Чистка экструдера

Выпускаемые сегодня специальные чистящие композиции для экструзионного оборудования и оснастки позволяют быстро и эффективно удалить остатки полимерного материала перед новым технологическим циклом. Какие виды смесей предлагает рынок, в каких случаях нужно их применять и как правильно использовать?

Чистка экструдера: профессиональный подход

При эксплуатации оборудования для переработки пластмасс неизбежны процедуры его чистки. Это может быть связано со многими причинами: необходимостью поменять сырье или цвет материала, провести плановую чистку машины или заменить технологическую оснастку, остановить экструдер для профилактики или выявить источник появления брака в производимой продукции.

Чистка экструдера – это замена одного материала другим или полное удаление его из машины. Для переработчиков пластмасс чистка является важной периодической операцией технологического процесса. Считается, что эффективность производства в первую очередь зависит от степени чистоты используемого сырья (отсутствия посторонних примесей) и перерабатывающего оборудования. Из случайного сырья или неконтролируемой смеси полимеров невозможно получить качественную продукцию, отвечающую установленным требованиям; оборудование или технологическая оснастка с остатками подвергнутого деструкции материала являются источником возникновения проблем с качеством продукции.

Известно, что формирование изделий из пластмасс в большинстве случаев производится путем нагрева и перевода материала в вязко-текучее состояние (расплав), придания расплаву в пластическом состоянии определенной формы с последующим ее фиксированием в результате охлаждения. В состоянии расплава полимерные материалы имеют повышенную адгезию к металлическим деталям оборудования и оснастки, то есть прилипают к металлу. Степень прилипания и толщина прилипшего слоя зависят от температуры переработки материала, чистоты обработки поверхности металла, наличия в композиции добавок (смазок), уменьшающих адгезию расплава к металлу, от состояния поверхности раздела между расплавом и металлической поверхностью.

При правильной и эффективной чистке оборудования удаляются все остатки прежнего материала, находящееся в «мертвых » зонах или в зонах с пониженной скоростью течения расплава, где время воздействия высоких температур значительно возрастает по сравнению с участками с нормальным течением расплава. Удаляются все термочувствительные компоненты сырья, различные добавки к нему или красители, склонные к термическому разложению.

Применение специальных очищающих смесей для инжекционных литьевых машин и экструдеров началось сравнительно недавно — всего 7-10 лет назад. Широкому их распространению препятствовало то, что специальная композиция стоит дороже, чем сам очищаемый полимер. Сначала эти смеси применялись в небольшом количестве только при смене цвета. С появлением новых очищающих композиций и осознанием того, что они не только удобны, но и экономически выгодны, их применение переработчиками пластмасс стало расширяться.

В условиях сильной конкуренции компании, производящие чистящие составы, вынуждены постоянно совершенствовать качество своих продуктов и/или уменьшать их стоимость. Сегодня на рынке представлены современные высококачественные чистящие композиции технического назначения. Они легки в использовании и экономичны, безопасны в употреблении для людей и оборудования, имеют широкий диапазон применений, позволяют значительно сократить время чистки и уменьшить количество образуемых технологических отходов.

Большое значение для потребителей имеет стоимость специальных композиций. Смеси разного типа имеют различную цену. Но в любом случае они выше, чем цена перерабатываемого материала сравнимого веса. При оценке затрат на использование чистящих композиций в расчет следует принимать стоимость композиции, стоимость машинного времени (времени производительной работы оборудования ), стоимость перерабатываемого материала, который нужно удалить или очистить, выигрыш времени на чистку, стоимость смеси удаляемого материала и чистящей композиции, которую также можно использовать для последующей чистки.

Зачем, как и когда проводится чистка экструдера

Чистку оборудования целесообразно проводить в следующих случаях:

- при переходе на другой вид продукции (например, из другого материала) или при изменении цвета материала: чистящая композиция будет удалять все остатки старого цвета и другие источники загрязнения новой продукции;

- при пуске и остановке процесса, когда материал подвергается длительному воздействию повышенных температур;

- для предотвращения сильного загрязнения оборудования при отсутствии периодической его чистки с целью защиты изделий от загрязнения продуктами термического распада материала; к тому же предварительная чистка оборудования специальными составами удлиняет срок его службы.

Если переработчик производит продукцию, часто меняя ее цвет, чистящие композиции позволяют сократить время на проведение этой операции и уменьшить расход материалов. Имея портфель заказов на длительное время, можно рационально распланировать выпуск продукции одного цвета для различных потребителей, сокращая тем самым количество изменений цвета продукции и расходы на материалы.

Но так бывает далеко не всегда. Чаще приходится выполнять текущие заказы в самые короткие сроки и самого различного назначения. Например, один из производителей был вынужден до 9-10 раз в неделю изменять цвет и материал выпускаемой продукции. Начав использовать специальные чистящие композиции, он увеличил на более чем 1000 часов в год время производительной работы оборудования, сохранил сотни килограммов перерабатываемых материалов. То есть применение эффективных чистящих композиций дает ощутимую прибыль.
Все полимерные материалы в той или иной степени могут деструктировать при переработке. В обыденной терминологии это называют «горением»; одни материалы «горят» быстрее, другие медленнее. Этому способствует также степень адгезии (или прилипаемость) расплавов к металлу. По этому показателю полимеры также значительно различаются. Для полимеров с высокой прилипаемостью и невысокой термостабильностью процесс термодеструкции наступает раньше, поэтому они раньше начинают «гореть».

