Файл: Литвин, А. Н. Железобетонные конструкции с полимерными покрытиями.pdf

начального надреза для этого требуется ничтожное усилие.

Для изготовления профилированных рукавов и лис­ тов из термопластичных полимерных материалов мето­ дом экструзии применяют специальные установки, ос­ новным агрегатом которых является червячный пресс, называемый экструдером, шнек-машиной или шприц-ма­ шиной [8]. Из многочисленных типов экструзионных ма­

Рис. 22. Инструмент для

ручной продольном раз­

направление реза резки профилированных полимерных рукавов или

листов

к*'~'Ручка условно срезана

шин больше всего пригодны одночервячные прессы с плавным регулированием частоты вращения шнека и на­ личием нескольких зон электрического обогрева цилинд­ рического корпуса. Требующийся температурный режим вдоль шнека поддерживается на заданном уровне с по­ мощью приборов тепловой автоматики, которые по на­ добности включают либо нагреватели, либо охлаждаю­ щие приспособления.

Для изготовления профилированных рукавов диамет­ ром до 600 мм включительно можно рекомендовать чер­ вячный пресс ЧП 90X20, производимый киевским маши­ ностроительным заводом «Большевик». Этот червячный пресс при надобности по дополнительному заказу по­ ставляется комплектно с шестью различными червяками диаметром 90 мм, наиболее подходящими для перера­ ботки тех или иных конкретных термопластичных поли­ мерных материалов. Производительность этого пресса при обычном нефорсированном режиме составляет в среднем около 65 кг/ч (по полиэтилену), а при форсиро­ ванном режиме она может достигать 120 кг/ч.

78

Техническая характеристика червячного пресса ЧП 90X20

Для изготовления профилированных рукавов диамет­ ром 700—1000 мм можно рекомендовать червячный пресс ЧП 160X20, изготовляемый тем же заводом. Произво­ дительность этого пресса по полиэтилену составляет

150—250 кг/ч.

Следует отметить, что для производства профилиро­ ванных рукавов из термопластичных полимерных мате­ риалов могут быть использованы и другие червячные прессы с диаметром шнеков 90 мм и более как отечест­ венного, так и зарубежного производства, в том числе прессы, входящие в состав различных установок для из­ готовления полиэтиленовой пленки, пластмассовых труб, листов и погонажных изделий. Для изготовления из по­ лиэтилена низкой плотности профилированных рукавов диаметром 600 мм автором вполне успешно был исполь­ зован, например, червячный пресс из установки ШМПП-90У для производства пленки, который обеспе-

79

мой формой головки является угловая с направлением экструзии вверх. Конструкция такой головки схемати­ чески показана на рис. 24.

Головка состоит из корпуса 14, внутри которого в нижней его части закреплен дорн 9. Между корпусом и дорном остается зазор, диаметр которого увеличива-

Рнс. 24. Формую­ щая головка к уст­ ройству для произ­ водства тонкостен­ ных профилиро­ ванных рукавов и листов из термо­ пластичных поли­ мерных материа­

лов

ется по мере приближения к формующим кольцам 8 и 12. Величину этого зазора можно регулировать регулиро­ вочными болтами 6. Корпус 14 головки и верхняя часть дорна 9 снабжены электрическими нагревателями 5, 11 н 15. Нагреватели образуют три отдельных зоны нагре­ ва, температурный режим в которых поддерживают с по­ мощью приборов тепловой автоматики. Датчиками тем­ пературы служат три небольшие термопары, вставляе-

рпиой и глубиной по 15 мм, с шагом, Соответствующим расстоянию между ребрами.

