СООТНОШЕНИЕ ОБОРОТОВ ШНЕКОВ И ДОЗАТОРА

«Запуск» экструдера подразумевает комплекс работ, результатом которого является выход из фильеры расплавленного материала. Материал при этом должен достичь «степени нормальной переработки». При запуске конструктивные узлы экструдера подвергается повышенным нагрузкам и износу. В разделе говорится о том, как уменьшить негативные воздействия запуска на станок, приводится пример действий при запуске экструдера с указанием соотношения оборотов шнеков и дозатора, критические параметры процесса запуска и некоторые его особенности.

Соотношение оборотов шнеков и дозатора.
В предыдущих разделах говорилось о том, что для нормальной работы экструдера обороты дозатора надо подбирать таким образом, чтобы в зоне дозирования не было видно шнеков. Однако, во время запуска, для уменьшения нагрузок на главный привод и опорные подшипники шнеков от этого правила можно (и нужно) отступать. Иначе, может возникнуть ситуация, когда при полностью заполненных шнеках, экструдер будет останавливаться из-за срабатывания систем защиты от перегрузок.

Соотношение оборотов шнеков и дозатора, характерные для экструдеров производства автора, не приводятся в этой работе из-за их локальной привязки к конкретным моделям станков. Ниже приведен пример процедуры запуска станка с указанием соотношения оборотов, характерного для указанной модели:

Исходные данные: экструдер KRAUSS MAFFEI 2-50K нагрет до рабочих температур.
Процедура запуска:
• Выполняем «протягивание» болтов крепления на «горячем» экструзионном инструменте.
• Устанавливаем значение оборотов шнека 5, значение оборотов дозатора 8, ждем выхода массы из фильеры постоянно проверяя значения нагрузки на главный привод и давления расплава.
• При выходе материала, добавляем значение оборотов дозатора до соотношения 1/2 (то есть, шнеки 5 об/мин, дозатор 10 об/мин, при этом соотношении шнек «наполнен»).
• С момента начала уменьшения величины давления (об этом подробнее в следующем разделе), плавно увеличиваем значения оборотов шнека и дозатора (совместно) до рабочих значений (берутся из режимных карт производства). При этом контролируем значения нагрузки и давления.
• Проверяем заполнение шнеков и состояние материала в колодцах дегазации. При необходимости , производим корректировку оборотов дозатора.

Во время запуска необходимо постоянно контролировать нагрузку на привод шнеков и давление расплава (нагрузку на опорный подшипник у экструдеров «BAUSANO»). Эти показатели имеют некоторые «критические» значения, превышение которых может привести к различного рода поломкам и сокращению срока службы экструдера.

Обычно, критические значения определяются фирмой-производителем экструдера, реализовываются в виде различных «защит» и «блокировок» от «перегрузок» и могут быть частично изменены с помощью изменения настроек блока управления при наличии соответствующего уровня доступа.

Если вы видите что, на выбранных режимах (оборотах) величины давления и нагрузки приближаются к «критическим», вам необходимо принимать меры (приведены в следующем разделе) к исправлению ситуации.

"КРИТИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ".

Каждый экструдер снабжен системами предохранения от перегрузок по давлению расплава, нагрузке на привод, и в случае с «BAUSANO» нагрузке на опорный подшипник. Однако, в силу ряда причин, системы могут не работать как полностью, так и частично. Поэтому, в случаях повышенных нагрузок на элементы экструдера, а это режимы запуска, перехода с дроби на смесь и обратно, НЕОБХОДИМО лично контролировать показания величин указанных параметров.

В общем случае, при запуске станка, при неизменных начальных пусковых оборотах шнека и дозатора, показатели давления и нагрузки на подшипник (если есть) растут до определенного предела, затем начинают уменьшаться (вероятно, с этого момента начинается нормальное плавление материала в цилиндре). Начинать плавно увеличивать обороты шнеков и дозатора до рабочих величин рекомендуется только с момента начала уменьшения значений этих показателей.

В любой момент процесса запуска, при приближении значений давления, нагрузок к «критическим величинам» необходимо прекратить повышение оборотов экструдера. Если показатели продолжают увеличиваться, необходимо уменьшать обороты шнеков (и соответственно, дозатора) до тех пор, пока не прекратится рост значений параметров.После стабилизации значений параметров для достижения требуемой производительности станка, в этом случае рекомендуется:
• перепроверить температурные режимы станка, возможно, существует локальный недогрев каких-либо зон.
• повторить попытку вывода экструдера на рабочие режимы с более плавным увеличением оборотов.
• Если повторная попытка не удалась – рекомендуется повысить температуры зон цилиндра на 5 – 10 С, зоны адаптера на 10 С, зоны фильеры на 5 – 10 С, и снова предпринять попытку повышения оборотов. В случае неудачи и в этом случае, при отсутствии каких-либо видимых предпосылок для возникновения подобной ситуации, рекомендуется сообщить о существующих затруднениях технологу производства, а в случае его отсутствия – прекратить запуск и остановить станок.