Различают три стадии «горения » полимера при переработке. В начальной стадии на поверхностях металлических деталей образуются коричневый желатинизированный слой или пятна перерабатываемого материала. В стадии умеренного «горения» слой материала становится темно-коричневым. При длительном «горении» материал полностью обугливается, и требуется немедленное его удаление, поскольку он является источником «черных точек» в продукции.

Периодическая чистка оборудования не позволяет выходить его работоспособности за пределы первой стадии. В результате таких защитных мер обеспечивается быстрая и эффективная чистка оборудования при малых затратах чистящей композиции. При чистой поверхности стальных деталей экструдера изменение цвета материала осуществляется достаточно быстро, что невозможно в большинстве случаев без применения специальных чистящих составов. Композиции для чистки экструдеров позволяют устранить источники «горения» материалов, особенно нетермостабильных, и контролировать, а следовательно, и регулировать стадии возможной деструкции материала.

Чтобы добиться максимального эффекта от использования чистящих составов, необходимо хорошо знать условия их применения. К примеру, при переработке термонестабильных материалов - таких как ПВХ - шнек машины должен, как правило, работать на относительно «голодном» режиме, поскольку полная загрузка шнека может привести к застою некоторых порций материала в неблагоприятных для течения расплава местах оборудования или оснастки. И вследствие повышенного времени пребывания материала при температурах переработки начнется каталитическое разложение полимера. Чистящую композицию следует вводить при максимальной температуре переработки термонестабильного материала уже после того, как основная его масса уже удалена из цилиндра и шнека машины. Расход композиции определяется фактической очисткой машины и удалением всех загрязнений.

Продолжительность чистки оборудования специальными композициями и эффективность процесса чистки зависят от многих факторов:

- тип перерабатываемого полимера и красителя (некоторые красители довольно трудно удаляются);

- вязкость удаляемого материала и вязкость материала, применяемого для чистки;

- состояние оборудования на момент применения чистящих композиций;

- размер машины и квалификации оператора;

- отработанность процедуры чистки конкретной композицией.

Поскольку чистящие композиции имеют различные типы и назначение, то время, необходимое для очистки, и их расход также могут значительно меняться. Обычный расход чистящей композиции для чистки экструдера составляет 2-5 кг на 25 мм диаметра шнека экструдера. Исходя из этого, можно рассчитать расход смеси для машины любого другого размера.

В любом случае чистка оборудования осуществляется быстрее и тщательнее, если специальные составы используются регулярно.

Типы смесей и их характеристики

Какие типы чистящих композиций для отрасли переработки пластмасс представлены на рынке в настоящее время и каковы их свойства?

Все чистящие композиции можно разделить на три основных типа: химического воздействия, абразивные и физического воздействия. Кроме того, применяются также так называемые гибридные композиции, представляющие различные комбинации основных типов.

Смеси химического воздействия активируются теплом процесса переработки полимерного материала. В результате целого ряда сложных и дозированных во времени реакций с остатками полимерного материала, с различными входящими в него добавками, красителями происходит слабая деструкция удаляемого материала, приводящая к понижению молекулярного веса полимера, уменьшению его вязкости, облегчающая удаление как остатков материала, так и самой чистящей композиции в смеси с полимером. Все проходящие реакции безвредны и для окружающей среды, и для оборудования. После завершения химических реакции чистящая композиция разрушается сама и впоследствии может использоваться в качестве инертного минерального наполнителя термопластичных материалов.

Абразивные чистящие композиции действуют главным образом на поверхности деталей, удаляя с них остатки заменяемого материала и сравнительно редко воздействуя на сами металлические поверхности цилиндров, шнеков экструдеров, литьевых машин, экструзионных головок или сопла машин для литья под давлением. Однако при чистке «до металла» смесь может оставлять царапины на поверхностях деталей, соприкасающихся с расплавом, если абразивный наполнитель достаточно твердый и жесткий. К тому же композиции этого типа могут оставлять нетронутыми значительные загрязнения в поперечных направлениях и не действовать на сильно прилипшие остатки материала.

Композиции физического воздействия обычно представляют собой смесь высоковязких полимеров, которые действуют подобно бульдозеру или снегоуборочной машине, сгребая все на пути своего движения. В значительной мере они позволяют легко очищать сравнительно низковязкие полимерные отложения, но в то же время не действовать на загрязнения, находящиеся несколько в стороне от главного потока при чистке. Чтобы удалить из оборудования саму композицию физического воздействия, придется использовать чистящую смесь химического действия.

Хотя два последних типа композиций имеют меньшую стоимость в расчете на 1 кг удаляемого материала, отмеченные выше их недостатки могут сделать нецелесообразным их применение. И только композиции химического воздействия позволяют надежно, относительно быстро и при приемлемых затратах проводить чистку оборудования.

Рынок предлагает сегодня и гибридные составы. Чистка такими композициями может представлять собой трехстадийную процедуру. Сначала проходящие химические реакции композиции с удаляемым материалом разрыхляют его на поверхности стальных деталей оборудования, затем композиция физически удаляет остатки разрыхленного материала с поверхности металлических частей, производя их тщательную очистку и полирование, и, наконец, новые порции механических (физических) компонентов удаляют образовавшуюся смесь чистящего состава с удаляемым материалом из цилиндра машины.