Дипломная работа: Повышение качества полиэтиленовых газопроводных труб

Под воздействием влаги модифицированный силанами ПЭ превращается в пространственно сшитый в результате реакции гидролитической поликонденсации привитых фрагментов КОС с образованием силаксановых связей между макромолекулами ПЭ. Образование силаксановой связи может проходить уже при комнатной температуре. Однако наибольшее распространение получила термообработка изделий из сшивающегося ПЭ водой при температуре 80-90°С. По данным работы ДО| время термообработки ПЭ составляет 8-10 часов. При использовании в качестве сшивающих агентов смесь ВТЭЭС и этилсиликата (ЭТС) время термообработки сократилось до 3-4 часов. При этом было показано [15], что введение в матрицу ПЭ привитых фрагментов органосиланов коэффициент диффузии мало меняется в пределах погрешности измерения (изменение составляет 10-15%). Также мало меняется энергия активации процесса. При переходе к сшитым структурам коэффициент диффузии уменьшается в 1,3-1,5 раза при общем слабом измерении энергии активации.

Это свидетельствует о том, что процесс силанольной сшивки мало зависит от скорости диффузии воды в ПЭ и определяемся в основном скоростью просекания реакций гидролитической поликонденсации ВТЭЭС и ЭТС. Значительное ускорение продесса сшивания ПЭ при совместном использовании ВТЭЭС и этилсиликата или ею модификаций (ВТОКС или ГС) объясняемся чем, что с гидролитической гомополиконденсацией возможно протекание гетерофазной поликонденсации. Гидролиз может протекать раздельно по этакси- группам ВТЭЭС и ВТОКС. Также возможен согидрому ОН- групп ВТОКС и ВТЭЭС. Не исключена реакция ОН-групп гликоля, входящих ВТОКС с ОН- или OCsHs-группами ВТЭЭС. Для данной сшивающей системы использование оловоорганических катализаторов сшивки оказалось мало эффективным.

Гидролитическая сополиконденсация и гетерофазная поликонденсация происходит за счет взаимодействия - ОС2Н5 и ОН- групп ВТОКС с ОС2Н5 ОС2Н4 и ОН- руинами ВТЭЭС, что подтверждается снижением интенсивности полосы при 990см-1 и практически полным исчезновением полосы 3200-3600см-2.Это свидетельствует о протекании реакции гидролиза и конденсации с образованием новых Si-0-Si- связей. Образование новых силоксановых связей подтверждается также резким возрастанием интенсивности полосы при 380см-1, характерной для деформационных колебаний Si-O-Si-групп.

Следует отметить снижение интенсивности при 1400см-1, характерной для С=С - связей. Можно предположить, что происходит раскрытие двойных связей в результате термоокислительной деструкции с последующим сшиванием по С-С-связям. При наличии ПЭ но этим группам идет прививка ВТЭЭС к ПЭ.

Степень сшивания оказывает существенное влияние на комплекс физико-химических свойств ПЭ. Силанольносшитый ПЭ проявляет высокоэластические свойства, причем температура стеклования смещается в область более высоких температур, а величина высокоэластической деформации снижается » в 1,5 раза.

ВЫВОД: Проведенный информационный анализ свидетельствует:

¾  о повышенных требованиях к полиэтиленовым трубам для систем газоснабжения из-за высокой взрыво- и пожароопасности транспортируемой среды;

¾  о необходимости модификации полиэтилена на стадии синтеза или переработки для повышения уровня эксплуатационных характеристик экструзионных трубных марок;

¾  о возможности повышения теплостойкости, термостабильности, снижения деформируемости ПЭВП путем химического и радиационного сшивания;

¾  о преимуществах Силановой технологии для улучшения качества продукции и повышения технологичности.

В связи с вышеизложенным, в курсовом проекте предлагается следующее технологическое решение для организации производства газонапорных труб:

¾  замена базовой марки сырья ПЭ-80 на ПЭ-100 для улучшения эксплуатационных характеристик полимерных газовых труб, диаметром 110мм;

¾  совершенствование конструкции экструзионной головки, т.е. использование формующей головки с вращающимся дорном для повышения прочности изделий в радиальном направлении.

1.2 Патентные исследования

Задачей патентных исследования является исследование тенденций развития производства полиэтиленовых труб с повышенной прочностью.

По результатам проведенного поиска по РЖ ВИНИТИ Химия «Технология полимерных материалов», и бюллетеня «Изобретения. Полезные модели» выявлено, что ведущей страной в разработке технологии получения полиэтиленовых труб является РФ, эта страна выбрана в качестве страны поиска. Глубина поиска по источникам патентной и научно-технической документации принята 10 лет, исходя из потребности для решения поставленной задачи. Начало поиска 1 января 2006г.

