Технология получения листовых полуфабрикатов и полимерных материалов

Лист представляет собой плоский прямоугольный профиль с большим, чем у пленки, отношением ширины к высоте (как правило, листом называют пластину толщиной более 1,5 - 2 мм и шириной до 2000 мм и более).

Основное количество листовых термопластов (полистирол, сополимер АБС, акрилаты и др.) используется для переработки в изделия методами термоформования. Наибольший интерес представляют листы толщиной 4-10 мм и шириной не менее 1000 мм.

Толстые пленки и листы производят в основном подачей расплава плоского экструдата на поверхность охлаждающего барабана.

Сочетание процесса подготовки экструдата-заготовки на экструдере с калибровкой и охлаждением его на каландре дает ряд преимуществ перед чисто каландровым способом получения:
1) большую производительность;
2) лучшее качество листа за счет меньшей термоокислительной деструкции;
3) меньшую трудоемкость и большую безвредность процесса.

Листы получают с помощью двух основных устройств (рис. 1): экструдера с плоскощелевой головкой и валкового агрегата типа каландра (трех- или четырехвалкового). Экструзионная заготовка-полуфабрикат, проходя через фиксированный зазор, калибруется по толщине и полируется по двум поверхностям валками каландра. В горячем состоянии у листа обрезаются кромки двумя ножами. Теплый лист далее поступает на рольганг, где происходит его окончательное охлаждение. Движение листа после каландра осуществляется тянущим устройством, после которого он обрубается по ширине ножом типа гильотины.

Рис. 1. Технологическая схема установки для получения листов.

Экструдеры. Для получения расплава с высокой степенью гомогенности в производстве листовых материалов применяются главным образом одношнековые экструдеры диаметром 90-150 мм и более с высоким отношением L/D (как правило, не менее 25:1) обычно червяк имеет нарезку постоянного шага с постепенно убывающей глубиной (без резкой ступени сжатия) и с дозирующей зоной.

Решающее условие получения высококачественного листа и профиля - равномерная, без пульсации и толчков, подача материала экструдером. Помимо геометрии червяка и поддержания равномерного и постоянного теплового режима, большое значение имеют свойства сырья и равномерность его подачи в экструдер. Для переработки материала с добавлением отходов необходимо не только поддерживать постоянным их содержание, но и добиваться равномерного распределения в новом материале.

Для получения листа с высококачественной поверхностью подаваемый на экструзию материал рекомендуется подсушивать и подогревать, используя бункерные сушилки, снабженные ворошителем для предотвращения слипания материала и более равномерного питания экструдера. При переработке порошкообразных композиций применяют экструдеры с зоной отсоса или вакуумный бункер.

Формующие головки. Применяют плоскощелевые листовальные головки нескольких типов: с элементами сопротивления типа «рыбий хвост» и коллекторные различных конструкций.

Основная трудность, которую приходится преодолевать при изготовлении плоскощелевых листовальных головок, состоит в необходимости перехода от цилиндрического потока на выходе из экструдера к плоскому потоку на выходе из головки при сохранении постоянства скорости движения потока по всей его ширине. В головках типа «рыбий хвост» это достигается изменением профиля потока и созданием меньшего сопротивления течению расплава в направлении краев листа. Для этого в центральной зоне создается дополнительное сопротивление в виде «острова» с переменным сечением и округленными краями или вдоль краев внутренней полости выполняются каналы, расходящиеся от центра к периферии («рыбий хвост»), по которым материал движется с большей скоростью.
В последнее время все большее распространение получают коллекторные головки, в которых материал из экструдера попадает в распределительный канал (коллектор) цилиндрической или каплевидной формы, расположенный параллельно формующей щели. Для поддержания необходимой температуры расплава головки снабжают системой обогрева. Наиболее часто применяют ленточные и плоские нагревательные элементы, однако иногда головки снабжают системами обогрева с циркуляцией жидкого теплоносителя. Температуру головки поддерживают равномерной и равной температуре расплава на выходе из экструдера.

Специфика получения листов по указанной схеме (рис. 1)в следующем.
1. Линейные скорости листа на всем протяжении движения экструдата до резки должны быть синхронизированы. Это связано с тем, что при калибровке происходит утончение листа и некоторое увеличение его длины, а при охлаждении на рольганге - значительное уменьшение длины. С учетом усадки 3 - 4 % скорость тянущих устройств должна быть меньше скорости выхода листа с последнего валка каландра.
2. Лимитирующей стадией процесса являются время и режим охлаждения листа на рольганге.
3. При производстве листов нельзя пренебрегать разбуханием расплава при выходе из головки. Величина разбухания расплава (около 10 - 12 %) тем выше, чем больше его вязкость, чем толще заготовка, и зависит от конструкции головки.

Гладкость, шероховатость поверхности листов в большой мере зависят от коэффициента трения валков по листу, т.е. возможности прилипания полуфабриката к поверхности валков. Эффективным способом уменьшения прилипания полимера к поверхности валов является их антиадгезионная обработка.

При неравномерном по ширине охлаждении из-за релаксации остаточных напряжений может происходить искривление листа: его края заворачиваются внутрь. Это происходит из-за более быстрого охлаждения краев, чем середины листа.

Листы далее обрабатываются следующими методами:

- сверление, штамповка, фрезерование, резка, горячая окантовка;

- сваривание, приклеивание, соединение скобками;

- крепление гвоздями, шурупами, винтами, заклепками;

- термоформовка;

- печать, покраска, нанесение покрытий; оклейка, лакировка, фотокаширование.

Применяют листы в строительстве, промышленности, для рекламных щитов, выставочных стендов и т.д.

Вальцевание применяют для смешивания компонентов сырых резиновых смесей и пластических масс на стадии их приготовления или улучшения технологических свойств материала перед формованием изделий, а также для изготовления полуфабрикатов (листов, пленки). Вальцевание осуществляют в зазоре между валками (охлаждаемыми или нагреваемыми), вращающимися навстречу друг другу с различной скоростью. В зависимости от аппаратурного оформления метода материал с вальцов может сниматься в виде листа или узкой непрерывной ленты.

Процесс каландрования обычно применяют для производства непре­рывных пленок и листов. Основной частью аппарата (рис.1) для каланд­рования является комплект гладко отполированных металлических валков, вращающихся в противоположных направлениях, и устройство для точного регулирования зазора между ними. Зазор между валками опреде­ляет толщину каландрованного листа. Полимерный компаунд подается на горячие валки, а лист, поступающий с этих валков, охлаждается при прохождении через холодные валки. На последнем этапе листы сматы­ваются в рулоны, как показано на рисунке 1. Однако, если вместо листов требуется получить тонкие полимерные пленки, применяют серию валков с постепенно уменьшающимся зазором между ними. Обычно в листы каландруют такие полимеры, как поливинилхлорид, полиэтилен, каучук и сополимер бутадиена, стирола и акрилонитрила.