Экструзия является одним из ключевых методов переработки полимеров, позволяющим получать изделия с постоянным поперечным сечением, пленки, трубы, профили и гранулы. Процесс основан на механическом перемещении и расплавлении полимерного материала через форму (матрицу) с последующим охлаждением и затвердением. Основные этапы экструзии включают подачу полимера, плавление, гомогенизацию расплава, формование через фильеру и охлаждение готового изделия.
Основным оборудованием является экструдер, который представляет собой длинный цилиндр с вращающимся шнеком. В экструдере выделяются несколько зон:
Температурный режим экструзии зависит от типа полимера. Например, термопласты, такие как ПЭ, ПП, ПВХ, требуют плавления при температуре, близкой к их температуре стеклования или плавления, тогда как термореактивные полимеры нуждаются в контроле стадии отверждения.
Химическая структура полимера определяет его вязкость, термостойкость, склонность к термическому разложению. Линейные полимеры легче экструзируются, поскольку их молекулярные цепи легче ориентируются в потоке. Разветвленные и сшитые полимеры обладают большей вязкостью и требуют более высоких давлений и температур для продвижения по шнеку. Молекулярная масса и её распределение также критически влияют на стабильность процесса и качество поверхности изделия.
Вязкость расплава определяется скоростью сдвига, температурой и химическим составом полимера. Слишком высокая вязкость приводит к недостаточному продвижению и нестабильному формированию изделия, слишком низкая — к растеканию расплава и дефектам поверхности. Для контроля процесса используют датчики температуры, давления и скорости вращения шнека, а также специальные системы термостатирования цилиндра.
Основные дефекты, возникающие при экструзии, включают:
Современные экструдеры оснащены двух- и многосекционными шнеками, обеспечивающими улучшенное смешивание и дегазирование расплава. Использование вакуумных камер позволяет удалять газы и пузырьки, повышая качество изделий. Экструзия с коэкструзией применяется для получения многослойных пленок и труб с различными функциональными свойствами. Интеллектуальные системы управления контролируют давление, температуру и скорость в режиме реального времени, обеспечивая стабильность процесса даже при изменении состава полимера или условий окружающей среды.
Экструзия применяется в производстве:
Экструзия позволяет достигать высокой производительности и воспроизводимости, сочетая механические, термические и химические аспекты переработки полимеров для получения изделий с заданными свойствами.
Введение пластификаторов, стабилизаторов, антиоксидантов и минеральных наполнителей изменяет реологические свойства расплава, его текучесть и термостойкость. Например, пластификаторы снижают вязкость и облегчают формование, тогда как наполнители увеличивают модуль упругости и устойчивость к деформации. Контроль концентрации добавок и их совместимость с полимерной матрицей критически важны для стабильности экструзионного процесса.
Экструзия представляет собой сложный комплекс термомеханических и химических процессов, требующих точного управления параметрами и учета химической природы полимера для получения изделий высокой качества и функциональности.