Поиск проводился по фондам ЭТИ СГТУ и в Интернете: http://www.fips.ru по следующим материалам:

Научно-техническая и патентная документация, отобранная для анализа:

1. Пат. 2190796 Российской Федерации, МПК 7 F16L9/12

Способ изготовления полиэтиленовой трубы / / Нахаев С. С., заявитель и патентообладатель Нахаев С. С. / - 2000126177/06; заявлено 17.10 2000; опубл.10.10. 2002 // Изобретения. Полезные модели -2002.-№14.-с.324.

Изобретение относится к области производства труб, которые могут быть использованы при строительстве трубопроводов для транспортирования газообразных и жидких, в том числе химически агрессивных сред, при переменных давлении и температуре преимущественно в средних и южных широтах. Техническим результатом изобретения является обеспечение надежности работы трубы при эксплуатации ее при высоких температурах, а также снижение трудозатрат на ее изготовление. Способ изготовления трубы включает выполнение канавок по спирали, укладку в них длинномерного элемента с последующим покрытием эластичным материалом. Используют однослойную полимерную трубу, по спирали которой с помощью, например, резца выполняют канавку, глубина которой не превышает половины толщины стенки трубы и определяется сечением длинномерного элемента. Покрытие длинномерного элемента эластичным материалом осуществляют с помощью сварки, например экструдером с предварительным подогревом стенок канавки.

2. Заявка 2002122406 Российской Федерации, МПК 7 F16L9/12

Композиция на основе сшиваемого полиэтилена, способ получения из нее трубы и труба / Корнет Мартин, Лефебвр Лоран, Вандевейвер Эрик, заявитель Корнет Мартин, Лефебвр Лоран, Вандевейвер Эрик - / 2002122406/04; заявлено 10.01.2004, опубл. 20.08.2005 // www.fips.ru.

Изобретение относится к композиции на основе сшиваемого полиэтилена, способу изготовления трубы из указанной композиции и трубе. Композиция содержит от 0,05 до 0,24 гидролизуемых силановых групп на 100 единиц -СН2- и имеет стандартную плотность, по меньшей мере, 954 кг/м3. При этом показатель текучести расплава композиции, измеренный в соответствии со стандартом ASTM D 1238, при нагрузке 5 кг (MI5) ниже 1,5 г/10 мин и при нагрузке 21,6 кг (HLMI) выше 2 г/10 мин. Указанные композиции, содержащие сшиваемый полиэтилен, применяются для производства труб. Способ изготовления трубы предусматривает на первой стадии экструзию композиции в форме трубы. После чего на второй стадии полученную трубу подвергают гидролизу для сшивания сшиваемого полиэтилена. Полученные по изобретению трубы имеют высокое долговременное сопротивление давлению свыше 12,5 МПа, определяемое в соответствии со стандартом ISO/TR 9080, и могут быть использованы для транспортировки текучих веществ под высоким давлением. 3 н. и 10 з.п. ф-лы.

3. Пат. 2143628 Российской Федерации, МПК 6 F16L9/12

Способ изготовления полиэтиленовой трубы, армированной металлическим каркасом/ Нахаев С. С., заявитель и патентообладатель Нахаев С. С. / - 98111368/06; заявлено06.09.1998.; опубл. 12.27.1999. // Изобретения. -1999.-№ 22.-с. 467.

Изобретение относится к производству полиэтиленовых труб. Способ включает размещение на оправке продольной металлической арматуры, навивку на нее с заданным шагом витков поперечной арматуры, скрепление арматуры в точках ее пересечения, формирование полиэтиленовой оболочки и разделение непрерывной трубы на отрезки мерной длины. В результате сокращаются трудозатраты и экономится расходуемый материал.

4. Заявка 2000126177 Российской Федерации, МПК 7 F16L9/12

Способ изготовления полиэтиленовой трубы / Нахаев С. С., заявитель Нахаев С. С. / - 2000126177/06; заявлено 17.10.2000; опубл. 9.10.2002 // Изобретения. Полезные модели -2002.-№12.-с.372.

Способ изготовления полимерной армированной трубы, включающий выполнение канавок по спирали, укладку в них длинномерного элемента с последующим покрытием последних эластичным материалом, отличающийся тем, что используют однословную полимерную трубу, по всей длине которой с помощью, например, резца выполняют канавку, глубина которой не превышает половины толщины стенки трубы и определяется сечением длинномерного элемента, а покрытие последнего эластичным материалом осуществляют с помощью сварки при предварительном подогреве стенок канавки.

