6 мая выходит новая книга "Технология производства профильных изделий. Непрерывное формование из расплава"
Несмотря на обилие литературы по отдельным проблемам производства изделий или их моделей, количество публикаций, относящихся к производству профильных изделий, особенно с точки зрения технологии, сравнительно немного. Из зарубежных изданий можно отметить книги Алана Гриффа (1965 г.), немецких авторов Hensen F., Knappe W., Potente H. (1986 г). со сравнительно небольшим разделом по оборудованию для производства профильных изделий (книга переведена на английский язык и издана в США в 1997 г.); американского инженера Даниэля Циканы (D. Cykana, 2012 г.), книгу Вальтера Микаэли «Экструзионные головки для пластмасс и резины» (третье издание книги переведено на русский язык и опубликовано в 2007 г. в издательстве «Профессия») и некоторые другие. В книге В. Микаэли экструзия профилей рассматривается главным образом в связи с конструкцией технологической оснастки и больше касается исследователей и конструкторов. Чаще информация по экструзии профилей освещается в отдельных разделах книг по переработке пластмасс экструзией (труб, листов, пленки и пр.).
Среди отечественных книг по экструзии пластмассовых профилей, опубликованных за последние 30-40 лет, пожалуй, можно назвать лишь небольшую книгу Любартовича С.А. по изготовлению резиновых профилей (1987 г.) и две книги В. П. Володина (2005 и 2010 гг.).
В развитие содержания двух последних книг автором была подготовлена новая книга, в которой обобщался опыт производства профильных изделий за более чем 40-летний период работы в этой области.
Несмотря на огромное количество публикаций по экструзии пластмасс и практические достижения в производстве, некоторые вопросы технологии проработаны еще недостаточно или не совсем правильно отражены в технической литературе.
Автор по роду деятельности является технологом по производству погонажных изделий экструзией (в разное время трубы, листы, и последние 40 лет — профили), технология производства которых включает весь перечень вопросов, перечисленных выше.
От технолога на производстве зависит качество и объемы выпускаемой продукции, состояние производственного процесса. А чтобы уметь применять свои знания на практике, нужно учиться самому, набираться опыта и обучать производственный персонал, включенный в технологический процесс.
Предлагаемые читателю книги автора по технологии экструзии профильных изделий являются не только продуктом опыта технолога (работа в НИИ на имеющемся оборудовании), но и обобщением полученных из технической литературы знаний, собственных исследований в ряде вопросов, которые мало или не совсем правильно освещаются в научной литературе.В январе 2019 г. в издательстве «Профессия» опубликована первая книга автора под названием «Экструзии профильных изделий» с подзаголовком «Материалы, оборудование, особенности технологий» общим объемом 812 стр. В ней отражены некоторые последние достижения в экструзионном оборудовании, оснастке и исправлены допущенные ошибки пробного тиража 2018 г.
В 2019 г. готовится публикация второй книги с названием «Технология экструзии профильных изделий. Непрерывное формование из расплава», состоящей из пяти основных разделов. В ней приводятся некоторые необходимые для описания положения практической реологии, положенной в основу теории шнековой экструзии, а также рассмотрены меры деформаций экструдата при различных схемах внешнего силового воздействия на него. Рассмотрены основные явления формования из расплава, определяющие стадии изготовления изделий различной формы и размеров:
-
подготовка гомогенного расплава в шнеках экструдера и подача его под давлением в экструзионную головку;
-
течение и развитие высокоэластической деформации в головке;
-
релаксация остаточной обратимой деформации на выходе из головки и разбухание экструдата;
-
последующая неизотермическая вытяжка и деформирование расплава при различных режимах воздействия внешних сил на его форму и размеры.
Приводится описание изменения текущих размеров экструдата круглого, прямоугольного и кольцевого сечений при разбухании в отсутствие вытяжки и при различных степенях вытяжки.
Особенностью предлагаемого описания является представление расплава как вязкоупругой жидкости, которую можно рассматривать как с позиций течения, так и деформирования, при котором большие деформации могут быть сравнительно легко измерены. Это стало возможным при производстве труб и профилей, для изготовления которых применяются высоковязкие марки термопластов. Этот подход отличается от традиционного описания поведения вязкоупругой жидкости через компоненты скоростей деформации и напряжений при трехмерном течении, которые могут быть определены только расчетом.
В данном описании рассматриваются также источники погрешностей измерений, связанные с особенностями течения и деформирования вязкоупругих жидкостей («бочкообразность» экструдата, невозможность точного бесконтактного определения размеров прямоугольной полосы, имеющей бочкообразную форму, погрешности, связанные со сложностью быстрой «заморозки» экструдата, особенно при повышенных степенях вытяжки, и пр.).
В книге пристальное внимание уделяется способам расчета коэффициента разбухания по площади поперечного сечения, являющегося главным показателем высокоэластической деформации, возникающей при экструзии без вытяжки расплава за пределами экструзионной головки, инвариантным относительно геометрии формующих каналов головки.
Помимо собственных измерений разбухания расплавов традиционных материалов, используемых для производства профильных изделий, автором проводился анализ технической литературы, в которой рассматриваются вопросы разбухания расплавов полимеров из промышленных термопластов. Используя методику обработки литературных данных, показана возможность получения характеристик упругих свойств исследованных материалов в обобщенном виде, т.е. инвариантных относительно формы и размеров формующих каналов экструзионных головок.
Полученные данные можно использовать для более точного расчета их размеров, а также рассчитывать текущие размеры экструдата при свободной и принудительной вытяжке в процессе калибрования. С позиций традиционного подхода текущие размеры экструдата либо представляют сложными формулами с большим количеством эмпирических коэффициентов, либо приводят для самых простейших геометрических форм, например, для круглых синтетических волокон.
Предложенная методика основана на измерении текущих размеров «замороженных» экструдатов, полученных при различных степенях вытяжки, и расчете на их основе главных деформаций, сумма которых при постоянном объеме равна нулю. Это позволяет третью главную деформацию определять по двум независимым (ширине и толщине или по диаметру и толщине стенки соответственно для прямоугольных и кольцевых участков профильных изделий).
В работе приведены примеры обработки по предлагаемой методике результатов своих и опубликованных в литературе результатов. Показано вполне приемлемое для практики отклонение от полученных в работах результатов. Подобный подход существенно отличается от подхода, принятого в практической реологии, который в большинстве случаев оперирует характеристиками течения расплава полимера до его затвердевания.
Конечно, не все проблемы решены. И самая существенная из них — это равномерный выход расплава по ширине формующей щели и определение протяженности участков разбухания и неизотермической вытяжки экструдата. Здесь автором предложено несколько упрощенных подходов, которые по результатам расчета внешних размеров экструдата близки к сеточным методам с использованием известных численных методов расчета по математическим моделям. Однако их практическое использование сдерживается как в силу дороговизны прикладных программ, так и необходимостью подготовки кадров, владеющих численными методами расчета для их применения. Некоторые упрощенные методы расчета уже опубликованы в технических журналах и предполагается отразить в третьей книге автора «Экструзионная оснастка».
Валентин Петрович Володин, канд. техн. наук