Как правильно произвести чистку экструдера

29.05.2009

В настоящее время выпускаются специальные чистящие композиции для экструзионной оснастки и оборудования для упаковки, позволяющие быстро, а главное эффективно удалить остатки полимеров перед следующим технологическим циклом.

В данной статье мы рассмотрим основные виды смесей, предлагаемые на российском рынке, а также опишем случаи их необходимого применения и правила использования.

Безусловно, эксплуатируя оборудование по переработки пластмасс, необходимо проведение его чистки. Причин чистки достаточно много: это и необходимость в смене сырья или цвета материала, проведение плановой чистки машины или замена технологической оснастки, остановка экструдера в профилактических целях или для выявления источника появления бракованной продукции.

Чистка экструдера представляет собой замену одного материала на другой или же полное удаление материала из оборудования. Переработчики пластмасс рассматривают чистку как важную регулярную операцию технологического процесса. Существует мнение, что эффективность производства главным образом определяется степенью чистоты сырья, а также и оборудования, на котором оно перерабатывается. Из некачественного сырья вряд ли получится высококачественная продукция, которая отвечает существующим требованиям. Загрязненное остатками материала оборудование или оснастка также может стать источником появления проблем с качеством.

Как известно, изделия из пластмасс в основном формируются путем нагрева, расплава материала и затем придания данному расплаву определенной формы с последующим охлаждением. В расплавленном состоянии полимеры обладают повышенной адгезией к деталям оборудования и технической оснастки из металла, другими словами они «прилипают» к металлу. Степень данного прилипания, а также толщина его слоя находятся в зависимости от температуры переработки, чистоты обработки металлической поверхности, наличия добавок, которые уменьшают адгезию, состояния поверхности раздела между поверхностью металла и расплавом.

Правильная и эффективная чистка оборудования предполагает удаление всех остатков прежнего материала, которые могут находиться в «мертвых » зонах, в зонах, где расплав течет с пониженной скоростью. Кроме того, должны быть удалены термочувствительные сырьевые компоненты, добавки, красители, которые имеют склонность к термическому разложению.

Применять специальных смеси для очистки инжекционных машин и экструдеров начали только семь-десять лет назад. Данные смеси широко не использовались из-за высокой стоимости данных специальных композиций по сравнению с самим очищаемым полимером. Вначале их применяли лишь при замене цвета. Однако появились новые очищающие композиции, и переработчики пластмасс осознали, что их не только удобно, но и экономически выгодно использовать.

Из-за сильной конкуренции на данном рынке предприятиям, которые производят различные составы для очистки, приходится следить за качеством продукции и работать над уменьшением ее стоимости. В настоящее время на рынке имеются современные чистящие составы технического назначения высокого качества. Их легко использовать, они экономичны и безопасны, обладают широким диапазоном применения, дают возможность сократить сроки чистки и уменьшают количество отходов.

Потребители в первую очередь обращают внимание на стоимость данных специальных составов. Различные композиции и стоят по-разному. Однако их стоимость выше стоимости перерабатываемого материала аналогичного веса. При расчете затрат на использование составов для чистки принимают во внимание стоимость смеси, машинного времени, перерабатываемого материала, а также выигрыш во времени, стоимость состава удаляемого материала и чистящей смеси, который может быть использован для следующей чистки.

Чистку проводят в следующих случаях:

1. В случае перехода на другой вид выпускаемой продукции, а также в случае изменения цвета материала, т.к. чистящий состав удалит остатки старого цвета и другие возможные источники загрязнения выпускаемой продукции;
2. В случае пуска и остановки технологического процесса, когда материал подвергался воздействию повышенных температур длительное время;
3. Чтобы предотвратить сильное загрязнение оборудования, если отсутствовала периодическая чистка;
4. Предварительная чистка оборудования, которая продлевает срок службы агрегата.

В случае если переработчик часто меняет цвет производимой продукцию, чистящие составы дают возможность уменьшить время на проведение операции, а также сократить расход материалов. Безусловно, рациональнее всего так планировать выпуск продукции, чтобы сократить количество изменений цвета. Однако это не всегда возможно, т.к. иногда производители вынуждены выполнять заказы в короткие сроки. К примеру, одному производителю приходилось по 9-10 раз менять цвет и материал продукции каждую неделю. Используя чистящие составы, ему удалось не только увеличить на более чем 1000 ч/г время работы оборудования, но также сохранить сотни кг материалов. Другими словами использование эффективных смесей очистки ощутимо влияет на прибыль предприятия.

Общеизвестно, что практически все материалы из полимеров в определенной степени деструктируются при их переработке, т.е. «горят». Некоторые полимерные материалы деструктируются быстрее, некоторые медленнее. Степень адгезии расплавов к металлу также способствует этому. Степень адгезии различных полимеров также различна. Полимеры с высокой степенью адгезии и невысокой термостабильностью термодеструкцируются раньше и раньше начинают «гореть».