5. Заявка 98118100 Российская Федерация, МПК 7 F16L9/12

Многослойная труба/ Бореалис А. С., Эк Карл-Густаф, Сандберг Ханс, Линдстрем Хельге, заявитель Бореалис А. С., Эк Карл-Густаф, Сандберг Ханс, Линдстрем Хельге / - 98118100/06; заявлено 5.10.1998; опубл. 27.08.2000// www.fips.ru.

Многослойная пластиковая труба, состоящая, по меньшей мере, из двух слоев различных пластиковых материалов, с улучшенной стойкостью к быстрому распространению трещины, отличающаяся тем, что пластиковые материалы состоят из полиолефинового пластика, а труба имеет стойкость к быстрому распространению трещины, выраженную в виде критической температуры трубы, которая ниже взвешенного среднего значения критической температуры однослойных труб из отдельных пластиковых материалов, включенных в многослойную трубу, имеющую одинаковый размер, причем критические температуры однослойных труб из отдельных пластиковых материалов различаются по меньшей мере на 5°С, а критическая температура трубы является самой низкой температурой, при которой трещина, образуемая в трубе, распространяется в трубе на расстояние, равное, по существу 4 диаметрам трубы, при перепаде давления между внутренней стороной и наружной стороной трубы 0,5 МПа.

2. Труба по п. 1, отличающаяся тем, что она имеет критическую температуру, которая ниже температуры всех включенных пластиковых материалов отдельно.

3. Труба по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что она имеет критическую температуру ниже -5°С, предпочтительно ниже -15°С, измеренную на трубе, имеющей наружный диаметр 110 мм и толщину стенки 10 мм.

4. Труба по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что слои состоят, по меньшей мере, из одного пластика, который выбран из полиэтиленового пластика и полипропиленового пластика.

5. Труба по п. 4, отличающаяся тем, что слои состоят, по меньшей мере, из двух слоев полиэтиленового пластика, значения Ткрит. которых отличаются по меньшей мере на 10°С.

6. Труба по п. 4 или 5, отличающаяся тем, что слои состоят, по меньшей мере, из двух слоев полипропиленового пластика, значения Ткрит. которых отличаются, по меньшей мере, на 10°С.

7. Труба по любому из пунктов, отличающаяся тем, что пластиковый материал, имеющий самую низкую критическую температуру, Ткрит., расположен, по меньшей мере, на внешней стороне трубы.

8. Труба по п. 7, отличающаяся тем, что она содержит, по меньшей мере, три слоя, а материал, имеющий самую низкую критическую температур.

6. Заявка 2002105658 Российской Федерации, МПК 7 F16L9/12

Способ упрочнения полиэтиленовых труб/ Магарил Я. Ф., Багиров Р. Р., Бирюков С. Д., Завьялов М. П., Шпанер Я. С., заявитель Магарил Я. Ф., Багиров Р. Р., Бирюков С. Д., Завьялов М. П., Шпанер Я. С. /- 2002105658/06; заявлено 04.03.2002; опубл. 10.09.2003 // www.fips.ru.

Способ упрочнения полиэтиленовых труб, включающий нанесение армирующего, герметизирующего и защитного слоев, отличающийся тем, что армирующий слой наносят плотным плетением по системе “два через два”, по концам трубы устанавливают втулки с зубчатыми кольцевыми канавками в зоне полиэтиленовой трубы и сплошными кольцевыми канавками в зоне армирующего слоя, сверху надевают муфту с зубчатыми кольцевыми канавками по внутреннему диаметру и встречными выступами по наружному диаметру, через внутренний диаметр втулки протягивают дорн диаметром, большим внутреннего диаметра втулки, по муфте протягивают матричную втулку с формирующим диаметром, меньшим наружного диаметра муфты, а край муфты совместно с армирующим слоем приваривают к втулке.

7. Заявка 2002121101 Российской Федерации, МПК 7 B29D23/00

Способ изготовления полиэтиленовой трубы / Маганов Р. У., Некрасов В. И., Вятчинин М. Г., Лесничий В. Ф., Инюшин Н. В., Ларионов А. Ф., заявитель Маганов Р. У., Некрасов В. И., Вятчинин М. Г., Лесничий В. Ф., Инюшин Н. В., Ларионов А. Ф. / - 2002121101/12; заявлено02.08.2002; опубл. 27.03.2004 // www.fips.ru.

Способ изготовления трубы, включающий формование полиэтиленовой трубчатой заготовки, ее калибрование с охлаждением и армирование намоткой и полимеризацией волокнистого материала со связующим, отличающийся тем, что калибрование с охлаждением трубчатой заготовки ведут в коническом калибраторе.