На рис. 27 показана схема движения профилирован­ ного рукава 4 на участке между калибрующим охлаж­ даемым дорном и валками тянущего устройства. Рас­ плав, подаваемый червячным прессом И, пройдя угло­ вую головку 10 и формующее кольцо 9, попадает на

Рис. 27. Схема движения про­ филированного полимерного рукава на участке между кали­ брующим охлаждаемым дорном и тянущими валками

калибрующий охлаждаемый дори 1, где на ходу затвер­ девает, так как дори изнутри охлаждается водой в двух зонах охлаждения. Снаружи рукав охлаждается возду­ хом, подаваемым через обдувочное кольцо 8, которое направляет струи преимущественно снизу вверх с целью охлаждения главным образом ребер. После прохода ка­ либрующего охлаждаемого дориа рукав 6 направляется на регулируемый раздвижной ширитель 3, с помощью которого рукав складывается вдвое, причем таким обра­ зом, чтобы ребра его противоположных сторон оказались друг против друга (сечение а — а). Отсюда рукав 6 по­ падает в тянущие валки 5, которые непрерывно и рав­ номерно его продвигают, обеспечивая необходимую вы­ тяжку и скольжение по калибрующему охлаждаемому дорну. Чтобы рукав не отделялся от дорна, на корпусе головки закреплены стойки 2 с регулируемыми прижи­ мами 7.

Геометрические расчеты показывают, что различные

84

точки рукава, первоначально расположенные по окруж­ ности выходной кольцевой щели головки, при склады­ вании рукава вдвое и движении к валкам тянущего уст­ ройства проходят различные пути. Вследствие этого рас­ плав вытягивается неравномерно и поэтому возможно возникновение нежелательной продольной волнистости отформованного рукава. С увеличением расстояния меж­ ду верхом калибрующего дорна и тянущими валками разница в длине путей точек сглаживается. При распо­ ложении тянущих валков выше верха калибрующего охлаждаемого дорна на расстоянии порядка 5 м разни­ ца в вытяжке различных точек рукава становится на­ столько небольшой, что она не оказывает сколько-ни­ будь заметного влияния на его качество. В связи с этим валки тянущего устройства следует всегда располагать выше калибрующего охлаждаемого дорна примерно на 5 м лучше всего на перекрытии, в котором должен быть сделан проем с размерами, достаточными для пропуска изготовляемого рукава и для удобной его заправки на раздвижной ширитель и в тянущие валки.

После прохода валков тянущего устройства рукав направляют на поддерживающие ролики, располагаемые по радиусу порядка 2 м, переводят его в горизонталь­ ное положение и пропускают в зев гильотинных ножниц для поперечной резки и далее на рольганг. Для попереч­ ной резки могут быть использованы ножницы типа НФ-18-2 или Н473 с шириной зева, равной 1600 мм. На столике у входной части ножниц должны быть сде­ ланы пазы глубиной около 15 мм для захода в них ре­ бер рукава во время резки.

Когда рукав доходит до упора, размещенного на рольганге за ножницами, включается двигатель гильо­ тинных ножниц. Механизм поперечной резки рукава сблокирован с механизмом сбрасывателя, удаляющего отрезанный рукав с рольганга. При необходимости про­ дольной разрезки рукава пользуются выдвижным но­ жом, установленным после нижних валков тянущего уст­ ройства, который подводят к рукаву. В результате ру­ кав по мере его продвижения автоматически разрезается. Управление установкой для производства профилиро­ ванных рукавов из термопластичных полимерных мате­ риалов выведено на пульт.

Технология изготовления профилированных рукавов из термопластичных полимерных материалов имеет не­

85

сколько специфических особенностей. Для полнмержелезобетоиных конструкций важно, чтобы изготовленные профилированные рукава не имели значительных внут­ ренних напряжений и не давали в последующем значи­ тельной усадки, обычно возникающей в листах и плен­ ках, производимых экструзией. Из литературы известно, что в процессе экструзии и вытяжки полимерных ма­ териалов в них возникают ориентационные эффекты,

Рис. 28. Зависимость усадки профи­ лированных рукавов из полиэтилена низкой плотности в направлении вы­ тяжки от отношения толщины стенки рукава к ширине формующей щели (температура прогрева 130° С; про­

должительность прогрева — 3 ч)