ТЕМПЕРАТУРНЫЕ РЕЖИМЫ, САМОРАЗОГРЕВ.

Назовем температурным режимом экструдера совокупность установленных значений температур всех зон материального цилиндра станка и температур инструмента. Такой режим может меняться в зависимости от типа используемого сырья, требуемой производительности экструдера, типа установленного инструмента. Правильно подобранный температурный режим экструдера, совместно с правильно установленным соотношением оборотов шнека и дозатора приводит к «нормальному» пластицированию ПВХ.

В приведенной ниже таблице приводятся температурные интервалы зон нагрева одного из экструдеров. Данные интервалы температур характерны только для условий производства автора и могут значительно отличаться в зависимости от модификации станка, применяемого сырья и используемого инструмента.

Необходимо понимать, что указанные величины температур имеют только рекомендательный характер и могут быть изменены в зависимости от ситуации, наблюдаемой в каждой конкретной ситуации. В то же время, к изменению температурных режимов экструдера следует относиться с должной серьезностью, на основе собственного опыта работы с учетом применяемого типа сырья (ПВХ или смесь) и рецептуры смеси (тип смолы, количество стабилизаторов).

Существует прямая взаимосвязь между производительностью экструдера и температурами нагрева цилиндра. При повышении производительности экструдера увеличивается вклад сдвиговых деформаций и сил трения между частицами материала в процесс его пластикации. Другими словами, температура материала в цилиндре начинает увеличиваться за счет тепла, выделяемого при трении частиц материала друг о друга, об шнеки и цилиндр. В этом случае, при недостаточно эффективной системе охлаждения цилиндра, возникает местный перегрев отдельных зон. По этой причине иногда приходится снижать температуры нагрева цилиндров при «разгоне» станков. Здесь необходимо упомянуть и обратную ситуацию: при "разгоне" экструдера иногда отмечается ухудшение степени переработки материала связанная с уменьшением времени его нахождения в разогретом цилиндре. Для такой ситуации требуется увеличение температур экструдера.

В случае, если система охлаждения этих зон не справляется с добавочным выделением тепла, возникает так называемый «саморазогрев» зон цилиндра экструдера. При этом реальные температуры одной или нескольких зон выше установленных значений на несколько градусов (в отдельных случаях – до 20 градусов). Для устранения подобного явления эффективным способом является уменьшение производительности экструдера. «Разгрузка» шнека (уменьшение степени заполнения шнеков материалом) тоже может привести к исправлению ситуации. В случаях если уменьшать производительность экструдера и степень заполнения шнеков не представляется возможным, рекомендуется уменьшить температуры предыдущих зон. Все эти способы можно применять как по отдельности, так и совместно. В любом случае, действуя любым из этих методов, следует избегать «резких» изменений режимов для предотвращения возникновения ситуации, когда материал перестанет перерабатываться.

Как уже упоминалось выше, материал на выходе их экструдера может быть не только «нормально переработан», но так же и «недостаточно переработан» либо «перепластицирован». Оба последних случая могут быть причиной неудовлетворительного качества готового профиля. Ниже приводятся характерные признаки таких состояний материала.

"НЕДОГРЕВ", НЕДОСТАТОЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА МАТЕРИАЛА.

В этом разделе приводятся признаки, позволяющие оценить степень "проработанности" материала на выходе из экструдера. Необходимо понимать, что эти признаки достаточно субъективны, зависят от оператора, руководствоваться ими желательно на основе собственного опыта. В общем случае, ситуация «недостаточной» переработки материала исправляется повышением температур зон экструдера или повышением интенсивности «механической» составляющей в переработку материала за счет увеличения оборотов шнеков и дозатора (увеличением производительности) или за счет увеличения степени заполнения шнеков.

