Современные технологии и оборудование экструзии полимеров

Н. Н. Тихонов, М. А. Шерышев

Современные технологии и оборудование 

экструзии полимеров

Санкт-Петербург

2019

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru 

T46

УДК 678.01.53 
ББК 35.710 

Т46

Н. Н. Тихонов, М. А. Шерышев 

Современные технологии и оборудование экструзии полимеров / Н. Н. Ти
хонов, М. А. Шерышев. — СПб. : ЦОП «Професссия», 2019. — 256 с., ил.

ISBN 978-5-91884-119-8

В книге дан обзор современных технологий и оборудования экструзии полимеров, 

включая специальные технологии в производстве пленок, труб, компаундирования многокомпонентных пластмасс, древесно-полимерных композитов, нетканых материалов.     

Рассмотрены основные технологические схемы, принципы работы, а также особен
ности эксплуатации и обслуживания экструдеров и линий на их основе. Приведены 
особенности технологий, требования к оснастке и материалам для изделий специального 
назначения, даны рекомендации по выбору технологий на основе их сравнительного 
анализа. Особое внимание уделяется передовым технологиям и новому оборудованию и 
преимуществам их применения на практике. 

Книга предназначена для технологов и инженерно-технических специалистов пред
приятий по переработке пластмасс современными методами экструзии, студентов, аспирантов и преподавателей профильных вузов.

УДК 678.01.53 

ББК 35.710 

Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена 

в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских 

прав.

Информация, содержащаяся в данной книге, получена из источников, 

рассматриваемых издательством как надежные. Тем не менее, имея в виду 
возможные человеческие или технические ошибки, издательство не может 

гарантировать абсолютную точность и полноту приводимых сведений и не несет 

ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.

ISBN 978-5-91884-119-8 
 
© Н. Н. Тихонов, М. А. Шерышев, 2019

 
 
 
 
 
© ЦОП «Професссия», 2019 

 
 
 
 
 
© Оформление: ЦОП «Професссия», 2019

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru 

Содержание

Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
6

1. Специальные технологии и новое оборудование в производстве труб 
из полимеров. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
7

1.1. Двухслойные гофрированные трубы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
7

1.1.1. Технология и оборудование для изготовления двухслойных 
гофрированных труб раздувом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
9

1.1.2. Технология   и оборудование для получения труб большого 
диаметра навивкой экструдируемых профилей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  11

1.2. Спиральновитые трубы из полимеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  15
1.3. Армированные спиральновитые трубы из полимеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  19
1.4. Биаксиально ориентированные трубы из поливинилхлорида. . . . . . . . . . . . . .  21
1.5. Полимерные армированные трубы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  26
1.6. Металлополимерные трубы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  30
1.7. Трубы из  сшитого  полиэтилена. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  36

1.7.1. Трубы из полиэтилена, сшитого химическим пероксидным методом . .  37
1.7.2. Трубы из полиэтилена, сшитого силанольным методом . . . . . . . . . . . . . .  39
1.7.3. Трубы из полиэтилена, сшитого физическим методом . . . . . . . . . . . . . . .  42
1.7.4. Трубы из полиэтилена, сшитого химическим азотным методом . . . . . . .  43

1.8. Новое в оборудовании для производства труб из полимеров . . . . . . . . . . . . . . . . .  45

1.8.1. Бесступенчатое изменение  размеров труб. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  45
1.8.2. Охлаждение полимерных труб в процессе их экструзии . . . . . . . . . . . . . .  50

2. Специальные технологии и новое оборудование в производстве пленок 
из полимеров. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  53

2.1. Технология и оборудование для производства полимерных каст-пленок. . . .  53

2.1.1. Применение каст-пленок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  53
2.1.2. Оборудование экструзионной линии для производства каст-пленок. . .  56
2.1.3. Формование пленки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  66
2.1.4. Измерение толщины пленки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  72

2.2. Ориентированные полимерные пленки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  74

2.2.1. Одноосная  вытяжка пленок. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  77
2.2.2. Биаксиальная ориентация пленок. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  77
2.2.3. Физико-химические процессы, сопровождающие ориентацию пленок  98
2.2.4. Добавки для регулирования свойств биаксиально ориентированных 
пленок. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  101

2.3. Термоусадочные пленки из полимеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  108

2.3.1. Особенности технологического процесса производства
термоусадочной пленки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  110
2.3.2. Технология биаксиальной ориентации пленок методом раздува. . . . . . .  114

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru 

Содержание

2.4. Стретч-пленки из полимеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  124

2.4.1. Способы производства стретч-пленок из полимеров. . . . . . . . . . . . . . . . .  128
2.4.2. Пленка stretch hood (растягивающийся рукав) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  131

