Выявление и устранение проблем в экструзии


Maria de/ Pi/ar Noriega E. , Chris Rauwendaal





Troubleshooting the Extrusion Process
A Systematic Approach to Solving Plastic Extrusion Problems 2nd Edition


Holton E. Harris

Extrusion Control
Machine - Process - ftoduct







H4NSEP
Hanser Pubfishers, Munich - Hanser Gardner Pubiication, Cincinnati

Крис Раувевдааль, Мария дет Пилар Норьега Е., Холтон Харрис





                Выявление и устранение ПРОБЛЕМ В ЭКСТРУЗИИ




Перевод с английского язька
2-го издания

Санкт-Петербург
2011

р: :     И !•*

Ю ПРОФЕССИЯ

УДК 67а 01:53 ББК35.713Анш Р74


Р74 Выявление и устранение проблем в экструзии / К Раувендааль, М. д. Пилар Норьега Е., X. Харрис; пер. с англ. 2-го изд. — СПб.: ЦОП «Профессия*, 2011. — 368 стр., цв. ил.

1ЕВЫ 978-5-91884-029-0
13ВИ 978-1-56990-470-1 (англ.)
13ВИ 978-1-56990-363-8 (англ.)

    В книге рассмотрены вопросы поиска неисправностей, возникающих на практике в процессах экструзии, а такжепути быстрого и эффективного устранения возникающих проблем. Описаны их основные типы и предложены систематический и методический подходы к решению проблем дтя разных типов изделий. Важными предпосылками для эффективного решения проблем являются: хорошее приборное обеспечение, глубокое понимание процесса экструзии; сбор и анализ данных при проведении процесса; формирование профессиональной команды; информация о состоянии оборудования и о перерабатываемых материалах. Особенностью 2-го издания являются обновленные данные, в том числе подробные иллюстрации и примеры. Предыдущее издание выдержало несколько дополнительных тиражей.
    Книга предназначена для специалистов, занимающихся экструзией, а также для студентов и ас пирантов пр о фильных вуз ов.

УДК 67а 01:53
ББК35.713Анш



Все прав л, а также разрешение на трансляцию издания защищены. Никакая часть данного издания не может быть воспроизведена в любой ф орме (печатной, в виде фотокопии, пленки для микрофильмирования или другим способом) без письменного разрешения издательства и не может быть распространена или тиражирована с помощью электронных систем.

Все права защищены Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ин было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.

Информация, содержащая я в данной книге, получена из источников, рассматриваемых издательством как надежньЕ. Тем не менее, имея в виду возможные чедоведескне или технические ошибки, издательство не может гарантировать абсолютную точность н полноту приводимых с ведений и не несет ответственности за возможнее ошибки, связанные с использованием книги.


13ВИ 978-1-56990-470-1 (англ.)
13ВИ 978-1-56990-363-8 (англ.)
13ВИ 978-5-91884-029-0

       ■© Саг1 Напвег Уег1а$, МигасИ/ЕК-С, 2010
       ■© ЦОП «Профессия*, 2011
       ■© Перевод, оформление: ЦОП «Профессия*

