Особенности оборудования, используемого для облицовки проволоки и кабелей

Поскольку с каждым оборотом происходит увеличение диаметра приемного устройства, число его оборотов необходимо постоянно снижать, увеличивая при этом вращающий момент. Таким образом, намоточные устройства должны быть оснащены непосредственным приводом от двигателей постоянного тока с последовательным вохбуждением, а также преобразователями вращающего момента. При работе с пленкой намоточное устройство чаще всего имеет вариаторный привод (рис. 2).

 

 

Рис. 2. Устройство для намотки с вариаторным приводом:

1- прижимной ролик;

2 - приводной ролик с вариатором;

3– двигатель

 

 

3. Экструзионные головки

Головка – это формообразующий инструмент. Она устанавливается на конце материального цилиндра и сконструирована таким образом, чтобы расплав полимера принимал желаемую форму сечения.

При этом необходимо следить за тем, чтобы проточный канал(отвходной зоны потока до прямолинейного участка) по возможности плавно переходил к форме сечения изготавливаемого изделия. Это позволяет расплаву выходить из головки с одинаковой скоростью, а не оставаться в застойных участках (расположение полимерной массы).

При переходе расплава полимера из материального цилиндра в головку он проходит через узкий участок, обеспечивающий рост давления в цилиндре. Дополнительную возможность дросселирования дает решетка. Кроме того, она используется для установки проволочного сита (рис. 3). Для дросселирования применяют и другие способы или устройства, например, регулировка зазора между концом шнека и конической стенкой или дроссельной (запорный) винт.

 

Рис. 3. Решетка между цилиндром экструдера и головкой :

1 – решетка;

2 – сито

Головка разделена на три части:

1. входная зона;
2. переходный участок или участок распределения расплава;
3. прямолинейная направляющая зона.

В первой зоне расплав переходит от круглого сечения канала, который приблизительно повторяет внешние контуры профиля. На переходном участке расплаву придается форма профиля.

Прямолинейная направляющая зона служит для успокоения потока расплава.

 

Головки для нанесения изоляции экструзией

 

 При облицовке полимерами  используются головки, через которые  и протягивается материал, подлежащей  облицовке.

Пожалуй, наиболее известный пример подобного рода операций – наложение оболочек на кабели и изоляция проводов (рис. 4).

 

 

Рис. 4. Принцип облицовки кабеля:

а – облицовка внутри головки;

б – облицовка вне головки

Для первичной изоляции провода, как правило, используются головки с внутренней облицовкой. Если изоляцию необходимо наложить на несколько скрученных или уже изолированных проводов, применяется метод внешней облицовки.

4.   Конструкция экструдера

3.4.1.Одношнековый экструдер

Одношнековый экструдер состоит из материального цилиндра с размещенным в нем шнеком, электродвигателя, загрузочного бункера и редуктора (рис. 5).

На цилиндре устанавливаются несколько кольцевых нагревателей (от 4 до 6), каждый из которых регулируется индивидуально. Как правило, в каждой зон нагрева смонтировано охлаждающее устройство, что повышает точность регулировки температуры. Для предотвращения преждевременного оплавления полимерной массы зона цилиндра, находящаяся в непосредственной близости от загрузочного отверстия, в процессе работы экструдера постоянно охлаждается.

 

Рис. 5. Схематическое изображение экструдера:

1 – шнек;

2 – материальный цилиндр;

3 – нагреватели;

4 – загрузочный бункер;

5 – редуктор;

6 – двигатель.

 

Шнек

 

В вопросе конструктивного исполнения особое внимание следует уделить наиболее важной части экструдера, а именно шнеку. Опыт показывает, что лишь некоторые типы шнеков зарекомендовали себя с положительной стороны. К ним относятся, например, трехзонный шнек и шнек с уменьшающимся шагом и постоянной глубиной нарезки (рис. 6).

Рис. 6. а – ступенчатый шнек;

             b – шнек с постоянным шагом и переменной глубиной нарезки.

При этом следует отметить, что основные элементы шнеков одинаковы, а их различия состоят в деталях. Внешне любой шнек состоит из сердечника, который как бы обвивается относительно узким пояском с закругленными боковыми поверхностями. Углубления называются узелками шнека. Важными параметрами, характеризующими работу шнека, являются следующие:

• длина и диаметр, а также отношение длины к диаметру;
• глубина нарезки в начале и конце шнека;
• длины отрезков с различной глубиной нарезки;
• ширина гребня;
• шаг витка;
• угол винтовой нарезки; (рис. 7).