2.5. Воздушно-пузырчатые пленки из полимеров. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  131
2.6. Самоармирующаяся пленка из полимеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  135
2.7. Современное оборудование для производства полимерных пленок 
высокого качества. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  136

2.7.1. Современные требования к технологическому оборудованию для 
производства рукавной пленки высокого качества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  136
2.7.2. Водяное охлаждение при экструзии рукавных пленок . . . . . . . . . . . . . . .  137
2.7.3. Каландретта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  143

3. Специальное оборудование и технологии компаундирования многокомпонентных 
пластмасс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  145                        

3.1. Одношнековые компаундирующие экструдеры. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  146
3.2. Двухшнековые компаундирующие экструдеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  148
3.3. Многошнековые компаундирующие экструдеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  154
3.4. Особенности технологии компаундирования полимерных материалов 
на современном оборудовании. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  159
3.5. Экструзионное оборудование с наложением на расплав вибровоздействия. .  163

4. Производство изделий из полимеров методом соэкструзии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  168

4.1. Требования к материалам и оборудованию. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  169
4.2. Типовые конструкции формующих головок для соэкструзии полимеров. . . .  173
4.3. Компоновка соэкструзионных линий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  180
4.4. Геометрия профилей, полученных методом соэкструзии. . . . . . . . . . . . . . . . . .  182
4.5. Особенности технологии процесса соэкструзии полимеров . . . . . . . . . . . . . . .  183
4.6. Постсоэкструзия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  186

5. Древесно-полимерные композиты на основе термопластов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  189

5.1. Физические и механические свойства древесно-полимерных композитов . .  190
5.2. Состав древеснополимерного композита . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  191
5.3. Производство древесно-полимерных композитов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  204
5.4. Переработка древесно-полимерных композитов методом экструзии . . . . . . .  204

5.4.1. Подготовка сырья. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  204
5.4.2. Многостадийная экструзия древесно-полимерных композитов 
на основе термопластов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  208
5.4.3. Прямая экструзия древесно-полимерных композитов . . . . . . . . . . . . . . .  211
5.4.4. Особенности конструкции оборудования для экструзии древеснополимерных композитов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  214

5.5. Отделочные работы профильных изделий из ДПКТ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  232

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru 

Содержание

6. Производство нетканых материалов из полимеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  241

6.1. Спанмелт-материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  241

6.1.1. Спанбонд-материалы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  241
6.1.2. Технология производства из полимеров нетканых материалов  
«мелтблаун» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  248
6.1.3. Технология производства из полимеров нетканых материалов  
«айрлейд» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  249
6.1.4. Технология производства из полимеров многослойного полотна . . .  249

6.2. Многослойные нетканые материалы из полимеров, полученные 
технологией  ламинирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  250

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru 

Введение

Современное состояние отрасли промышленности переработки пластмасс 

разительно отличается от своих истоков. Динамичное развитие отрасли находит 
свое выражение в создании и развитии новых технологий, основанных на новых 
знаниях, полученных в последние годы при изучении свойств полимеров: 

• композиционные материалы целевого назначения, содержащие в своем 

составе большое количество специальных добавок, стали основными видами 
полимерного сырья, что потребовало создания принципиально новых видов технологического оборудования для их компаундирования и переработки в изделия; 

• появились и широко применяются в настоящее время новые виды полимер
ных композитов, сочетающие в себе свойства как синтетических, так и природных 
полимеров;

• промышленность переработки пластмасс ориентируется сегодня не на мас
совую усредненную продукцию, а на создание изделий целевого назначения, имеющих, зачастую, уникальные свойства и максимально отвечающих конкретным 
условиям эксплуатации;

• большое значение приобрели процессы и оборудование, обеспечивающие 

высокий уровень ресурсо- и энергосбережения;

• на передний план отрасли выходят гибридные технологии, основанные на си
нергизме объединения отдельных процессов, что позволяет получать из полимерных материалов принципиально новые виды изделия с уникальными свойствами;

• высокие требования к контролю и управлению процессами переработки 

полимеров и высокому стабильному качеству продукции привели к широкому 
использованию робототехники и программного обеспечения.

Все эти новации, пришедшие в отрасль переработки пластмасс за последние 

десятилетия, требуют обобщения и легализации как в промышленности, так и 
в образовательном процессе. Это и стало причиной появления данной книги, основная задача которой — оказать помощь специалистам в ознакомлении с новыми 
тенденциями в переработке полимеров. 