8. Заявка 2002122976 Российской Федерации, МПК 7 B29D23/00

Способ изготовления трубы/ Грейлих В. И., Маевский И. И., Кобяков Н. И., Зырянова Л. Н., заявитель закрытое акционерное общество "НПП Композит-нефть" /- 2002122976/12; заявлено 26.08.2002; опубл.10.03.2004. // www.fips.ru.

1.Способ изготовления трубы, включающий поочередное нанесение на полиэтиленовой слой праймерного слоя и композиционно-волокнистого материала, и последующую термообработку с замоноличиванием элементов, отличающийся тем, что после нанесения на полиэтиленовый слой праймерного слоя выполняют их термообработку с прогревом только поверхностного слоя полиэтиленовой оболочки, а термообработку композиционно-волокнистого материала выполняют при температуре меньшей предыдущей.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нанесение на полиэтиленовый слой праймерного слоя выполняют методом соэкструзии.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что нанесение на полиэтиленовый слой праймерного слоя выполняют методом намотки пленки из сэвиленовой композиции с ее обмоткой тонким слоем композиционно-волокнистого материала.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что нанесение на полиэтиленовый слой праймерного слоя выполняют методом намотки пленки из двухслойной сэвиленовой композиции.

5. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что в качестве материала внутренней оболочки используется, например, полипропилен, поливинилхлорид, полиэтилен высокой или низкой плотности, полиамид и т.п., а в качестве термоотверждающегося материала, например, полиэфирная, эпоксидная, эпоксифенольная и т.п. композиция

9. Заявка 2001112853 Российской Федерации, МПК 7 F16L9/12

Способ изготовления полиэтиленовой трубы / Маганов Р. У., Некрасов В. И., Вятчинин М. Г., Лесничий В. Ф.,.Инюшин Н. В, Ларионов А. Ф., заявитель Маганов Р. У., Некрасов В. И., Вятчинин М. Г., Лесничий В. Ф.,.Инюшин Н. В, Ларионов А. Ф. / - 2001112853/06; заявлено 08.05.2003; опубл.27.02.2003 // www.fips.ru.

Способ изготовления трубы, включающий нанесение на полиэтиленовый слой праймерного слоя, намотку композиционно-волокнистого материала и последующую термообработку с замоноличиванием элементов, отличающийся тем, что намотку композиционно-волокнистого материала выполняют в виде двух спиральных взаимно перекрестных слоев и в процессе термообработки сначала замоноличивают наружный из взаимно перекрестных слоев, а затем - остальные элементы трубы.

ВЫВОД: Анализ патентной документации и научно-технической документации показывает наличие большого количества данных, посвященных проблеме производства полиэтиленовых труб. Отмечено, что упрочнение полиэтиленовых труб достигается при нанесении армирующего слоя плотным плетением, по концам трубы устанавливают втулки, сверху надевают муфту, через внутренний диаметр втулки протягивают дорн диаметром, большим внутреннего диаметра втулки, по муфте протягивают матричную втулку с формирующим диаметром, меньшим наружного диаметра муфты, а край муфты совместно с армирующим слоем приваривают к втулке.

Показано, что меняя параметры процесса и применяя новое оборудование можно изготовить полиэтиленовые трубы различного назначения в связи с чем ассортимент значительно расширится.

В данном дипломном проекте предлагается совершенствование технологии производства полиэтиленовых газопроводных труб путем использования в качестве сырья полиэтилена марки ПЭ-100 и головки экструдера с вращающимся дорном.

1.3 Характеристика исходного сырья, вспомогательных материалов и готовой продукции

Исходя из условий эксплуатации труб, для их изготовления необходимо использовать такой материал, который бы удовлетворял следующим специальным требованиям:

не допускать вредного воздействия на воду, не допускать появления механических и других примесей от вымывания составляющих материалов;

обеспечить изготовление труб окрашенных в массе в черный цвет;

показатели материала не должны изменяться более чем на 5% в процессе хранения в течение двух лет в закрытом помещении;

поверхность труб должна быть гладкой и ровной, допускаются незначительные следы от формующего инструмента на наружной поверхности трубы, а также углубления от маркирующего устройства глубиной не более 0,5мм.

Материалом удовлетворяющим этим требованиям является полиэтилен среднего давления ПЭ 100 (производитель ОАО «Ставролен»).

Гранулированный ПЭ поступает на производство в полиэтиленовых мешках с сертификатом качества предприятия – изготовителя. Использование вторичного полиэтилена для производства газопроводных труб недопустимо.

ПЭ выпускается в виде гранул черного цвета размером 2 – 5 мм. Показатели качества должны соответвтвовать требованиям, указанным в табл. 3

Вода необходимая для охлаждения труб общая жесткость которой должна составлять не более 7,0 мг-экв/л.