Спонсоры

  Содержание


Предисловие...............................................................
Предисловие к русскому тданню.............................................
ВЫЯВЛЕНИЕМ УСТРАНЕНИЕ ПРОБЛЕМ В ЭКСТРУЗИОННЫХ ПРОЦЕССАХ.................................................................
1. Требования к эффективному поиску причин пр об ласы.....................
   1.1. Приборное обеспечение.............................................
   1.2. Оценка сущности экструзионного процесса...........................
   1.3. С б ор н р етр о спектнвный анализ данных пр сведения пр оц ес са.
   1.4. Формирование команды..............................................
   1.5. Состояние оборудования............................................
   1.6. Информация о сырье................................................
   1.7. Методы решения проблем............................................
2. Инструментальные средства для выяснения причин про блем при экструзии........................................................
   2.1. Ср едства для ном ер ения темп ературы............................
   2.2. Системы сбора данных..............................................
      2.2.1. Переносные системы сбора данных..............................
      2.2.2. Стационарные системы сбора данных............................
   2.3. Оптическая микроскопия............................................
   2.4. Терм охр омные материалы..........................................
   2.5. Термический анализ................................................
      2.5.1. Дифференциальный термический анализ (ДТА) и дифференциальная сканирующая калориметрия (Д СК).............
      2.5.2. Термогравиметрический анализ (ТГА)...........................
      2.5.3. Инфракрасная Фурье-спектроскопия (ЛТК, ИКФС).................
      2.5.4. Термомеханический анализ.....................................
      2.5.5. Ротационный вискозиметр......................................
      2.5.6. Капиллярная реометрия (вискозиметрия) высокого давления......
      2.5.7. Другие методы определения термических характеристик..........
   2.6. Другие инструменты................................................
      2.6.1. Инфракрасная термография.....................................
      2.6.2. Измерения мощи ости..........................................
3. Систематический поиск причин и анализ проблас..........................
   3.1. Сбоив зависимости от развития проблемы............................
   3.2. Проблемы, связанные с оборудованием...............................
      3.2.1. Привод.......................................................
      3.2.2. Система загрузки сырья.......................................
      3.2.3. Система нагревай охлаждения..................................
      3.2.4. Проблемы износа..............................................

Содержание

7

           3.2.4.1. Механизмы износа.................................... 54
           3.2.4.2. Методы определения износа........................... 56
           3.2.4.3. Причины износа...................................... 61
           3.2.4.4. Решения проблем износа.............................. 67
           3.2.4.5. Восстановление изношенных шнеков и рабочих цилиндров. 75
      3.2.5. Заклинивание шнека......................................... 79
           3.2.5.1. Основные положения.................................. 79
           3.2.5.2. М еханич еские причины заклинивания ш нека............ в О
           3.2.5.3. Изменение зазора из-за разницы температур........... 80
           3.2.5.4. Анализ распределения температуры в шнеках экструдера. 82
           3.2.5.5. И вменение зав орав следствие сжимающей нагрузки.... 83
           3.2.5.6. Выв оды и рекомендации.............................. 84
   3.3. Деструкцияполимера.............................................. 85
      3.3.1. Типы деструкции............................................ 85
           3.3.1.1. Термическая деструкция.............................. 85
           3.3.1.2. М еханич еская деструкция........................... 86
           3.3.1.3. Химич еская деструкция.............................. 87
      3.3.2. Деструкцияпри экструзии.................................... 89
           3.3.2.1. Распределение времени пребывания.................... 89
           3.3.2.2. Оценки распр еделения темп ературы.................. 94
           3.3.2.3. Численные расчеты распределения температуры.........100
           3.3.2.4. Уменьшение опасности деструкции полимера............106
   3.4. Нестабильности процесса экструзии................................107
      3.4.1. Частота нестабильностей....................................108
           3.4.1.1. Нестабильности высокой частоты......................108
           3.4.1.2. Нестабильность частоты вращения шнека................ИЗ
           3.4.1.3. Нестабильности низкой частоты.......................114
           3.4.1.4. Очень медленные колебания...........................116
           3.4.1.5. Случайные колебания.................................116
      3.4.2. Функциональныенестабильности...............................117
           3.4.2.1. Нестабильность транспортирования твердого материала..117
           3.4.2.2. Нестабильность пластикации..........................118
           3.4.2.3. Нестабильности нагнетания расплава..................119
           3.4.2.4. Нестабильность дегазации............................119
           3.4.2.5. Нестабильности смешения.............................120
           3.4.2.6. Распределительные смесительные секции...............120
           3.4.2.7. Смесительные секции дисперсионного типа.............126
           3.4.2.8. Решение проблем смешения............................133
      3.4.3. Устранение причин нестабильности процесса экструзии........135
   3.5. Захват воздуха..................................................137
   3.6. Проблемы гелеобразования........................................138
      3.6.1. Измерение гелей............................................140
      3.6.2. Гели, возникающиев процессе экструзии......................141
      3.6.3. Удаление гелей, появившихсяв процессе полимеризации........141
   3.7. Проблемы течения в головке......................................142
      3.7.1. Нарушение сплошности потока ...............................142
      3.7.2. Наросты материала у выхода из головки......................145