а при быстром охлаждении появляющиеся внутренние напряжения «замораживаются» [6, 26, 89]. О наличии внутренних напряжений судят по усадке изделий при их нагреве, так как интенсификация теплового движения молекул, возникающая с повышением температуры, при­ водит к дезориентации вытянутых молекулярных цепей. Величина усадки в направлении предварительной вы­ тяжки изделий может быть весьма значительной — 50% первоначального размера образца. Она зависит от мно­ гих факторов, из которых наибольшее значение имеют степень вытяжки, длина формовочного канала, геомет­ рия входа в формовочный капал, скорость сдвига в про­ цессе движения расплава, температурный режим и др. Закономерности, связывающие величину усадки с этими параметрами, таковы, что она уменьшается с уменьше­ нием степени вытяжки, с увеличением скорости сдвига и угла входа в формующую щель и, до некоторого пре­ дела, с повышением температуры экструзии и увеличе­ нием длины формовочного канала.

На рис. 28 приведена зависимость усадки профили­ рованных рукавов из полиэтилена низкой плотности в на­ правлении вытяжки от степени последней, характеризуе­ мой отношением толщины изделия к соответствующему размеру формующей щели. Из рассмотрения рис. 28 молено сделать вывод, что для уменьшения величины усадки ширину формующей щели желательно делать меньшей, чем требующаяся толщина стенки формуемого

86

рукава, поэтому в установке для производства полимер­ ных рукавов и листов раздув формуемого рукава и обус­ ловленная этим его вытяжка в поперечном направлении не применяются вообще и диаметр охлаждаемого дорна принят равным внутреннему диаметру кольцевой форму­ ющей щели. В свою очередь, оба эти диаметра принима­ ются на 0,5% большими, чем требующийся внутренний диаметр рукава, для учета уменьшения диаметра гото­ вого изделия при его остывании. Эксперименты, выпол­ ненные автором с сотрудниками, подтвердили, что при таких диаметрах формовочной щели и калибрующего охлаждаемого дорна отформованные профилированные рукава из полиэтилена низкой плотности при их после­ дующем З-ч прогреве до 130°С в поперечном направле­ нии никакой усадки не дают вообще. Однако в продоль­ ном направлении полностью устранить ориентационные эффекты и, соответственно, усадку при последующем прогреве изделия выше температуры его текучести не удается. Исследования показали, что для сведения к ми­ нимуму внутренних напряжений и усадки рукава в про­ дольном направлении необходимы следующие меры:

минимальная вытяжка рукава в продольном направ­ лении, при которой, однако, ему может быть придана требующаяся хорошая форма;

длина формовочного капала должна быть равна при­ мерно двенадцатикратной ширине формовочной щели; использование повышенной температуры формования; минимальное охлаждение рукава на участке первой зоны охлаждаемого калибрующего дорна с целью облег­ чения и ускорения релаксации внутренних напря­

жений.

Производство профилированных рукавов и листов до­ полнительно оснащается установкой для предваритель­ ного подогрева и подсушки гранул, пневматическими за­ грузчиками гранул и измельчителями отходов. Установ­ лено, что подсушка гранул, загружаемых в червячный пресс, с их предварительным подогревом улучшает ка­ чество изделий и повышает производительность экстру­ зионной установки [8]. Для использования в производ­ стве профилированных полимерных рукавов и листов можно рекомендовать устройство для подсушки и подо­ грева гранул производительностью 100 кг/ч. Мощность нагревателей в нем 12,8 кВт, мощность привода вентиля­ тора 3 кВт, а общая масса устройства 495 кг. Пневмо­

87

загрузчик производительностью 200 кг/ч расходует 3,5 м3/ч воздуха давлением 0,6 МПа (6 ат) и весит 93 кг. Роторный измельчитель ИПР-150-М имеет установлен­ ную мощность электродвигателя 1,6 кВт и весит 252 кг. Его производительность составляет 70—150 кг/ч. Загружаемые отходы должны иметь массу не более 90— 95 г и для возможности прохода через загрузочное от­ верстие их размеры не должны превышать 110X1ЗОХ Х300 мм. Измельченные отходы можно добавлять в за­ грузочный бункер червячного пресса в количестве до 10% (при этом качество продукции ие ухудшается).