Вспомогательные материалы приведены в табл. 4

Таблица 3

Качественные показатели ПЭ марки ПЭСП (ПЭ 100) производитель ОАО «Ставролен»

Таблица 4

Характеристика вспомогательных материалов.

Готовой продукцией являются трубы для газопроводов из полиэтилена (ПЭ 100) с техническими характеристиками:

¾  Наружный диаметр, мм 110 ± 1,0

¾  Толщина стенки, мм 6,3 ± 1,0

¾  Овальность, мм не более 6,6 + 0,8

(в отрезках) 2,2

¾  Внешний вид гладкая наружная и внутренняя поверхность

¾  Цвет черный с желтыми продольными маркировочными полосами по окружности трубы

¾  Относительное удлинение при разрыве, % не менее 350

¾  Изменение длины труб после прогрева, % не более 3,0

¾  Стойкость при постоянном внутреннем 100

давлении при 20 ºС, час, не менее (при σнач в стенке трубы 10 МПа)

¾  Стойкость при постоянном внутреннем давлении 165

при 80 ºС, в час, не менее (при σнач -4,6 МПа)

¾  Стойкость к газовым составляющим при 80 ºС и начальном напряжении в стенке руб 2 МПа, час, не менее 20

¾  Термостабильность труб при 200 ºС, мин, не менее 20

¾  Стойкость к быстрому распространению трещин для труб с номинальной толщиной стенки 15 мм или при максимальном рабочем давлении трубопровода 0,4 МПа для всех диаметров Мор/2,4

1.4 Описание технологического процесса

Процесс изготовления труб основан на непрерывном выдавливании расплава через кольцевую щель формующей головки с последующим калиброванием, охлаждением и отводом трубы в соответствующие приемные устройства. Методом экструзии можно изготавливать трубы диаметром от десятых долей миллиметра (капиллярные трубки) до 500мм и более.

Процесс изготовления труб состоит из следующих технологических

операций: [19,20]

1) подготовка сырья;

2) плавление и гомогенизация расплава;

3) формование профиля трубы из расплава;

4) калибрование трубы;

5) охлаждение трубы;

6) намотка или резка;

7) маркировка.

Исходный материал из бункера для хранения направляется в сушилку гранул 1 для удаления поверхностной влаги из полимера. Гранулы полимера загружаются в бункер экструдера 2, где они расплавляются и выдавливаются через формующую трубную головку 3. Трубчатый профиль поступает внутрь калибровочной насадки 4, где частично охлаждается и приобретает необходимые размеры. Для прижатия расплава к стенкам калибрующей насадки внутрь трубы подводится сжатый воздух или создается вакуум между трубой и насадкой. Затем труба 7 охлаждается в ванне с двумя температурными зонами 5 и 6, проходит маркировку в устройстве 8, протягивается тянущим устройством 9 , разрезается пилой 10 и подается на приемный стол (штабелирующее устройство) 11. Бракованные изделия измельчаются в дробилке 12. (лист1)

Плавление полимера и гомогенизация расплава

Подготовка расплава к формованию проводится на шнековых экструдерах. При плавлении полимера и гомогенизации расплава требуется обеспечить хорошую однородность расплава по температуре, а также полное плавление гранул, чтобы исключить попадание в изделие нерасплавленных частиц полимера. В противном случае качество изделий понижается. Кроме того, чтобы происходило качественное формование расплава и последующее сохранение заданной формы, полимер должен быть нагрет до определенной температуры. Экструзионный агрегат должен работать при частоте вращения шнека, обеспечивающей заданную скорость выхода расплава и определенное избыточное давление на входе в формующую головку.

Скорость экструзии обычно выбирается из условия исключения эластической турбулентности (дробления расплава и появления шероховатости) или в зависимости от скорости охлаждения трубы с учетом длины охлаждающей ванны.

Формование профиля трубы.

Формование осуществляется за счет течения расплава полимера через кольцевую щель головки. При переработке ПЭВП, имеющего линейное строение макромолекулы ориентируются по направлению течения полимера, а максимальная прочность обеспечивается в поперечном направлении или под некоторым углом к направлению действия напряжений сдвига.

Необходимо учитывать также, что при увеличении скорости может появиться шероховатость поверхности, так как при напряжениях сдвига, превышающих силы адгезии расплава, происходит периодический срыв расплава с поверхности формующего канала.

