Пластикат это

Что такое пластикат полимера

Пластикат – это технологическое состояние полимерного материала, представляющее собой однородную расплавленную массу с определенными реологическими свойствами. Данный термин применяется для обозначения расплава, прошедшего полный цикл пластификации и гомогенизации в материальном цилиндре экструдера.

В процессе экструзионной переработки термопластов исходное твердое сырье последовательно трансформируется через несколько технологических стадий. Гранулы или порошок полимера поступают в зону питания, где происходит их уплотнение. Далее материал перемещается в зону пластификации, где под воздействием температуры и механических сдвиговых деформаций происходит плавление. Финальная стадия гомогенизации в зоне дозирования завершает формирование пластиката.

Процесс получения пластиката в экструдере

Зона питания материального цилиндра

Начальная стадия формирования пластиката происходит в зоне питания экструдера. Полимерное сырье из загрузочного бункера поступает в межвитковое пространство шнека, где подвергается механическому уплотнению за счет уменьшения объема канала. Температура в этой зоне поддерживается на уровне, предотвращающем преждевременное слипание гранул.

Важным фактором является форма исходного сырья. Гранулированный материал обеспечивает более стабильную подачу по сравнению с порошкообразным, так как меньше склонен к образованию сводов в бункере. При оптимальных условиях формируется уплотненная пробка из твердого полимера, которая транспортируется вращающимся шнеком к зоне плавления.

Зона пластификации и плавления

Основной процесс формирования пластиката протекает в зоне пластификации материального цилиндра. Здесь температура повышается, обеспечивая переход полимера из твердого состояния в вязкотекучее. Твердая пробка материала плотно контактирует с нагретыми стенками цилиндра и начинает плавиться с поверхности.

В процессе пластификации твердая пробка постепенно распадается на фрагменты, которые полностью расплавляются и смешиваются между собой. Высокая интенсивность сдвиговых деформаций создает эффективное перемешивание, обеспечивая равномерное распределение температуры и компонентов по всему объему материала.

Зона дозирования и финальной гомогенизации

Завершающая стадия получения качественного пластиката происходит в зоне дозирования экструдера. На этом участке расплавленная масса продолжает гомогенизироваться, превращаясь в полностью однородную систему без твердых частиц. Глубина нарезки шнека в этой зоне минимальна, что обеспечивает дополнительное давление и интенсивное смешение.

К концу зоны дозирования пластикат приобретает необходимую степень однородности и готов к продавливанию через фильтрующие сетки и формующую головку. Стабильность параметров пластиката на выходе из материального цилиндра определяет качество и геометрическую точность экструдируемых изделий.

Температурные режимы получения пластиката

Температура является критическим технологическим параметром процесса пластификации. Каждый тип термопластичного полимера характеризуется специфическим температурным диапазоном переработки, ограниченным снизу температурой плавления, а сверху – температурой начала термической деструкции материала.

Контроль температурного режима осуществляется через систему зонального обогрева материального цилиндра. Каждая технологическая зона оснащается отдельными кольцевыми электронагревателями мощностью до 50 кВт и термопарами для точного поддержания заданных параметров. Превышение оптимального температурного диапазона приводит к термоокислительной деструкции полимера и ухудшению механических свойств изделий.

Вязкость пластиката и показатель текучести расплава

Реологические характеристики пластиката

Вязкость пластиката представляет собой основную реологическую характеристику, определяющую технологичность переработки материала. В вязкотекучем состоянии полимерный расплав демонстрирует неньютоновское поведение – его эффективная вязкость снижается при увеличении скорости сдвига, что обеспечивает лучшую заполняемость формующих каналов.

Для количественной оценки текучести пластиката в промышленности применяется показатель текучести расплава (ПТР), регламентируемый ГОСТ 11645-73. Данная величина определяется как масса полимера в граммах, выдавливаемая через стандартный капилляр экструзионного пластометра за десять минут при заданных температуре и нагрузке. Значение ПТР обратно пропорционально вязкости материала.