Выявление и устранение проблем в экструзии

      3.7.3. V- или ТЛобразные линии....................................147
   3.7.4. Пятна н изменение цвета.......................................148
   3.7.5. Линии на экструдированном изделии.............................149
      3.7.5.1. Линии сплавления (линии спая)............................150
   3.7.6. Оптические свойства и внешний вид экструдированного изделия...152
4. Примеры ш практики.................................................. 153
   4.1. Соэкструзия пленки — деструкция ср еднего слоя..................153
      4.1.1. Описание проблемы..........................................153
      4.1.2. Анализ проблемы............................................153
      4.1.3. Решение....................................................155
   4.2. Проблемы на границе слоев в пленке, получаемой соэкструзней.....156
      4.2.1. Описание проблемы..........................................156
      4.2.2. Анализ проблемы............................................156
      4.2.3. Решение....................................................157
   4.3. Линии на экструдированной пленке................................157
      4.3.1. Описание проблемы..........................................157
      4.3.2. Анализ проблемы............................................158
      4.3.3. Решение....................................................158
   4.4. Изменение цвета ковра, сделанного из полипропиленового волокна..159
      4.4.1. Описание проблемы..........................................159
      4.4.2. Анализ проблемы............................................160
      4.4.3. Решение....................................................160
   4.5. Плохая прозрачность полимерной пленки...........................162
      4.5.1. Описание проблемы..........................................162
      4.5.2. Анализ проблемы............................................163
      4.5.3. Решение....................................................165
   4.6. Проблемы при экструзии пленки, связанные с износом оборудования.165
      4.6.1. Описание проблемы..........................................165
      4.6.2. Решение....................................................166
   4.7. Многослойная пленка — несколько проблем, связанных с внешним видом..............................................................166
      4.7.1. Описание проблемы..........................................166
      4.7.2. Анализ проблемы............................................166
      4.7.3. Решение....................................................167
   4.8. Проблема однородности окраски бутылки из ПЭВП...................168
      4.8.1. Описание проблемы..........................................168
      4.8.2. Анализ проблемы............................................169
      4.8.3. Решение....................................................169
   4.9. Деструкция полимера.............................................171
      4.9.1. Описание проблемы..........................................171
      4.9.2. Анализ проблемы............................................172
      4.9.3. Решение....................................................173
   4.10. Проблемы с термоусадкой многослойной пленки....................175
      4.10.1. Описание проблемы.........................................175
      4.10.2. Анализ проблемы...........................................175
      4.10.3. Решение...................................................176