При формовании профиля трубы расплав из головки выходит не свободно, а отводится с помощью тянущего устройства. Если расплав отводится со скоростью большей, чем скорость выхода расплава, происходит уменьшение толщины стенки трубы и повышается осевая ориентация макромолекул. В зависимости от степени вытяжки расплава увеличивается усадка в продольном направлении. При этом в тангенциальном направлении при нагревании труб, изготовленных с вытяжкой, наблюдается не уменьшение, а увеличение размеров. Формование профиля трубы происходит в канале, образованном дорном и формующим кольцом, закрепленным фланцем и болтами. Осевое течение расплава осуществляется под действием перепада давления в головке.. С увеличением частоты вращения дорна значительно уменьшается также относительное удлинение при растяжении вдоль направления экструзии и возрастает в тангенциальном. Таким образом, проявляется одинаковая зависимость разрушающего напряжения и относительного удлинения от частоты вращения дорна. Прочность на гидравлический разрыв при этом увеличивается на 20 25%. При исследовании физико-механических свойств образцов установлено, что относительное удлинение изделий, получаемых при осевом течении расплава в направлении экструзии, на 12% ниже, чем в перпендикулярном. В целом изменение разрушающего напряжения и относительного удлинения соответствуют друг другу. Выявлено, что повышение производительности экструдера приводит к увеличению анизотропии прочности труб, т.е. происходит уменьшение прочности вдоль направления экструзии, тогда как по периметру трубы прочность повышается. Влияние температуры на изменение анизотропии незначительное, т.е. с повышением температуры экструдата наблюдается не большое увеличение прочности. При выборе режима экструзии нужно оперировать не скоростью вращения дорна, а напряжением сдвига, возникающего при течении расплава в формующем канале.

При гидравлических испытаниях образцов труб, изготовленных с вращающимися формующими элементами они выдерживают большее давление, чем обычные трубы. При гидравлических испытаниях труб на стенде установлено, что трубы, изготавливаемые с вращением дорна, разрушаются с образованием разрыва не вдоль трубы, как обычно, а поперек. Кроме того, значительно увеличивается долговечность труб: испытания до разрушения они выдерживают во времени примерно в два раза дольше, чем трубы, изготовленные при неподвижном дорне.

Калибрование труб

Для придания профилю экструдата заданных размеров и исключения его деформации в охлаждающем устройстве трубы калибруют, т.е. предварительно охлаждают с обеспечением расплаву определенной конфигурации и размеров.

Трубчатая заготовка расплава выдавливается из головки и поступает внутрь металлической гильзы калибратора. При подаче сжатого воздуха внутрь трубы происходит частичное раздувание по диаметру, вследствие чего труба на выходе из головки плотно прилегает к охлаждаемым стенкам калибрующей гильзы. Чтобы не произошло разрушения (раздувания) экструдата, насадка в данном случае крепится вплотную к головке, а в рубашку калибрующей насадки подается охлаждающая жидкость. Для исключения прилипания расплава, гильза насадки охлаждается до температуры, которая всегда должна быть ниже температуры стеклования или плавления. При этом на поверхности трубы образуется слой твердого полимера, который после выхода из насадки должен выдерживать внутреннее давление воздуха, а также силы трения, возникающие в насадке.

С повышением температуры калибрования прочность труб в продольном направлении повышается, а в тангенциальном практически не меняется. Изменение прочности вдоль направления экструзии от температуры калибрующей гильзы обусловлено повышением степени кристалличности полимера.

От температуры охлаждающей воды в насадке зависит также шероховатость поверхности. С повышением температуры шероховатость труб понижается, так как в поверхностном слое степень кристалличности повышается. Давление калибрования выбирается в зависимости от диаметра трубы, толщины ее стенки, а также от свойств полимеров и температуры расплава. При этом следует учитывать, что при низком давлении ухудшается внешний вид труб (образуется поверхностная рябь), а при чрезмерно большом снижается прочность из-за возрастания коэффициента трения и появления микротрещин.

При охлаждении экструдата происходит усадка трубы, величина которой определяется природой полимера, исходной температурой и скоростью охлаждения. На величину усадки труб из ПЭВД по длине и диаметру существенное влияние оказывает скорость экструзии (отвода трубы). Чем выше производительность экструдера, тем выше напряжения сдвига в формующих каналах головки и соответственно ориентация макромолекул вдоль направления экструзии. При охлаждении объем полимера уменьшается больше в направлении ориентации, поэтому усадка труб происходит преимущественно в продольном направлении, а по диаметру с ростом скорости экструзии уменьшается. Величина усадки трубы по длине в основном зависит от степени вытяжки расплава на выходе из тубы, напряжений сдвига и температуры расплава полимера.

Охлаждение труб.