Выделяется 3 основные стадии «горения » полимерных материалов. Начальная стадия характеризуется образованием на поверхностях деталей из металла коричневого желатинизированного слоя или пятен перерабатываемого полимерного материала. На второй стадии (стадии умеренного «горения») данный слой материала преобразуется в темно-коричневый. Если «горение» материала длительное, он обугливается. В этом случае его необходимо удалить, т.к. он становится причиной возникновения «черных точек» в выпускаемой продукции.

Регулярная чистка оборудования дает возможность оставаться в первой стадии процесса. При этом данные защитные меры позволяют производить быструю и эффективную чистку оборудования с использованием малых количеств чистящего состава. Если поверхности металлических деталей экструдера чистые, изменить цвет материала удается быстро. Чистящие композиции устраняют источники «горения» полимерных материалов, дают возможность производить контроль и регулирование стадий деструкции полимерного материала.

Для достижения максимального эффекта от применения чистящих композиций, следует знать условия их использования. Например, при переработке термонестабильных материалов (к примеру, ПВХ) работу шнека машины нужно осуществлять на так называемом «голодном» режиме, т.к. полная загрузка приводит к застою порций материала и катализационному разложению полимера. Ввод чистящего состава нужно производить при максимальной температуре переработки материала после удаления его основной массы из цилиндра и шнека. Расход состава следует определять по факту очистки машины и удалению имеющихся загрязнений.

Следующие факторы влияют на продолжительность чистки оборудования и ее эффективность:

1. Тип полимера и/или красителя;
2. Вязкость материала, который удаляется и который применяется для чистки;
3. Состояние оборудования;
4. Размер агрегата, а также уровень квалификации оператора;
5. Отработанность очистительной процедуры конкретным составом.

Т.к. специальные чистящие составы различаются по типам и назначению, соответственно, и время чистки и расход композиции различен. Средний расход чистящего состава для экструдера – два - пять килограмм на 25 мм диаметра шнека.

Кроме того, следует помнить, что чистка оборудования проходит намного быстрее и выполняется более тщательно при регулярном использовании специальных чистящих композиций.

Выделяют 3 основных типа специальных чистящих составов:

1. Композиции химического воздействия,
2. Абразивные составы,
3. Композиции физического воздействия.

Помимо этого, имеются и гибридные составы, которые представляют собой комбинации основных трех типов.

Композиции химического воздействия начинают работать под действие тепла, выделяемого в процессе переработки полимера. Ряд сложных реакций с остатками материала, с добавками, красителями и т.д. приводит к слабой деструкции удаляемого материала, которая понижает его молекулярный вес, уменьшает вязкость, что облегчает удаление остатков полимера и чистящего состава в смеси с материалом. Данные реакции являются безвредными для окружающей среды и оборудования. Когда химическая реакция завершена, чистящий состав разрушается сам и может быть использован как инертный минеральный наполнитель термопластичных материалов.

Чистящие составы абразивного воздействия работают в основном на поверхности деталей, они удаляют остатки заменяемого материала и не оказывают практически никакого воздействия на поверхности цилиндров, шнеков, литьевых машин и т.д. Но при проведении чистки «до металла» композиция может поцарапать металлическую поверхность деталей, которые соприкасаются с расплавом при наличии достаточно твердого и жесткого абразивного наполнителя. Кроме того, данные абразивные составы могут оставить нетронутыми загрязнения в частности в поперечных направлениях, а также не оказать действия на остатки материала, которые сильно прилипли к поверхности.

Чистящие составы физического воздействия, как правило – это смеси высоковязких полимерных материалов, действующие по принципу бульдозера, сгребающие все на своем пути. Такие композиции дают возможность с легкостью очищать низковязкие отложения полимеров, однако они не убирают загрязнения, которые находятся в стороне от основного потока при чистке. Для удаления из оборудования самого состава физического воздействия, необходимо использование химической композиции.

Композиций абразивного и физического воздействия стоят в расчете на один килограмм удаляемого материала меньше. Однако вышеуказанные недостатки иногда делают их использование нецелесообразным. И лишь чистящие химические составы дают возможность надежно, быстро и достаточно экономно производить чистку оборудования.

В настоящее время на рынке представлены и гибридные композиции. Чистка данными составами происходит в три стадии. Вначале химические реакции смеси с удаляемым материалом разрыхляют последний на металлических поверхностях оборудования, далее состав физически удаляет остатки материала с поверхности металла и производит их очистку и полирование, в завершающе стадии физические компоненты композиции удаляют смесь чистящего состава и полимерного материала.