Файл: Информатика и вычислительная техника.docx

Переработка (пластикация) полимерной композиции в одношнековом экструдере является важнейшим промежуточным звеном между подготовкой сухой смеси в двухстадийном смесителе и формованием пленки на каландре, поскольку полученный материал (экструдат) должен обладать свойствами, необходимыми для переработки на каландре. Она представляет собой совокупность взаимодействующих элементарных физических процессов, основными из которых являются:

– предварительный разогрев смеси до температуры переработки (температуры фазового перехода полимера), осуществляемый за счет теплоты, генерируемой в результате пластической деформации частиц сыпучего материала, работы сил сухого трения, и теплоты, подводимой от обогреваемого корпуса;

– плавление частиц кристаллического/аморфного полимера по пробковому или дисперсному механизму за счет теплоты, генерируемой в результате работы сил вязкого трения в расплаве, и теплоты, подводимой от обогреваемого корпуса (при этом необходимо обеспечить равномерное распределение энергии в смеси – температурную однородность);

– диспергирование – разрушение и растирание комков и агломератов («вторичных частиц» размером (10–100)10^-6 м) твердых частиц полимера, красителя, дисперсного наполнителя, модификатора ударной прочности и других порошкообразных компонентов до элементарных частиц (глобул размером (0,6–1,0)10^-6 м) в деформируемом расплаве;

– перемешивание – тщательное равномерное распределение образовавшихся первичных частиц в дисперсионной фазе – расплаве полимера;

– желатинизация – растворение, при котором пластификатор, смазочные вещества и прочие жидкие ингредиенты, действующие как растворители, диффундируют внутрь порошка полимера;

– гомогенизация – растворение агломератов и разрушение сетчатых структур, а также отдельных молекул с молекулярной массой выше среднего значения (для обеспечения композиционной однородности смеси);

– десорбция (путем нагрева) и удаление атмосферной влаги и летучих веществ (дегазация) из расплава;

– нагнетание композиции в формующую головку (фильеру) [2].

Для дегазации перерабатываемого полимерного материала предназначена вакуумная установка, присоединяемая к вентиляционному окну в корпусе экструдера. Переработанная композиция, характеризующаяся высоким уровнем материальной и температурной однородности, продавливается через узел выгрузки, непосредственно присоединенный в виде головки с формующей фильерой и специальным режущим устройством. Куски экструдата попадают на ленточный транспортер, над которым установлен металлоискатель, осуществляющий контроль отсутствия в материале металлических включений. Если в транспортируемом материале будут обнаружены металлические частицы, превышающие допустимые размеры (порядка 5010

---

^-6 м), транспортер будет остановлен или быстро перевернут.

С транспортера с помощью качающегося (колеблющегося) ленточного транспортера прошедший проверку экструдат подается непосредственно в питающий (первый межвалковый) зазор четырехвалкового L-образного каландра. При этом не требуется установка дополнительных смесительных вальцов между экструдером и каландром, вследствие высокой эффективности процесса переработки полимерного материала в экструдере. Каландр работает с запасом материала в первом зазоре, чтобы обеспечить отсутствие аварийной ситуации (соударение валков). Запас материала в питающем зазоре каландра при установившемся режиме каландрования регулируется заданием частоты вращения шнека экструдера.

Формование массы в полотно в виде пленки происходит при последовательном прохождении экструдата в зазорах между вращающимися валками каландра. ПВХ-пластикат, проходя зазор между вторым и третьим валками, развальцовывается до требуемой ширины и толщины, которая обусловливается зазором между валками. На первом и втором валке каландра установлены ножи, которые, вступая в контакт с поверхностным слоем полимерного материала, надрезают его и тем самым уменьшают количество воздушных пузырей в пленке. На четвертом (верхнем) валке с помощью дисковых ножей производится обрезка кромок горячего материала до заданной ширины. Отрезанные края пленки лентой подаются соответственно на левый и правый края питающего зазора каландра.

Горячая пленка снимается с последнего валка каландра вытяжными валками. Съем изделия происходит за счет того, что окружная скорость первого и второго съемных валков четырехвалкового вытяжного устройства больше, чем окружная скорость верхнего валка каландра. Снятая с каландра пленка подводится роликовым конвейером к зоне охлаждения, выполненной в виде системы из одиннадцати валков. Затем охлажденная пленка проходит измерительную станцию, где измеряется толщина пленки (например, с помощью радиационного толщиномера). Текущий продольный и поперечный профиль толщины пленки отображается на экране компьютера (для контроля равнотолщинности пленки). Для визуального контроля качества поверхности пленки (соблюдение требований по цвету, наличие черных точек, включений нерасплавленного полимера, желто-коричневых деструкционных полос, воздушных включений) установлена система видеоконтроля. После прохождения охлаждающих валков кромки пленки обрезаются с помощью круглых ножей. Обрезанные кромки поступают в мельницу для грануляции (тонкого измельчения), гранулированные отходы (крошка) пневмотранспортом подают в загрузочную воронку экструдера для переработки.