Мировой опыт производств по переработке пластмасс показывает, что возмож
ности процессов получения экструдируемых изделий из полимерных материалов 
еще далеко не исчерпаны. Более глубокое изучение физических основ формования, 
выявление взаимосвязи свойств сырья, технологических параметров и особенностей аппаратурного оформления процесса с качеством готовых изделий позволяет 
существенно расширить их область применения, заранее, еще на стадии проектирования изделия и разработки технологии процесса формования, прогнозировать 
те или иные характеристики изделия и направленно их изменять.

Автор надеется, что подробный анализ методов формования, влияния техно
логических параметров экструзии на ход процесса и качество изделий послужат 
производству высококачественных изделий.

Автор будет благодарен читателям за критические замечания, направленные 

на улучшение содержания данной книги.

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru 

1. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И НОВОЕ 
ОБОРУДОВАНИЕ В ПРОИЗВОДСТВЕ ТРУБ 

ИЗ ПОЛИМЕРОВ

1.1. Двухслойные гофрированные трубы

Двухслойные гофрированные трубы — ДГТ (рис. 1.1) сегодня широко исполь
зуются в трубопроводных системах. Kаждая вторая труба, производимая в мире из 
полимерных материалов — гофрированная [1]. Постоянно совершенствуются исполнительные механизмы оборудования и конструкция трубы. Появились варианты трехслойных гофрированных труб (в основном для канализации с улучшенной 
звукоизоляцией <35 дБ).  

Причина успеха ДГТ в ряде их преимуществ:
1. Большая экономия полимера при сохранении значений показателя кольцевой 

жесткости трубы [2]. Достигаемая экономия — в 3,5 раз. Сравним профиль ДГТ 
(рис. 1.2) с обычной гладкой трубой для системы наружной канализации. 

Двухслойные гофрированные трубы из полиэтилена предназначены для подземной 

прокладки безнапорных трубопроводов систем канализации и дренажа.

Главным фактором повышения кольцевой жесткости гладкостенной (напор
ной) трубы является увеличение толщины ее стенки или применение материала с 
большим модулем упругости. Но для безнапорных труб большая толщина стенки не 
нужна. Поэтому этот вопрос решается применением специальной геометрии стенки. 
В частности,  используют пустотелые профили, обеспечивая необходимый уровень 
кольцевой жесткости за счет подбора высоты профиля, при этом существенно снижая 
материалоемкость изделия по сравнению с монолитной стенкой напорной трубы.  

2. Малый вес труб снижает расходы на транспортировку и монтаж.
3. Простота и надежность соединения труб достигается муфтами без раструбов 

(уплотнительное кольцо одевается во впадину гофры). При этом герметичность соединения превосходит стойкость трубы при внутреннем гидростатическом давлении.

Рис. 1.1. Конструкция ДГТ в месте соединения муфтой

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru 

Специальные технологии и новое оборудование в производстве труб из полимеров

4. Улучшенные показатели стойкости к удару вследствие отсутствия значитель
ных напряжений в сравнительно тонких стенках.

5. Повышенная звуковая и тепловая изоляция (особенно в трехслойных гоф
рированных трубах).

6. Повышенная устойчивость к замерзаниям воды в трубе.
7. Устойчивость к циклическим колебаниям температуры транспортируемой 

среды — труба механически связана с грунтом или строительной конструкцией, 
что исключает их относительное перемещение.

 8. При выполнении дренажных отверстий по впадинам гофр последние защи
щены от закупорки грунтом (при условии применения фильтрующего текстиля).

 9. Благодаря гладкой внутренней поверхности ДГТ не происходит заиливания 

при дренаже (актуально при дренаже зданий и дорог). 

Область применения ДГТ зависит от материала, из которого они изготовлены, 

и конструкции стенок.

 Наиболее распространенным материалом для ДГТ (однослойные изготавлива
ют преимущественно из ПВХ) является полиэтилен низкого давления вследствие 
его хорошей стойкости к ударам [12], морозостойкости (эксплуатация до минус 
40 оС), большим значениям относительного удлинения при разрыве (важно при 

подвижке грунта), относительно высокой 
стойкостью к солнечному излучению. Его 
недостаток — низкая теплостойкость (60 оС), 
ограничивающая температуру транспортируемой среды.

 Для транспортировки сред с температурой 

до плюс 100 оС (например, канализация внутри зданий и сооружений [9], обогрев почвы и 
утилизация тепла) наиболее часто используют 
ДГТ из полипропилена (ПП). Недостатком 
таких труб являются низкие стойкость к 
удару [12], морозостойкость (использование 
ПП-блоксополимера ограничено высокой 
стоимостью и его низкими значениями относительного удлинения при разрыве), а также 
пониженная стойкость к солнечной радиации. 

