На линии экструзии пластмасс вакуум служит двум совершенно разным целям: удалению летучих веществ из расплавленного полимера (дегазации) и калибровке экструдируемой трубы или профиля до конечных размеров. Эти два применения предполагают разные условия эксплуатации и разные требования к насосу. В этой статье мы разберём, как работает каждое из этих применений и почему для каждой задачи обычно предпочитают определённую технологию насоса.
Содержание
- Каковы два разных применения вакуума при экструзии пластмасс?
- Как работает вакуумная дегазация в экструдере?
- Почему дегазация критична для влагочувствительных полимеров?
- Как работает вакуумная калибровка при экструзии труб и профилей?
- Как влажная среда в калибровочной ванне влияет на выбор насоса?
- Какая технология насоса предпочтительна для дегазации и калибровки?
- Какие защитные меры применяют против выброса расплава?
- Часто задаваемые вопросы
Каковы два разных применения вакуума при экструзии пластмасс?
В процессе экструзии пластмасс вакуум задействован в двух ключевых точках. Во-первых, через отверстие на корпусе экструдера из расплавленного полимера удаляются влага, остаточный мономер или захваченный воздух — этот процесс называется «дегазацией» или «девольтилизацией». Во-вторых, труба или профиль, выходящие из фильеры, во время охлаждения формируются под вакуумом до правильного размера в калибровочной ванне.
Хотя в обоих применениях используется вакуум, условия эксплуатации заметно различаются; в следующих разделах мы рассмотрим эти различия и требования к насосу для каждого случая.
Как работает вакуумная дегазация в экструдере?
При дегазации на специально спроектированном участке шнека экструдера увеличивается глубина канала шнека; это геометрическое изменение снижает давление на расплав в этой точке, создавая возможность для вакуумного соединительного отверстия. Вакуумный насос, подключённый к этому отверстию, откачивает летучие вещества, присутствующие в расплаве.
Дегазация особенно важна в процессах с использованием вторичного сырья или полимеров с высокой склонностью к поглощению влаги, поскольку летучие вещества, оставшиеся в расплаве, могут приводить к появлению пузырей, пустот или дефектов поверхности в конечном изделии.
Почему дегазация критична для влагочувствительных полимеров?
Гигроскопичные полимеры, такие как ПЭТ или полиамид (нейлон), легко поглощают влагу из воздуха. Даже если такие полимеры недостаточно высушены перед переработкой, высокая температура расплава при экструзии может привести к тому, что влага вызовет гидролитическое разрушение полимерных цепей, — это снижает молекулярную массу материала и, соответственно, его механическую прочность.
Вакуумная дегазация, как мера, дополняющая предварительную сушку, помогает ограничить такую деградацию, удаляя влагу, оставшуюся на стадии расплава. Поэтому поддержание стабильного и достаточно производительного вакуума дегазации критически важно для качества продукции, особенно на линиях, перерабатывающих гигроскопичные полимеры.
Как работает вакуумная калибровка при экструзии труб и профилей?
Труба или профиль, выходящие из фильеры, ещё мягкие, не полностью затвердевшие. В калибровочной ванне материал проходит через перфорированную или прорезную калибровочную гильзу; вакуум, приложенный снаружи гильзы, притягивает ещё мягкий материал к её внутренней поверхности, фиксируя правильный наружный размер и округлость. Охлаждение водным орошением или погружением в воду происходит в той же ванне.
Этот метод — стандартная технология, широко применяемая, в частности, при производстве труб из ПВХ, ПЭ и ПП; стабильность калибровочного вакуума напрямую влияет на допуск размеров и округлость готовой трубы.
Как влажная среда в калибровочной ванне влияет на выбор насоса?
Поскольку калибровочная ванна использует непрерывное орошение водой или водяную баню для охлаждения материала, воздух, поступающий в вакуумную систему, несёт значительное количество водяного пара и капель воды. Как отмечалось в статье «Как работает жидкостно-кольцевой вакуумный насос?», жидкостно-кольцевые насосы естественным образом устойчивы к такому влажному воздушному потоку, поскольку насос уже содержит постоянно циркулирующую жидкость.
Поэтому при выборе вакуумного насоса для калибровочных ванн необходимо, чтобы влажностная нагрузка процесса оставалась в пределах, которые насос способен выдержать; иначе может произойти потеря производительности или нежелательное скопление воды внутри насоса.
Какая технология насоса предпочтительна для дегазации и калибровки?
Из-за влажностной и паровой нагрузки, характерной как для дегазации, так и для калибровки, жидкостно-кольцевые вакуумные насосы — широко предпочитаемая технология для обоих применений. Пластмассы указаны как обслуживаемый сектор на корпоративной странице Gücüm Pompa и на странице продукта ECO-SYS.
Для некоторых специализированных применений дегазации с более сухим газовым потоком и меньшим содержанием влаги можно также рассматривать пластинчато-роторные вакуумные насосы — как отмечалось в статье «Для каких задач нужен вакуум 0,5 мбар, который обеспечивает пластинчато-роторный насос?», — однако такой выбор следует делать индивидуально для каждого проекта, исходя из реальной влажностной нагрузки процесса.
Какие защитные меры применяют против выброса расплава?
В точке дегазации из-за дисбаланса давления или внезапных колебаний процесса иногда часть расплавленного полимера может попасть в вакуумную линию. Чтобы предотвратить этот риск, использование ловушки расплава или сепаратора конденсаторного типа перед вакуумным насосом — распространённая мера в общей инженерной практике.
Похожая логика применима и к калибровочной ванне: использование водоотделителя или уловителя, не допускающего попадания капель воды непосредственно в насос, способствует надёжной долгосрочной работе насоса.
Часто задаваемые вопросы
Насколько глубоким должен быть вакуум дегазации?
Точное значение зависит от перерабатываемого полимера и количества летучих веществ, которые нужно удалить; как правило, достаточно умеренного и стабильного уровня вакуума, а не чрезвычайно глубокого. Для конкретного применения следует опираться на технологические данные процесса.
К каким проблемам приводит прерывание вакуума в калибровочной ванне?
Падение или прерывание уровня вакуума может помешать достаточному притягиванию трубы к калибровочной гильзе, что приведёт к нарушению допуска размеров или округлости. Поэтому стабильность калибровочного вакуума важна для качества производства.
Можно ли использовать один и тот же насос для дегазации и калибровки?
Эти два применения обычно требуют отдельных вакуумных контуров, поскольку работают в разных точках, по разному графику и с разной воздушной/влажностной нагрузкой. Точную конструкцию системы следует определять индивидуально для каждого проекта, исходя из конфигурации линии.
Нужна ли дегазация для негигроскопичных полимеров?
Хотя риск влаги для негигроскопичных полимеров ниже, в расплаве всё же может присутствовать захваченный воздух или летучие соединения, образующиеся в процессе переработки; поэтому дегазация остаётся полезным шагом на многих линиях экструзии независимо от типа материала.