---

Через компенсаторное устройство, обеспечивающее временное накопление материала, выравнивание скоростей отбора и сматывания пленки в рулон, пленка попадает на намоточную станцию с автоматическим узлом для отрезания готовой пленки, обеспечивающую безнатяжное равномерное сматывание материала в рулоны требуемого метража.

Основным оборудованием экструзионного процесса является одношнековый экструдер, оснащенный экструзионной головкой [3]. Основными элементами экструдера являются обогреваемый цилиндр, шнек (с охлаждением или без него), сетки, размещаемые на решетке, и экструзионная головка (рисунок 2). В экструдере полимер расплавляется, перемешивается и нагнетается в головку.


1 – загрузочная воронка; 2 – шнек; 3 – корпус; 4 – полость для циркуляции воды, охлаждающей корпус; 5 – нагреватель корпуса; 6 – головка
Рисунок 2 – Схема одношнекового экструдера
Сыпучий полимер поступает через загрузочную воронку, установленную на одном конце корпуса, и перемещается с помощью шнека вперед, вдоль корпуса к головке. При движении вперед частицы расплавляются за счет контакта с горячими стенками корпуса и за счет теплоты, выделяющейся от сухого трения. Шнек продавливает расплавленный полимер через головку (фильеру), которая определяет конечную форму экструдата.

Шнек экструдера обычно состоит из трех зон: питания, сжатия и дозирования (транспортировки) расплава. Зона питания транспортирует полимер от отверстия под воронкой к более горячим секциям корпуса. Зона сжатия – это зона, где уменьшается глубина нарезки, а значит, и объем витка, что приводит к сжатию плавящихся частиц полимера. Главный эффект сжатия – увеличение сдвигового воздействия на расплавленный полимер, обусловленного взаимным движением поверхности шнека относительно стенки корпуса. Это улучшает перемешивание, увеличивает разогрев от трения и приводит к более однородному распределению теплоты в расплаве. Назначение последней зоны шнека – дальнейшая гомогенизация расплава, однородное дозирование его через головку, сглаживание пульсации на выходе. Основными геометрическими параметрами шнека являются диаметр

---

D, относительная длина (отношение длины к диаметру) L/D, шаг нарезки B, глубина канала в зоне питания, геометрическая степень сжатия , длины зон питания и сжатия, осевая толщина витков нарезки e.

Головка экструдера – это профилирующий инструмент, придающий необходимую форму выдавливаемой струе расплава полимера. От степени совершенства конструкции фильеры (диаметра d и длины l ее каналов) в значительной мере зависит качество поверхности экструдата [4].

---

1.2 Анализ и классификация промышленных данных экструзионно-каландрового производства полимерных пленок

На основе проведенного анализа и классификации промышленных данных экструзионно-каландрового производсва полимерных пленок была составлена таблица 1.
Таблица 1 – Технологические параметры экструзионно-каландрового производства