Материал недогрет или «недостаточно переработан», когда:
• Жгут материала расслаивается на отдельные составляющие. Жгут материала легко рвется при растягивании («недостаточная переработка» материала, часто на запуске).
• Надрываются кромки жгута материала («недостаточная переработка» материала, при первоначальном «наполнении» профиля).
• Готовый профиль шероховатый, «сухой» на ощупь (недогрев, нормальный профиль гладкий, слегка «маслянистый» на ощупь)
• Поверхность готового профиля матовая (недогрев, нормальный профиль имеет «небольшой» глянец).
• Материал жгута чрезмерно упругий, при сдавливании быстро восстанавливает форму без оставления следов, отпечатков. Под сдавливанием понимается кратковременное сжатие полки жгута (до калибратора) плоскогубцами или пальцами. (недогрев, возможно «недостаточная переработка», нормальный материал деформируется при сжатии с оставлением отпечатков)
• Отдельные ямки, неглубокие, до 3 мм в диаметре на поверхностях готового профиля, малозаметны. («недостаточная переработка», возможно недогрев, поверхность нормально переработанного материала ровная)
• В колодцах дегазации видно, что материал находится в состоянии порошка или дроби. (недогрев или «недостаточная переработка», в нормальном случае материал должен выглядеть как лента с рваными краями, либо как «сборище комков» или как слипшаяся дробь)
• Поверхность профиля шероховата на ощупь. Данный признак может свидетельствовать так же и о перегреве. При правильных температурных режимах поверхность жгута гладкая.
• Поверхность жгута материала визуально, в просвете между фильерой и калибратором не ровная, видна рябь, мелкие «волны» по поверхности. Этот признак может свидетельствовать как о «недогреве» так и о «перегреве». В любом случае, при «нормальной переработке» материала подобной картины нет.

"ПЕРЕГРЕВ", ИЗБЫТОЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА МАТЕРИАЛА.

Под "перегревом", "перепластикацией" материала понимается чрезмерная переработка сырья в цилиндре экструдера за счет повышенных температуры и сдвиговых деформаций. Перечисленные ниже признаки субъективны, руководствоваться ими желательно на основе собственного опыта. Ситуация «перепластикации» материала в общем случае исправляется понижением температур зон экструдера или понижением интенсивности вклада «механической» составляющей в процесс пластикации материала за счет уменьшения оборотов шнеков и дозатора (уменьшением производительности) или за счет уменьшения степени заполнения шнеков.

Материал перегрет или «перепластицирован», когда:
• Жгут материала вязкий, хорошо вытягивается без порывов. (перегрев, перепластикация)
• В жгуте материала видны «комки», утолщения которые, обычно, не разглаживаются при калибровании. (возможно перегрев, «перепластикация»)
• Материал жгута чрезмерно пластичный, при сдавливании форма жгута не восстанавливается, на поверхности остаются значительные отпечатки которые значительно вытягиваются по направлению экструзии. Под сдавливанием понимается кратковременное сжатие полки жгута (до калибратора) плоскогубцами или пальцами. («перепластикация», возможно перегрев, нормальный материал немного упругий, отпечатки на нормальном материале не растягиваются)
• На поверхности жгута материала вздуваются пузыри, при этом дегазация работает корректно (чистые фильтры и колодцы, вакуум не менее 0,6 бар). (возможно перегрев, «перепластикация», поверхность жгута нормального материала гладкая)
• Материал жгута и готовый профиль имеют желтоватый оттенок. (перегрев, возможно скорое «сгорание» материала если не принимать мер) Признак не распространяется на подоконные смеси без добавления белого красителя (диоксид титана).
• Поверхность профиля, или некоторые ее части, шероховата на ощупь. Данный признак может свидетельствовать так же и о «недогреве». При правильных температурных режимах этого не наблюдается.
• Поверхность жгута материала визуально, в просвете между фильерой и калибратором не ровная, видна рябь, мелкие «волны» по поверхности. Этот признак может свидетельствовать как о «недогреве» так и о «перегреве». В любом случае, при «нормальной переработке» материала подобной картины нет.

ГЛЯНЕЦ НА ПРОФИЛЕ.

Основное влияние на наличие глянца на поверхности профиля, как и качества его поверхности, оказывает сбалансированность рецептуры сырья. Однако, с помощью изменения температур инструмента (фильеры) можно незначительно влиять на данный параметр. Зависимость выглядит следующим образом:
• Для получения глянца необходимо поднимать температуру фильеры вплоть до 210 С (редко, выше). При этом может возникнуть некоторое пожелтение профиля.
• Для устранения глянца можно уменьшать температуру фильеры до 175 С (если обстоятельства позволяют, то и ниже). При этом поверхность профиля становится матовой. Кроме того, возможно возникновение порывов кромок профиля.

При попытках влиять на наличие глянца надо помнить, что получение глянца возможно только при «нормальной переработке» материала в экструдере (см. предыдущие разделы).

ДАВЛЕНИЕ РАСПЛАВА.

Наряду с вязкостью расплава, давление является одним из важнейших параметров, определяющих процесс экструзии. Величина давления расплава (совместно с его вязкостью) определяет характер распределения материала в фильере, оказывает влияние на геометрию готового профиля.

Для получения стабильности при производстве какого-либо профиля, необходимо обеспечить постоянное, повторяющееся от запуска к запуску давление расплава. На практике, добиться подобного постоянства затруднительно. Причины могут быть различны: изменения рецептур сырья и типов смолы, разница в свойствах компонентов сырья, вызванная разными партиями их поставки, производство одного профиля на разных экструзионных линиях.

