Год от года производство пластиковых изделий заставляет привлекать все новые методы и технологии для повышения качества продукции, будь то обычная пластиковая упаковка или сложные элементы полимерных конструкций. Для повышения качества экструзии и литья под давлением в экструдерах и термопластавтоматах начали применять технологию статического смешения.
Зачем нужен статический миксер?
Хорошо известно, что проблемы с цветными полосами в процессе литья под давлением могут быть устранены за счет правильного использования статических смесителей - так называемых статических миксеров. Менее известно, что таким образом можно решить большое количество других проблем качества, помимо повышения надежности и снижения производственных затрат.
За последние несколько лет геометрия шнека и электронное управление термопластавтоматов и экструдеров все больше совершенствовались, чтобы обеспечить эффективное и быстрое выполнение пластификации и внесение смеси и других добавок. Однако, поскольку литье под давлением - это прерывистый процесс, расплав остается в цилиндре в течение разных периодов времени. Чтобы процесс плавления был как можно короче, необходимо также нагревать цилиндр снаружи, используя кольцевые нагреватели.
Таким образом, нагретый расплав имеет разные температуры, как в поперечном сечении, так и в ходе впрыска. Это, в свою очередь, приводит к разной вязкости и расходу. Именно здесь вступают в силу смесительные форсунки.
Статический смеситель, встроенный в форсунку для впрыска, обеспечивает гомогенизацию температуры, вязкости и расхода красителя в течение всего цикла впрыска. (Гомогенизация - это создание однородного материала, одинакового для всех его частей)
Установленный статический миксер устранит неравномерность распределения тепла от кольцевых нагревателей при впрыске в пресс-форму, тем самым уменьшив количество брака, сократится цикл литья и обеспечится равномерность стенок продукции.
Многие проблемы качества, возникающие при литье под давлением, напрямую связаны с разной температурой, вязкостью и расходом. Достигнув лучшего распределения температуры и скорости потока, можно значительно улучшить допуски на размеры и избежать поверхностных эффектов, таких как появление глянцевых участков.
Где устанавливают статический смеситель на термопластавтомате?
Статический смеситель в термопластавтомате устанавливается между цилиндром и заслонкой пресс-формы, на место штатного сопла. Статический миксер для термопластавтомата представляет собой собственно смеситель, сопло, разработанное под конкретную модель ТПА, а также кольцевого нагревателя с управляющим элементом нагрева.
Смесительная форсунка для термопластавтомата с миканитовыми кольцевыми нагревателями
Статический миксер для термопластавтомата с латунным кольцевым нагревателем и хомутовой термопарой тип К
Где устанавливают статический смеситель на экструдере?
На экструдерах для улучшения смешивания статический миксер устанавливается после цилиндра непосредственно перед фильерой.
Статический миксер для экструдера с керамическими кольцевыми нагревателями и термопарой
Из чего состоит статический миксер?
Разберемся детальнее с конструкцией статического смесителя. В нее включаются:
- смеситель, который включает в себя несколько частей с различными типами неподвижных смешивающих элементов;
- сопло;
- адаптер для соединения с корпусом материального цилиндра;
- один или несколько кольцевых нагревателей сопла (миканитовых, керамических или латунных);
- термопара для контроля температуры.
В корпус устройства также может устанавливаться фильтр расплава.
Как работает статический смеситель?
Поток расплава при попадании в смеситель разбивается на слои, которые меняются местами и заставляют течь в другом направлении. Соседние смесительные элементы смещены на 90 °, что обеспечивает равномерное распределение по всему поперечному сечению.
Схема смешивания слоев в статическом миксере
Демонстрация смешивания краски в экструдере на этапах попадания на каждый следующий элемент смесителя
Смешивание расплава при помощи статического миксера на экструдере
Причины, почему вам стоит использовать статический миксер при экструзии и литье пластика
Давайте подробнее рассмотрим все факторы, которые могут склонить вас к использованию статического миксера на производстве.
Уменьшение брака из-за неравномерности температуры расплава
Не смотря на наглядную демонстрацию на предыдущих картинках смешивания красителей для пластика в статических миксерах, все же основной целью их применения является равномерность температуры расплава. Кольцевые нагреватели устанавливаются снаружи цилиндра и сопла на термопластавтоматах и экструдерах, поэтому температура материала, расположенного ближе к стенкам будет выше, чем внутри, особенно в зоне после вращающегося шнека непосредственно перед формованием изделия. На рисунке ниже вы можете посмотреть изменение температуры расплава с использованием и без использования статического миксера.