Содержание

9

4.11. Проблема низкой производительности линии для изготовления рукавной пленки.....................................................177
      4.11.1. Описание проблемы........................................177
      4.11.2. Анализ проблемы..........................................178
      4.11.3. Решение..................................................179
   4.12. Выбор СК красителя............................................181
      4.12.1. Описание проблемы........................................181
      4.12.2. Анализ проблемы..........................................182
      4.12.3. Решение..................................................183
   4.13. Проблема качества при экструзии труб..........................184
      4.13.1. Описание проблемы........................................184
      4.13.2. Анализ проблемы..........................................184
      4.13.3. Решение..................................................185
   4.14. Образование гель-фр акций при получении соэкструдированнойпленки....186
      4.14.1. Описание проблемы........................................186
      4.14.2. Анализ проблемы..........................................187
      4.14.3. Решение проблемы.........................................188
   4.15. Аглом ератат и к ол ебани е плота ос та (упаковки ) материала при получении листов из ПП..........................................188
      4.15.1. Описание проблемы........................................188
      4.15.2. Анализ проблемы..........................................189
      4.15.3. Решение проблемы.........................................191
   4.16. Недостаточное пр оплавление и смешение материала в узле пластикации.193
      4.16.1. Описание проблемы........................................193
      4.16.2. Анализ проблемы..........................................193
      4.16.3. Решение проблемы.........................................195
   4.17. Вы с окая темпер атура ра сплава и и едо статочная пр онзв одительно ста при процессах соэкструзни...........................................197
      4.17.1. Описание проблемы........................................197
      4.17.2. Анализ проблемы..........................................198
      4.17.3. Решение проблемы.........................................200
4.18. Недостаточная скорость перемещениян степень распределения твердых частиц......................................................202
      4.18.1. Описание проблемы........................................202
      4.18.2. Анализ проблемы..........................................203
      4.18.3. Решение проблемы.........................................204
   4.19. Нестабильность форм о образования в экструзионной головке.....206
      4.19.1. Описание проблемы........................................206
      4.19.2. Анализ проблемы..........................................207
      4.19.3. Решение проблемы.........................................209
   4.20. Скачкообразное нагнетание материала при использовании вентилируемого экструдера...........................................212
      4.20.1. Описание проблемы........................................212
      4.20.2. Анализ проблемы..........................................214
      4.20.3. Решение проблемы.........................................216
   4.21. Разрушение (разрыв) потока расплава или образование акульей кожи при использовании металлоценового П Э...............................218

Выявление и устранение проблем в экструзии

      4.21.1. Описание проблемы.........................................218
      4.21.2. Анализ проблемы...........................................218
      4.21.3. Решение проблемы..........................................220
Литература.............................................................. 221
Приложения.............................................................. 226
   Приложение 1. Систематический поиск реш ения.........................226
   П рил ожени е 2. П он ск и ей справн о стен в о б орудовании и технич еско е обслуживание.......................................................227
   2.1. Проверка масла................................................227
           2.2. Необычные шумы........................................228
           2.3. Мониторинг вибраций...................................228
           2.4. Двигатели и приводные ремни...........................230
           2.5. Запасные части........................................230
           2.6. Шнекирабочий цилиндр..................................230
           2.7. Ведомость технической проверки экструдера.............231
   Приложение 3. Установка температур экструдера......................236
           Зона загрузки..............................................236
           Рубашка охлаждения зоны загрузки (отрегулируйте температуру и расход воды)..................236
           Зона перехода (хорош ее плавление).........................236
           Зона дозирования...........................................237
           Планирование экспериментов.................................237

УПРАВЛЕНИЕ ЭКСТРУЗИЕЙ................................................ 238
1. Введение.......................................................... 239
2. Экструзионная линия............................................... 240
   2.1. Экструдер.....................................................241
   2.2. Перемещение (нагнетание)полимера..............................241
      2.2.1. Траектория движения полимера.............................241
      2.2.2. Редуктор и частота вращения шнека........................242
   2.3. Безопасность..................................................244
3. Концепция комплексного управления................................. 246
   3.1. Обзор.........................................................246
      3.1.1. Экструзия листов.........................................248
      3.1.2. Экструзия рукавной пленки................................249
      3.1.3. Нанесение покрытия на провода............................249
      3.1.4. Экструзия вспененного полимера...........................249
      3.1.5. Соэкструзия..............................................250
      3.1.6. Поочередная экструзия по лим ер ов.......................250
      3.1.7. Экструзионные системы, не требующие вмешательства человека.250
   3.2. Комплексное управление........................................251
   3.3. Аспекты управления............................................252
      3.3.1. Управление оборудованием.................................252
      3.3.2. Управление процесс ом....................................252
      3.3.3. Управление изделием......................................252