Данные о диаметре и соотношении  длины и диаметра (L/D) – величины, по которым может быть дана оценка производительности экструдера. Крутящий момент шнека и его диаметр являются параметрами, характеризующими конструкцию экструдера. Таким образом, экструдеры четко классифицируются по производительности и изготавливаются только со шнеками определенного диаметра.

Общепринятые размерные параметры шнеков: диаметр – 45, 60, 90, 120, 150, 200, 250 мм; длина от 20 до 30 D.

Глубины нарезки (h1 и h2) определяют коэффициент сжатия шнека; они необходимы для уплотнения полимерной массы при переходе в состояние плавления.

Воздух, который всегда попадает в цилиндр вместе с загружаемыми материалами (порошок, гранулят), вытесняются через штуцер. Соотношение глубины h1 и h2 наиболее часто используемых шнеков составляет от 1:1 до 1:3.

Размерные параметры шага витка (t) и ширина гребня (е) согласуются с размерами шнека и, как правило, составляют t = D, а е = 0,1 D.

Кроме упоминавшихся выше и изображенных на рисунках геометрических схем шнеков, для выполнения специальных задач используются и другие их типы. Здесь следует упоминуть шнек со скоростным сжатием, применяемый в работе с полимерами с узкой областью плавления, шнек с системой дегазации, где в области декомпрессии из полимерного раслава выводятся летучие компоненты (рис. 7,8).

Рис. 8. Различные формы шнека:

1 – в зоне загрузки  однозаходный, а в зоне плавления  и дозирования двухзаходный;

2 – однозаходный шнек  с уменьшающимся шагом нарезки  и постоянной глубиной канала;

3 - однозаходный шнек со  скоростным сжатием;

4 - однозаходный шнек с  системой дегазации;

5 – барьерный шнек, в  зоне дозирования двухзаходный

В последнее время второе рождение переживает барьрный шнек (рис. 8), который в сочетании с зоной загрузки, снабженной пазами, способен обеспечить большую производительность при оптимальном качестве плавления. Шнеки со смесительными и диспергирующими элементами (рис. 9) используются в сочетании с захватывающей втулкой. Такие участки в значительной степени способствуют протеканию процессов пластификации и гомонегизации. для передачи крутящего момента на задней стороне шнека имеютмя шлицы и пружина. на шнеках Большего размера используются многоклиновое зубчатое зацепление.

Передний конец шнека завершается наконечником.

Рис. 9 Смесительные и срезающие компоненты, используемые в шнеках.

Цилиндр

Шнек и цилиндр образуют узел пластикации.

Цилиндры могут быть цельными или собранными из двух частей. При переработке пластифицированного ПВХ и при использовании шнеков с системой дегозации для П, УПС, АБС, ПММА предпочтение отдается цельным цилиндрам. Большинство одношнековых цилиндров, предназначенных для переработке полиолефинов, состоят из двух частецй – из короткой захватывающей втулки (до 3D) и гладкой трубы цилиндра.

Использование захватывающей втулки, снабженной пазами, позволило увеличить мощность подачи экструдеров. Втулка со стороны воронки имеет несколько продольных пазов; их длина составляет приблизительно 3D, и они заканчиваются внутри цилиндра. В сечении пазы могут быть полукруглыми или прямоугольными. Чаще всего предпочтение отдается прямоугольному сечению (рис. 10).

 

Рис. 10. область подачи одношнекового экструдера, снабженная продольными пазами:

1 – охлаждающий канал;

2 – прямоугольный паз.

Пазы предотвращают возможность вращения материала вместе со шнеком. Они позволяют оптимально использовать сдвиг гранулята боковыми поверхностями нарезки шнека, что ускоряет процесс перемещения материала в цилиндре.

Захватывающая втулка подвергается интенсивному охлаждению отдельно от цилиндра. Кроме того более высокого усилия осевой подачи, экструдеры с захватывающей втулкой позволяют добиться более быстрого уплотнения полимерной формовочной массы. Впускное отверстие имеет удлиненную форму (размер оси от 1,2 до 1,6D).