Расчетный и экспериментальные графики распределения температуры с использованием (синий) и без использования (красный) статического миксера
Неравномерная температура приводит к локальным различиям в скорости потока, что в свою очередь приводит к ухудшению качества изделий, неравномерной толщине стенок и разному времени застывания частей продукта.
Экономия на стоимости суперконцентратов
Хорошо известно, что статические смесители могут обеспечить эффективное решение проблем с цветными полосами и равномерностью распределения температуры благодаря лучшему смешиванию. Однако статические миксеры полезны не только для решения проблем с браком. Они могут дополнительно оптимизировать процесс литья под давлением и, во многих случаях, способствовать значительному снижению затрат.
В настоящее время все большее число переработчиков переходят на прямое окрашивание маточной смесью или жидкими красителями, чтобы сэкономить на затратах на сырье и сделать производство более гибким. Однако не всегда удается достичь постоянных цветовых оттенков с помощью прямого окрашивания, поскольку условия процесса, такие как температура, противодавление или скорость вращения шнека, влияют на цветовые оттенки, и во время работы необходимо гарантировать равномерное дозирование красителя. Здесь требуется точное дозирование маточной смеси в сочетании со смесительным соплом. Статический миксер обеспечивает получение одинаковых цветовых оттенков независимо от типа термопластавтомата и экструдера и режима их работы. В зависимости от конкретной красящей добавки и требований,
Повышение энергоэффективности и экономия энергозатрат
Довольно часто температура расплава также может быть снижена на 10 ° C в зависимости от детали и материала за счет более сбалансированного регулирования температуры. Это значительно повышает энергоэффективность и дополнительно сокращает время охлаждения, которое во многих случаях доминирует в цикле. Таким образом, можно сократить время цикла производства контейнера из полипропилена на 2,5 кг со 120 до 110 С за счет снижения температуры плавления.
Зачем статический миксер, если можно использовать статический шнек?
В некоторых случаях проблемы с цветными полосами можно уменьшить, увеличив противодавление и количество маточной смеси. Само собой разумеется, что этот подход не является экономичным, поскольку он приводит к более высоким затратам на маточную смесь и, в зависимости от типа полимера, к сокращению срока службы шнека для пластификации.
Разве нельзя решить проблемы смешивания цветов с помощью смесительного шнека? В принципе, да - но у этого также есть существенные недостатки по сравнению с использованием правильно настроенного статического миксера.
В этом случае качество смешивания зависит от скорости вращения шнека и противодавления. Цветные агломераты могут быть измельчены только в ограниченной степени в смесительном шнеке, поскольку, хотя входное усилие сдвига может быть очень высоким в определенных точках, оно очень несущественно по сравнению со статическим смесителем.
Обратите внимание на качество статического миксера и его обслуживание
Широко распространенное мнение о том, что статические смесители имеют тенденцию к накоплению отложений и их трудно чистить, давно опровергнуто. На самом деле, верно прямо противоположное, хотя здесь также видны большие различия, которые связаны с геометрией смесителя, с одной стороны, и допусками корпуса и способом его установки, с другой. Статический смеситель для очистки принципиально не нужно разбирать. В идеале его следует очищать на линии, промывая его дополнительным полимером. Были задокументированы испытания очистки с помощью смесительной форсунки, которые показывают, что объем очистки, всего в три раза превышающий объем смесителя, достаточен для полной очистки смесителя. Это намного меньше, чем нужно, например, для очистки пустой трубы или пластифицирующего шнека.
Механическая нагрузка, действующая на статический смеситель в процессе литья под давлением, огромна. Во время фазы впрыска смеситель должен выдерживать постоянно меняющиеся нагрузки до нескольких сотен бар. Это возможно только в том случае, если материал, геометрия и расположение согласованы. Поэтому особое внимание следует уделять тщательному и постоянному контролю качества. При качественных смесителях, правильной компоновке и правильной эксплуатации запасных частей не требуется. Даже при использовании абразивных наполнителей были получены свидетельства того, что срок службы составляет несколько лет.
Вывод
Решения статического смесителя повышают надежность процесса литья под давлением, уменьшают количество используемой маточной смеси и оптимизируют процесс литья под давлением в целом. Они позволяют решать многие проблемы качества просто, дешево и быстро. Это, однако, требует правильной компоновки и геометрии смесителя и конфигурации смесительного сопла, которые должны быть адаптированы к каждому конкретному случаю.
Компания Полимернагрев занимается изготовлением кольцевых нагревателей различного типа для статических миксеров, сопел и цилиндров экструдеров и термопластавтоматов. Также мы можем помочь вам с выбором самого миксера и проконсультировать по эффективности нагрева в оборудовании для производства пластиковых изделий.