Охлаждение труб проводится орошением их водой или пропусканием через водяную ванну. Основное требование к этой операции — равномерное и быстрое охлаждение расплава. Поскольку труба движется в горизонтальном направлении, то создаются неравномерные температурные поля по верху и по низу трубы. Чтобы исключить это, в ваннах обеспечивается интенсивное перемешивание жидкости, для чего устанавливают барботажные трубки, разбрызгивающие форсунки или создают спиральный поток воды вокруг трубы. Интенсивное перемешивание необходимо также для удаления пузырьков воздуха, оседающих на поверхности трубы и нарушающих теплообмен. В противном случае поверхность становится дефектной (с оспинами).

Температура охлаждающей воды обычно выбирается в зависимости от полимера, а также с учетом требований, предъявляемых к трубам. При очень низкой температуре поверхностные слои имеют аморфную или мелкокристаллическую структуру, а во внутренних слоях возникают кристаллические образования больших размеров. Для выравнивания структуры применяют охлаждение по зонам, с различной температурой или двухстороннее охлаждение.

Трубы хорошего качества получаются, если температура расплава на внутренней поверхности после выхода из ванны понижается до температуры плавления или текучести. Поэтому необходимо обеспечивать определенную скорость отвода трубы тянущим устройством. Если отвод трубы чрезмерно ускорить, расплав на внутренней поверхности срезается плавающей пробкой и гладкость трубы нарушается. Высокая температура на внутренней поверхности после охлаждения приводит к увеличению размеров кристаллических структур и ухудшению качества труб, возможна также деформация труб при сжатии их треками тянущего устройства.

Маркировка и упаковка труб.

После охлаждающей ванны труба поступает в тянущее устройство, с помощью которого обеспечивается постоянная скорость отвода трубы. При этом труба должна иметь хорошее сцепление с треками или роликами тянущего устройства, исключающее ее проскальзывание и появление вследствие этого кольцевых утолщений стенки.

По ходу движения трубы обычно устанавливают устройство для измерения ее длины и маркировки. Надпись на трубы наносится накаткой краски или методом горячего тиснения. На обогреваемом ролике надпись выполняется в виде выступающих знаков, которые при нажатии на трубу оставляют углубления.

Трубы с помощью режущего устройства разрезаются на отрезки определенной длины и упаковываются в виде связанного пучка. При изготовлении труб, а также перед их упаковкой периодически проводится визуальный осмотр, измерение основных размеров (диаметра, толщины стенки) и испытание на соответствие ГОСТам. На современных агрегатах диаметр трубы и толщина стенки измеряются автоматически приборами.

1.5 Основные параметры технологического процесса

В качестве основных технологических параметров приняты следующие: распределение температур по зонам нагрева экструдера, давление пластикации, температура калибрования, скорость отвода труб, температура воды в охлаждающих ваннах.

Переработка полиэтилена высокой плотности требует корректировки режимов пластикации: увеличение температуры пластикации на 10 °С и увеличение линейной скорости вращения шнека.

Температура по зонам материального цилиндра:

1 зона – 125 ± 10°С

2 зона – 160 ± 10°С

3 зона – 190 ± 10°С

4 зона – 190 ± 10°С

5 зона – 195 ± 10°С.

Температура по зонам головки:

1 зона – 195 ± 10°С

2 зона – 190 ± 10°С

3 зона – 180 ± 10°С

4 зона – 170 ± 10°С.

Линейная скорость вращения шнека – 12-117 об/мин.

Вакуум - 0,03 – 0,012 кгс/см2.

Скорость отвода трубы – 5 м/мин.

Температура воды в охлаждающих ваннах - не выше 30°С.

1.6 Технологическая характеристика основного технологического оборудования

I.    Линия для производства труб ЛТ 125-75/160. [21]

¾  Максимальная производительность, кг/час 250

¾  Размеры выпускаемых труб:

наружный диаметр, мм 75-160

толщина стенки, мм 6-9

длина отрезков, мм 6000-12000

¾  Скорость протягивания труб, м/мин 5

¾  Общая установленная мощность

электрооборудования линии, кВт в т.ч. 186

электродвигателей 151

электронагревателей 35

¾  Электроснабжение сеть трехфазного тока:

напряжение, В 380/220

частота, Гц 50

¾  Объемный расход воды, м3/час, не более

(Т=20 ºС, давление =0,3 – 0,6 МПа) 7,0

¾  Объемный расход сжатого воздуха, м3/час, не более

(давление = 0,3 – 0,5 МПа) 0,5

¾  Габаритные размеры: длина, мм 39000

ширина, мм 3700

высота, мм 2900

¾  Масса, кг 11600

Состав линии:

1.   Сушилка СГ-300 – предназначена для автоматической загрузки, нагрева и подсушки гранулированного полиэтилена.

