Производство ПВХ профиля для окон методом экструзии

Изобретателем поливинилхлорида (ПВХ) является Виктор Регно, сделавший свое открытие в 1835 году. Технология промышленного производства ПВХ была разработана гораздо позднее, в 1912 г немецким ученым Фритцем Клатте. В начале 30-х годов прошлого века в Германии и США началось производство нового синтетического материала. Первый поливинилхлорид получали из угля, поваренной соли и извести. Сегодня для этого используют этилен и поваренную соль, при этом этилен получают в результате крекинга нефти. По мировому объему производства ПВХ уступает только полиэтилену. В частности на европейском рынке доля поливинилхлорида занимает 28% от всего производства пластмасс.

Около 25% от всего объема ПВХ расходуется на производство трубопроводов и фитингов. На профили из непластифицированного поливинилхлорида, имеющего повышенную жесткость, уходит еще 20%. Эти профили используются для изготовления окон и дверей. Из остального ПВХ изготавливают изоляцию, пленку, упаковку и т.п.

Из всех пластмасс ПВХ имеет самое лучшее соотношение: цена/качество. Материал экологически чист, обладает долговечностью, устойчивостью к негативным воздействиям атмосферы.

Исходный поливинилхлорид – мелкий белый порошок. Однако в чистом виде он не является конструкционным материалом. Для того чтобы получить из исходного сырья изделие с необходимыми техническими и эксплуатационными характеристиками добавляют различные вещества. Это могут быть стабилизаторы, пластификаторы и модификаторы, а так же наполнители, смазки и красящие пигменты. Каждая добавка придает исходному материалу свои свойства.

Производство изделий из ПВХ происходит при температуре свыше 120о С. При таком нагреве, структура поливинилхлорида частично разрушается с выделением газа хлороводорода. Предотвратить этот процесс помогает введение стабилизаторов. Для стабилизации используют как органические, так и неорганические соединения различных металлов, в основном свинца, олова, цинка, кальция, кадмия и бария.

Основной технологический процесс производства изделий из ПВХ – экструзия. При переходе в вязкотекучее состояние требуется повышение текучести, для чего используют внутренние смазки. Внешние смазки применяют для предотвращения прилипания разогретого материала к деталям и элементам технологического оборудования.

Характерный белый цвет поливинилхлориду придает TiO2 (двуокись титана). Этот пигмент не только имеет ослепительную белизну, но и увеличивает устойчивость ПВХ-профилей к капризам погоды. Снижение расходов на производство – ода из основных задач разработчиков и технологов. Уменьшить себестоимость изготовления ПВХ помогает использование в качестве добавки мела, прошедшего специальную обработку. Обычный мел имеет достаточно высокие абразивные свойства, которые приводят к преждевременному износу металлических деталей и фурнитуры, а так же к необходимости частой замены элементов технологического оборудования, на котором осуществляется экструзия ПВХ. Добавление модификаторов увеличивает ударную прочность поливинилхлорида.

Помимо вышеназванных добавок для изготовления ПВХ могут вводиться вещества увеличивающие огнестойкость и пластичность, уменьшающие возникновение статического электричества, а так же другие дополнительные компоненты. Одним из основных условий производства высококачественных изделий из ПВХ – это тщательное соблюдение технологии и в частности пропорций исходных компонентов, выдерживание заданного давления, температуры, скорости подачи материала и других рекомендаций технологов.

В современном производстве используется два метода приготовления исходной смеси. В первом случае в ПВХ добавляют компаунд со всеми необходимыми добавками. Во втором случае компоненты добавляют по отдельности. При этом многое зависит от опыта и квалификации технологов, задача которых – точно соблюсти рецептуру.
Вот один из наиболее распространенных рецептов применяемый для изготовления ПВХ-профилей: на 100 массовых частей ПВХ, добавляют 5 частей мела, 5 частей двуокиси титана, 5,4 частей однокомпонентного стабилизатора и 6.5 частей модификатора.

Смешение осуществляется в три этапа. Сначала в разогретом миксере, а затем в холодном. После чего смесь выдерживают в течение суток при температуре от 15 до 30о С. Приготовленная данным образом, смесь засыпается в экструдер. Метод экструзии используется для производства профильных элементов из пластика или резины. При этом происходит непрерывная подача расплавленной массы через отверстие задающее профиль изделия.
Впервые шнековый экструдер был использован германскими инженерами в 1935 году для переработки термопластичных масс. На сегодняшний день можно купить экструдер китайского, немецкого производства и произведённые в других странах. География производителей подобного оборудования довольно широка.  Экструдер позволяет создать разогретый гомогенный расплав достаточной вязкости и подать его под большим давлением в профилирующую головку. Помимо самого экструдера в состав линии входит фильера, механизм для калибровки, принтер для маркировки, вытягивающее устройство, резак и систему складирования и упаковки.

Готовая смесь засыпается в цилиндр экструдера, там ее захватывает шнек и перемещает по зонам нагрева, температура которых постепенно увеличивается от 150 до 210о С. В зоне начального нагрева осуществляется перемешивание. При дальнейшем перемещении исходный материал переходит в расплавленное состояние, после чего происходит его уплотнение и дегазация, а так же удаление захваченного воздуха и обезвоживание. На заключительной стадии создается требуемое давление для подачи расплавленного материала через фильеру.

Профиль будущего изделия задается инструментом, состоящим из фильеры, сухих и влажных калибраторов. Инструмент не только формирует профиль, но и определяет качество изделия. Это требует особой тщательности при его изготовлении. Щелевой канал фильеры образуется матрицей и дорном, через которые и протекает расплав материала. Качество поверхности в значительной степени зависит от соблюдения температурного режима. Прошедший через фильеру материал имеет достаточно высокую температуру. Калибраторы помогают ему сохранить заданное сечение профиля и быстро охладиться. Первичное охлаждение и формовка происходит в сухом калибраторе. В его щелевых шлицах создается небольшое разрежение, которое и притягивает профиль. Из-за этого этот вид калибровки еще называют вакуумным. Внутри стенок имеются каналы, в которых циркулирует вода, за счет чего и происходит охлаждение.

Полное охлаждение происходит во влажном калибраторе, за счет орошения водой. Окончательно сформованный и охлажденный профиль охлаждают воздушной струей. После чего принтер через каждый метр наносит соответствующую маркировку. Вытягивание профиля осуществляет траковый механизм, при этом его скорость соответствует скорости подачи сырья. Обычно эта величина не превышает 8 м/мин. Для увеличения скорости подачи требуется изменение рецептуры смеси. Готовый ПВХ-профиль автоматически нарезается на нужную длину, упаковывается и поступает на склад готовой продукции.

Статья написана для сайта moscowsad.ru.