Как правило, между боковыми сторонами шнека и цилиндром имеется зазор в несколько десятых миллиметра. В процессе работы экструдера шнек «плавает» в расплаве полимера.

К шнеку и цилиндру предъявляются весьма высокие требования в вопросах прочности, устойчивости к износу и коррозии. Поэтому при их изготовлении используются высокопрочные азотированные сорта стали. При предъявлении более высоких требований на боковые поверности шнека наплавляют сплавы, стойкие к износу, а также используют центробежную заливку внутренней поверхности цилиндра.

Приводы

Эксплуатация эктрудера подразумевает использование двигателя. Как правило, применяются электродвигатели, параметры которых должны быть рассчитаны в соответствии с основной задачей. Она, в свою очередь, определяется энергией подачи вязкопластических полимерных масс. В зависимости от диаметра шнека мощность инсталлируемых приводов может варьироваться от 10 кВ для шнека диаметром 45 до 500 кВ для шнека диаметром 250 мм.

Кроме того, должна быть обеспечена возможность эксплуатации экструдера на разных скоростях. Именно поэтому рекомендуется использовать двигатели с бесступенчатой регулировкой числа оборотов. Наряду с электродвигателями постонного тока применяются также и трехфазные элекродвигатели. В последнее время все большее распространение получают трехфазные электродвигатели с регулированием по частоте в диапозоне до 150 кВ – они обладают рядом технических и экономических преимуществ по отношению к двигателям постоянного тока.

Не исключено и использование объемных гидравлических двигателей, но они применяются только в специальных условиях и при небольших размерах экструдера.

С двигателем соединен редуктор. Его задача состоит в снижении числа оборотов двигателя до числа оборотов шнека, составляющих от 25 до максимально 200 оборотов в минуту. На выходном валу редуктора устанавливается соединительная муфта.

 

 

Нагрев и охлаждение

Для расплавления полимерной массы цилиндр шнека нуждается в дополнительном нагреве.

С этой целью на цилиндре установлены кольцевые электронагревательные регулируемые элементы, которые при работе экструдера в установившемся режиме настроены на постоянную температуру.

Полимеры с узкой областью плавления требуют быстрой ликвидации пиковых температурных нагрузок, которые могут возникать в материальном цилиндре. Именно поэтому каждый нагревательный участок экструдера нердко оборудуют охлождающими приспособлениями. Охлаждение может осуществляться с помощью вентелятора или посредствам воды, находящейся в окружающей цилиндр медной трубке.

Кроме того, современный уровень техники предусматривает возможность внутреннего охлаждения шнека. Такое охлаждение применяется при выполнении особых экструзионных задач.

3.4.2. Двушнековый цилиндр

Двушнековый экструдер отличается от одношнекового тем, что в его материальном цилиндре размещены два шнека. Цилиндр может иметь восьмигранное поперечное сечение. В большинстве случаев для работы используются соскабливающие шнеки.

Это значит, что гребни одного шнека размещаются в углублениях другого шнека и наоборот (рис. 11).

Рис. 11. Соскабливающие спаренные шнеки

Различают шнеки встречного и синхронного действий. Обе системы имеют свои преимущества и недостатки. Чаще всего применяют двушнековые экструдеры со шнеками встречного вращения.

Конструкция двушнековых экструдеров сложнее. Это касается узлов упорных подшибников и приведения шнеков во вращение – сложности связаны с их невыгодным при эксплуатации межосевым расстоянием. Опытным путем удалось найти технические решения, обеспечивающие бесперебойную работу двухшнековых экструдеров.

Конический  двухшнековый экструдер (рис. 12) обладает некоторыми преимуществами в том, что касается узлов с упорными подшипниками, подачи материала и производительности в процессе пластикации. Во-первых, заднее межосевое расстояние в коническом экструдере достаточно велико для размещения крупных упорных подшипников, а, во-вторых, глубокие витки шнека на нагрузке обеспечивают возможность подачи большего количества материала в зону плавления, особенно когда это касается порошковых композиций с плохой сыпучестью.

Рис. 12. Конический двухшнековый экструдер

При одинаковой мощности плавления длина нарезанной части шнека конического экструдера, как правило, меньше чемава у экструдера с параллельно расположеными шнеками.