrstwie tworzyw sztucznych, optymalizacja mocy, liczby, wy- WNT, Warszawa, 2001 10. K. WilczyDski i in., Optymalizacja procesu wytBaczania jed- miarw oraz rozmieszczenia stref no[limakowego tworzyw sztucznych. Metoda statystyczna, Mechanik, 2003, 10, 618 grzejnych wytBaczarki oraz ukBa- 11. K. WilczyDski i in., Optymalizacja procesu wytBaczania jed- dw nimi sterujcych. W literatu- no[limakowego tworzyw sztucznych. Metoda sieci neurono- wych, Mechanik, 2004, 7, 470 rze polskojzycznej znalez mo|- Rys. 3. PrzykBadowe mo|liwo[ci programu Xtru-Xpert 12. K. WilczyDski i in., Optymalizacja procesu wytBaczania jed- no[limakowego tworzyw sztucznych. Metoda algorytmw na informacje o sposobach prze- genetycznych, Mechanik, 2005, 7, 606 13. B. Broel-Plater, Optymalizacja sterowania procesem wytBa- prowadzenia takich analiz, pro- ry (termopary) - tzw. ukBadu hie- wia stosunkowo Batw optymali- czania, Polimery, 1997, 42, 386 14. Xtru-Xpert, www.polydynamics.com ponujc zamiast konwencjonal- rarchicznego regulacji temperatu- zacj caBego procesu pod ktem 15. J. Vlachopoulos, Mat. Konf. ATV-Semapp Meeting, Odense, Dania, 1998 nego ukBadu regulacji temperatu- ry, ktrego zastosowanie umo|li- wspomnianych wy|ej warunkw. PlastNews 7/8 2008 55

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
TECHNOLOGIA WYTŁACZANIA TWORZYW SZTUCZNYCH
iwko liczenie(1)
Układ Regulacji Kaskadowej 2
F 15 Układ do pomiaru czasów przełączania diody
układ moczowo płciowy
Układ ze wspólnym kolektorem, cz 13
Budowa uklad okresowego pierwiastow
utk uklad binarny

więcej podobnych podstron