Помимо профилированных рукавов и листов, иа экс­ трузионных установках изготовляют также гладкие ру­ кава, используемые, например, для изготовления мето­ дом пневматического формования специальных воротни­ ков, которыми оформляются концевые участки полимержелезобетонных труб. Хотя для производства плоских длинномерных листов методом экструзии существуют специальные установки с плоско-щелевыми головками, тем не менее в производстве полимержелезобетониых труб их предпочтительней изготовлять на имеющихся установках для производства профилированных рукавов, для чего требуется лишь заменить в них формовочное кольцо, снабженное отверстиями и прорезями, на глад­ кое. С целью получения листов толщиной 2—3 мм сле­ дует применять кольца с соответствующим диаметром кольцевой щели. Интенсивность охлаждения гладких рукавов при таком способе их производства должна быть увеличена, что не требует какого-либо переобору­ дования. Следует отметить, что путем продольной раз­ резки гладких рукавов можно получить более широкие листы, чем при их изготовлении с помощью плоско-ще­ левых головок, а это имеет большое значение при необ­ ходимости формования концевых воротников для труб большого диаметра.

Обычными методами на небольших червячных прес­ сах или дисковых экструдерах изготовляют жгуты диа­ метром около 4 мм, которые применяются при ручной экструзионной сварке некоторых термопластичных по­ лимерных материалов, например полиэтилена.

При применении профилированных полимерных ру­ кавов и листов в разнообразных полимержелезобетон­ иых конструкциях часто возникает необходимость в уда­ лении отдельных ребер или в вырубке в них небольших

88

режущей части этих ножниц целесообразно делать рав­ ной 15 мы, так как в этом случае после однократной вырубки всех ребер по прямой линии они перестают мешать перегибу ребристого листа в любом перпенди­ кулярном ребрам направлении. Не представляет слож­ ности и многократная вырубка двух и более смежных участков ребра.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОНЦЕВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ ПОЛИМЕРЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ТРУБ

Чтобы соединить полимержелезобетонные трубы в трубопровод с непроницаемыми стыковыми соединения­ ми, способными надежно эксплуатироваться при неболь­ ших деформациях трубопровода, обусловленных просад­ ками основания, колебаниями температуры, изменения­ ми нагрузок и тому подобными воздействиями, концевые участки труб снабжают специальными элементами, на­ зываемыми воротниками. Конструкции воротников зави­ сят от типа применяемого соединения труб, причем воротники с обоих концов трубы могут быть одинако­ выми (в случае муфтового соединения) и различными (в случае раструбного соединения). Круглый, перфори­ рованный с краю воротник, предназначенный для глад­ кого (буртового) конца полимержелезобетонной трубы при раструбном соединении и для обоих концов труб при муфтовом их соединении в трубопровод, показан на рис. 30. Воротник для раструбного конца труб несколь­ ко отличается от показанного на рис. 30 главным обра­ зом размерами и наличием отгибов, расположенных с обоих краев по всей окружности, а также отсутствием перфорации. Так как воротники приваривают к профи­ лированным рукавам, используемым в полимержелезобетонных трубах, то их, как правило, изготовляют из того же полимерного материала, который использован для изготовления профилированных рукавов.

Воротники для полимержелезобетонных труб диа­ метрами до 600—700 мм наиболее целесообразно изго­ товлять методом литья под давлением. Этот метод ха­ рактеризуется высокой производительностью и хорошо освоен в промышленности переработки пластмасс. Так как расплавленный полимер при литье под давлением впрыскивают в холодную или охлаждаемую литьевую форму, то остывание в ней изделия требует очень мало

90