Рис. 1.2. Профиль стенки ДГТ типа «КОРСИС» [2]

*

S1*

D2

S2

D1*

Рис. 1.3. Методы производства ДГТ

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru 

Специальные технологии и новое оборудование в производстве труб из полимеров

 Для изготовления ДГТ на практике применяется два метода производства: 

метод раздува в гофраторе и метод навивки на барабан (рис. 1.3) [3].

1.1.1. Технология  и оборудование для изготовления 

двухслойных гофрированных труб раздувом 

Технологический процесс производства ДГТ заключается в последовательном 

выдавливании двух трубных заготовок, формования из одной из них гофрированной внешней оболочки, к внутренней поверхности которой подваривается 
внутренний слой (рис. 1.4) [4].

Угловая экструзионная головка питается от двух экструдеров. Экструзионная 

головка (рис. 1.5) имеет удлиненный дорн (калибратор), который вводится внутрь 
полуформ гофратора. Вначале выдавливается расплав из внешнего формующего 
канала и происходит образование гофров. Затем из второго формующего канала 
выдавливается расплав, который образует внутреннюю гладкую оболочку трубы. 
Внешний гофрированный слой оформляется в движущихся сомкнутых полуформах гофратора (рис. 1.6) под действием вакуума и сжатого воздуха, а внутренняя 
поверхность — охлаждаемым дорном (калибратором), установленным непосредственно за экструзионной головкой под действием вакуума [4].

Приваривание внутреннего слоя трубы к ее внешнему слою происходит за счет 

частичного сжатия слоев в зазоре между полуформами гофратора и охлаждаемым 
калибратором.

Рис. 1.4. Технологическая схема производства ДТГ методом раздува в гофраторе:

1 — два экструдера; 2 — экструзионная головка; 3 — гофратор; 4 — ванна водяного  охлаждения; 5 — отрезное устрой
ство; 6 — приемный стол

6
5
4
3
2
1

Рис. 1.5. Схема изготовления ДГТ: 

1 — прямоточная экструзионная головка; 2 — угловая экструзионная головка; 3 — 
трубная заготовка внешнего слоя; 4 — полуформы гофратора; 5 — ванна  охлаждения; 

6 — форсунки водяного охлаждения

1
2
3
4
5
6

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru 

Специальные технологии и новое оборудование в производстве труб из полимеров

В ряде случаев при производстве труб относительно небольших диаметров может 

использоваться не два, а один экструдер, но при этом должна применяться экструзионная головка, подающая один слой к калибратору, а второй — к гофратору.

Охлаждение трубы. Гофрированная оболочка охлаждается от поверхности 

полуформ, внутренний слой — от поверхности калибратора, через который идет 
проток воды для охлаждения. Окончательное охлаждение трубы происходит в 
оросительной ванне.

Отвод трубы. Отвод труб с постоянной скоростью обеспечивается установкой 

скорости гофратора. Тянущее устройство играет роль вспомогательного при отводе 
трубы в процессе производства и основного в момент остановки линии для выгонки 
трубы с линии, прижав трубу к ведущим тракам с помощью верхнего прижимного 
трака. Скорости тянущего устройства и гофратора должны быть синхронизированы. Допускается небольшое превышение скорости тянущего устройства [4].

Основное оборудование:
1. Экструдер (два или один), должен выполняться на рельсах, для компенсации 

теплового расширения при изменении температуры цилиндра. При этом формующая головка должна быть неподвижна.

2. Экструзионная головка с формующим инструментом должна жестко крепить
ся к фундаменту и иметь возможность точной регулировки своего положения с 
четырьмя степенями свободы (кроме вдоль оси). При работе экструзионная головка 
жестко крепится к гофратору. Она должна формовать две кольцевых заготовки 
расплава с разнотолщинностью не более 5 % и однородной температурой, между 
рукавов должны быть щели независимого раздува. Через экструзионную головку 
должна проходить магистраль «вход/выход» охлаждающей калибр жидкости. Наружная матрица должна иметь нагреватель, например, с керамической изоляцией. 
Конструкция экструзионной головки должна обеспечить точное позиционирование калибра и его теплоизоляцию от расплавоведущих частей. Калибровка 
разнотолщинности зазоров каналов течения расплава должна выполняться без 
отвода гофратора.

3. Гофратор  — реечный, с возможностью вакуумирования инструмента.
4. Инструмент гофратора (полуформы).

Рис. 1.6. Гофратор

©ЭБС «Химия», 2022 © ЦОП «Профессия», 2009–2022. Все права защищены. www.epcprof.ru