Стадия производства	Аппаратурное оформление стадии	Идентификатор параметра в Excel-таблице производственных данных	Название параметра	Тип параметра	Единица измерения параметра	Комментарий
Параметры производственного задания
		Trigger Material data Recipe	Рецептура пленки	Входной параметр	–––
		Trigger Header data ORDER	Заказ на производство пленки	Входной параметр	–––
		Trigger Header data POLYMER	Тип пленкообразующего полимера	Входной параметр	–––
		Trigger Header data COLOR	Цвет пленки	Входной параметр	–––
		Trigger Header data THICKNESS	Толщина пленки	Входной параметр	мкм
		Trigger Header data SURFACE	Требования к поверхности пленки	Входной параметр
		Trigger Header data WIDTH	Ширина пленки	Входной параметр	мм
		Trigger Header data SET LENGHT	Длина пленки	Входной параметр	м
		Trigger Header data CUSTOMER_NO	Номер заказчика	Входной параметр	–––
		Trigger Header data CUSTOMER_NAME	Наименование заказчика	Входной параметр	–––
Контролируемые технологические параметры процесса
Подготовка экструдата	Осциллирующий экструдер	OPC_V_voronka_K02	Частота вращения шнека загрузочной воронки экструдера	Управляющее воздействие	об/мин
		OPC_V_shnek_K02	Частота вращения шнека экструдера	Управляющее воздействие	об/мин
Формование экструдата в пленку	Четырехвалковый L-образный каландр	OPC_W1_XT_K02	Температура наружной поверхности первого валка каландра	Управляющее воздействие	°C
		OPC_W1_XV_K02	Окружная скорость первого валка каландра	Управляющее воздействие	м/мин
		OPC_W2_XT_K02	Температура наружной поверхности второго валка каландра	Управляющее воздействие	°C
		OPC_W2_XV_K02	Окружная скорость второго валка каландра	Управляющее воздействие	м/мин
		OPC_W3_XT_K02	Температура наружной поверхности третьего валка каландра	Управляющее воздействие	°C
		OPC_W3_XV_K02	Окружная скорость третьего валка каландра	Управляющее воздействие	м/мин
		OPC_W4_XT_K02	Температура наружной поверхности четвертого валка каландра	Управляющее воздействие	°C
		OPC_W4_XV_K02	Окружная скорость четвертого валка каландра	Управляющее воздействие	м/мин
		OPC_WP85_RBW4GS_R_K02	Усилие контризгиба, приложенное к четвертому (внешнему калибрующему) валку каландра	Управляющее воздействие	Н
Съем и охлаждение пленки	Десятивалковое съемно-вытяжное устройство	OPC_ABZ12_XT_K02	Температура наружных поверхностей первого и второго съемно-вытяжных валков	Управляющее воздействие	°C
		OPC_ABZ12_XV_K02	Окружная скорость первого и второго съемно-вытяжных валков	Управляющее воздействие	м/мин
		OPC_ABZ36_XT_K02	Температура наружных поверхностей третьего – шестого съемно-вытяжных валков	Управляющее воздействие	°C
		OPC_ABZ36_XV_K02	Окружная скорость третьего – шестого съемно-вытяжных валков	Управляющее воздействие	м/мин
		OPC_ABZ710_XT_K02	Температура наружных поверхностей седьмого – десятого съемно-вытяжных валков	Управляющее воздействие	°C
		OPC_ABZ710_XV_K02	Окружная скорость седьмого – десятого съемно-вытяжных валков	Управляющее воздействие	м/мин
	Пятнадцативалковое охлаждающее устройство	OPC_TW12_XV_K02	Окружная скорость первого и второго охлаждающих валков	Управляющее воздействие	м/мин
		OPC_TW13_XT_K02	Температура наружных поверхностей первого – третьего охлаждающих валков	Управляющее воздействие	°C
		OPC_TW3_XV_K02	Окружная скорость третьего охлаждающего валка		м/мин
		OPC_TW47_XT_K02	Температура наружных поверхностей четвертого – седьмого охлаждающих валков	Управляющее воздействие	°C
		OPC_TW47_XV_K02	Окружная скорость четвертого – седьмого охлаждающих валков	Управляющее воздействие	м/мин
		OPC_TW811_XT_K02	Температура наружных поверхностей восьмого – одиннадцатого охлаждающих валков	Управляющее воздействие	°C
		OPC_TW811_XV_K02	Окружная скорость восьмого – одиннадцатого охлаждающих валков	Управляющее воздействие	м/мин
		OPC_TW1215_XT_K02	Температура наружных поверхностей двенадцатого – пятнадцатого охлаждающих валков	Управляющее воздействие	°C
		OPC_TW1215_XV_K02	Окружная скорость двенадцатого – пятнадцатого охлаждающих валков	Управляющее воздействие	м/мин
Контролируемые показатели качества пленки
Контроль качества пленки	Система видеоконтроля поверхности пленки (OCS)	Defects.Roll10Sqm.DefMap0	Число включений нерасплавленного полимера на 10 м2 полотна пленки	Выходной параметр	ед./10 м2	Зависит от настройки OCS
		Defects.Roll10Sqm.DefMap1	Число черных точек на 10 м2 полотна пленки	Выходной параметр	ед./10 м2	Зависит от настройки OCS
		Defects.Roll10Sqm.DefMap2	Число воздушных включений (пузырей) на 10 м2 полотна пленки	Выходной параметр	ед./10 м2	Зависит от настройки OCS
		Defects.Roll10Sqm.DefMap3	Число волокон на 10 м2 полотна пленки	Выходной параметр	ед./10 м2	Зависит от настройки OCS
		Defects.Roll10Sqm.DefMap4	Число дырок на 10 м2 полотна пленки	Выходной параметр	ед./10 м2	Зависит от настройки OCS
		Defects.Roll10Sqm.DefMap5	Число поверхностных дефектов площадью более 15 мм2 на 10 м2 полотна пленки	Выходной параметр	ед./10 м2	Зависит от настройки OCS
		Defects.Roll10Sqm.DefMap6	Число деструкционных полос на 10 м2 полотна пленки	Выходной параметр	ед./10 м2	Зависит от настройки OCS
		Process.RelTransparency	Относительная прозрачность пленки	Выходной параметр	%
		Process.AbsTransparency	Абсолютная прозрачность пленки	Выходной параметр	%

---