¾  Температура нагрева воздуха, ºС 50-160

¾  Производительность, кг/час 300

¾  Емкость бункера загрузчика, м3, не менее 0,15

¾  Емкость бункера устройства нагрева гранул, м3, не менее 0,15

¾  Высота подачи материала, м 6

¾  Длина транспортного трубопровода, м, не более 10

¾  Установленная мощность, кВт 14

¾  Мощность нагревателей, кВт 12

¾  Габаритные размеры бункера загрузчика, мм не более:

длина 950

ширина 600

высота 905

¾  Габаритные размеры устройства нагрева гранул

с циклоном загрузчика, мм не более: длина 1050

ширина 720

высота 1670

¾  Масса, кг 300

2. Пресс червячный (экструдер) ЧП 125 х 25:

¾  Диаметр червяка, мм 125

¾  Отношение рабочей длины червяка к его диаметру 25

¾  Производительность пресса, кг/час не более 500

¾  Число обогреваемых зон корпуса 4

¾  Частота вращения червяка, об/мин 12-117

¾  Общая мощность электронагревателей, кВт 35

¾  Габаритные размеры, мм длина 4660

ширина 3700

высота 1800

¾  Масса, кг 4400

3. Головка трубная:

¾  Количество зон обогрева 3

¾  Максимальная температура нагрева корпуса головки, ºС 250

¾  Габаритные размеры, мм 1090 х 910 х 1280

¾  Масса, кг 620

4. Ванна охлаждения водяная (2 шт):

¾  Габаритные размеры, мм 6320 х 820 х 1250

¾  Масса, кг 770

5. Машина тянущая:

¾  Скорость протягивания, м/мин не более 13

¾  Тип тянущего устройства роликовое с резиновыми траками

¾  Усилие сжатия траков, кгс 1000

¾  Габаритные размеры, мм 3065 х 1844 х 2200

¾  Масса, кг 2400

6. Машина для резки труб:

¾  Тип отрезного устройства маятниковый

¾  Режущий инструмент пила дисковая (Ø 500 мм)

¾  Номинальная частота вращения пилы, об/мин 1500

¾  Привод каретки пневматический

¾  Габаритные размеры, мм 2675 х 920 х 1600

¾  Масса, кг 540

7. Измельчитель пластмасс роторный УИ. предназначен для измельчения отходов термопластов до размеров, пригодных для дальнейшей переработки.

¾  Максимальные размеры пустотелых отходов, мм 200´150´100

¾  Производительность, кг/час 50 – 150

¾  Получаемая измельченная фракция, мм не более 6

¾  Частота вращения ротора, об/мин 1450

¾  Мощность привода, кВт 3

¾  Габаритные размеры, мм 1050х750х1300

¾  Масса, кг 230

1.7 Технологические расчеты

1.7.1 Расчеты удельных норм расхода сырья и вспомогательных материалов

Норма расхода - это максимально допустимое плановое количество сырья и материалов на производство единицы продукции установленного качества в соответствии с уровнем развития техники, технологии и организации производства.

Типовая структура нормы расхода пластических масс в основном производстве продукции из них имеет следующий вид;

Hp = mo + mто + mтп ,

где mo - чистая масса готовой продукции из пластмасса (без арматуры);

mто - масса технологических отходов;

mтп - масса технологических потерь.

Технологические отходы представляют собой остатки исходного сырья (смолы, пластмассы), некондиционные изделия, литники, грот и т.д., образовавшиеся в процессе производства продукции и частичного или полностью утратившие свое качество.

В зависимости от способа переработки и от вида готовой продукции норма расхода сырья может быть выражена в граммах на одну штуку, килограммах на тысячу штук изделий (литье под давлением, горячее прессование, выдувное формование); в килограммах на один noгонный метр или на тысячу погонных метров, в килограммах на одну тонну (экструзия листов, труб); в килограммах на один квадратный метр или на тысячу квадратных метров (экструзия пленок) и т.д.

Норма расхода сырья на производство единицы продукции из пластмасс рассчитывается по следующей формуле:

Hp =Кр × mo ,

где Кр - нормативно составляющие расходного коэффициента по стадиям технологического процесса;

Нр - количество стадий технологического процесса.

Нормативные коэффициенты и их структурные составляющие определяются в безразмерных величинах [22].

Определение расходных норм при производстве труб.

Определить нормы расхода полиэтилена на производство труб размером 110 x 6,3 на 1п.м.(в кг), получаемых экструзионным способом. Определяем массу трубы, исходя из плотности полиэтилена, равной 952 кг/м3 (0,952 г/см3). Фактическая масса 1п.м.трубы , кг равна 2,09 кг.

Определяем нормативные расходные коэффициенты:

Страницы: 1, 2, 3