С помощью изменения температурных режимов экструдера можно некоторым образом влиять на величину давления расплава в процессе производства. Наибольшее влияние на величину давления оказывают температуры адаптера, последних зон цилиндра экструдера и температура первой (кольцевой) зоны фильеры если она есть. Уменьшение температуры этих зон приводит повышению значения давления, повышение температур понижает величину давления (изменения могут достигать 20%). Если при установленных температурах и оборотах величины давления значительно отличаются от обычных для этого инструмента, необходимо выполнить корректировку режимов производства.

ЖЕЛТИЗНА ПРОФИЛЯ.

В условиях нашего производства, иногда возникает ситуация, когда на одной или нескольких линиях выпускаемый профиль приобретает желтый оттенок. При возникновении такого явления сразу на нескольких экструзионных линиях, с большой степенью вероятности можно утверждать, что причина «пожелтения» кроется в составе или свойствах сырья.

Необходимо помнить, что достижение параметров цвета профиля с помощью изменения режимов переработки является внештатной ситуацией и не всегда выполнимо.

В общем случае, «пожелтение» профиля означает, что для применяемого сырья при заданных значениях оборотов установлены слишком большие температуры переработки. Для исправления ситуации рекомендуется снизить «температуру шнеков» (если позволяет конструкция экструдера) и выполнить плавное понижение температур всех зон цилиндра экструдера. Перед началом понижения температур необходимо убедиться (возможно, с помощью ремонтного персонала) в том, что все зоны нагрева экструдера, включая станцию темперирования шнеков (если она есть), и инструмента исправны и отсутствует «перегрев» одной (или нескольких) зон. Порядок действий выглядит следующим образом:
1. Понижаем температуру шнеков если экструдер оборудован станцией темперирования шнеков. Температуру шнеков не желательно понижать менее 90 С. Если станции темперирования нет, либо понижение температуры шнеков не привело к ожидаемым результатам, переходим к шагу 2.
2. Понижаем все температуры цилиндра на 5 С. При этом стараемся не выходить за интервалы температур, указанных в Таблице 2 (Таблица 2 в этой работе не представлена.). Если значения температур каких-то зон находятся на нижнем пределе допусков Таблицы 2, рекомендуется вначале уменьшить значения других зон и только затем выходить из интервала температур, указанных в таблице.
3. Ожидаем результата. При этом отслеживаем состояние материала в колодцах дегазации и на выходе из фильеры. Материал должен оставаться «нормально» переработанным.
4. Если «желтизна» остается, повторяем выполнение шагов 2 и 3. Если в процессе понижения температур материал перестает «нормально» перерабатываться, необходимо прекратить понижение и сообщить о возникшей ситуации лицу, имеющему право принимать решения.

ПРОЧНОСТЬ ПРОФИЛЯ.

В процессе производства возможны случаи повышения хрупкости готового изделия. При принятии решения о дальнейших действиях в подобной ситуации необходимо учитывать ряд моментов, а именно:

• Основной вклад в прочностные характеристики вносит состав сырья. Например, наибольшая прочность готового изделия достигается при использовании смолы с индексом 70, наиболее хрупкий профиль получается из смолы с индексом 58. Другими словами, уменьшение индекса смолы приводит к увеличению хрупкости профиля. Кроме того, большое значение для хрупкости готового профиля имеет количество модификаторов в конкретной рецептуре сырья. Возможны и ошибки при дозировании компонентов во время приготовления смеси. Исходя из перечисленного, первым шагом в случае увеличения хрупкости профиля является замена бункера с сырьем.

• Необходимо помнить, что изменить прочностные свойства готового профиля с помощью режимов переработки удается очень редко. Если ситуация улучшается после корректировки режимов производства, значит при предыдущих режимах материал перерабатывался «ненормально». Принято считать, что хрупкость возникает при недостаточной «переработанности» материала в экструдере. Поэтому, при возникновении проблем с прочностью, необходимо увеличить степень заполнения шнеков (см. предыдущие разделы) и поднять температуры цилиндра экструдера. В настоящий момент трудно сформулировать однозначные рекомендации по изменению температур в рассматриваемом случае. Ниже перечислены несколько фактов из практики, которые могут помочь в принятии решения о путях изменения температур.

o При увеличении температур цилиндра экструдера до определенного предела степень «переработки» материала увеличивается.
o При увеличении температур в зоне загрузки шнека степень заполнения шнеков увеличивается.
o При увеличении оборотов шнека и дозатора (особенно для экструдеров «BAUSANO») степень «переработки» материала увеличивается.
o На экструдере с коническими шнеками улучшение показателей прочности отмечено при понижении температур всех зон цилиндра. Возможно, для улучшения прочностных характеристик готового профиля, требуется увеличить вклад обработки сдвиговыми деформациями в процесс переработки материала.