Факторы влияния на вязкость

Оптимальная вязкость пластиката обеспечивает баланс между легкостью переработки и качеством готовых изделий. Чрезмерно низкая вязкость может привести к образованию облоя при литье под давлением, тогда как высокая вязкость затрудняет заполнение тонкостенных участков форм и увеличивает износ оборудования.

Гомогенность пластиката и методы контроля

Требования к гомогенности

Гомогенность пластиката характеризует степень однородности расплава по химическому составу, температуре и структуре. Качественный пластикат должен представлять собой однофазную систему без нерасплавленных твердых частиц, газовых включений и температурных неоднородностей по объему материала.

Достижение высокой степени гомогенности обеспечивается конструктивными особенностями шнека экструдера. Современные шнеки оснащаются специальными смесительными секциями на конце зоны дозирования, которые создают дополнительные сдвиговые и растягивающие течения в расплаве. Отношение длины шнека к его диаметру обычно составляет от 20 до 30 единиц, что обеспечивает достаточное время пребывания материала для полной гомогенизации.

Системы контроля качества пластиката

Контроль качества пластиката включает несколько методов оценки. Визуальный осмотр экструдата позволяет выявить поверхностные дефекты, включения и неоднородности окраски. Измерение показателя текучести расплава на экструзионных пластометрах дает объективную оценку реологических характеристик и стабильности свойств материала от партии к партии.

Современные экструзионные линии комплектуются системами вакуумной дегазации. Через специальные атмосферные зоны материального цилиндра с помощью вакуумных насосов удаляются влага, летучие компоненты и захваченный воздух. Это критически важно для получения изделий без раковин, пористости и внутренних напряжений.

Подача пластиката к формующей фильере

Транспортировка под давлением

После завершения гомогенизации в зоне дозирования подготовленный пластикат транспортируется к формующей головке под избыточным давлением. Вращающийся шнек создает давление, которое может достигать 20-40 МПа в зависимости от типа перерабатываемого материала и конфигурации экструзионной линии. Это давление необходимо для преодоления гидравлического сопротивления фильтрующих сеток и формующих каналов.

Перед входом в фильеру пластикат проходит через переходной адаптер, где происходит изменение направления течения и начальное распределение потока. В каналах формующей головки расплав равномерно распределяется по ширине щели или периметру кольцевого зазора. Конструкция распределительных каналов рассчитывается на обеспечение равномерной скорости течения во всех точках выходного сечения.

Формующая фильера и калибровка

Фильера является сменным формующим инструментом экструдера, определяющим геометрию получаемого изделия. Для производства труб применяются кольцевые фильеры с дорном, для листов и пленок – плоскощелевые головки, для профильных изделий – специальные многоканальные фильеры сложной конфигурации.

При прохождении через формующую щель пластикат испытывает значительные сдвиговые деформации, что влияет на ориентацию макромолекул и структуру получаемого материала. Температура фильеры тщательно контролируется многозонными нагревателями и обычно поддерживается на уровне температуры зоны дозирования. Это предотвращает локальное застывание пластиката и обеспечивает равномерность течения.

Типы полимеров и особенности пластификации

Полиолефины

Полиэтилен и полипропилен относятся к наиболее массовым термопластам, перерабатываемым экструзионным методом. Данные материалы характеризуются высокой эффективной вязкостью расплава в диапазоне нескольких тысяч паскаль-секунд. Для их пластификации используются горизонтальные одношнековые экструдеры с развитой длиной шнека.

Особенностью переработки полиэтилена является выделение значительного количества тепла при плавлении по сравнению с другими полиолефинами. Это требует организации эффективного охлаждения экструдата сразу после выхода из фильеры для предотвращения нежелательной кристаллизации и потери прозрачности пленочных материалов.

Поливинилхлорид

ПВХ представляет собой термически нестабильный полимер, склонный к деструкции с выделением хлористого водорода при перегреве. Получение качественного пластиката ПВХ требует строгого соблюдения температурного режима без превышения верхнего предела. Время пребывания материала в нагретом цилиндре должно быть меньше времени термостабильности полимера при рабочей температуре.

Для переработки высоконаполненных композиций ПВХ применяются двухшнековые экструдеры или червячно-осциллирующие машины. Такое оборудование обеспечивает интенсивное смешение компонентов и эффективную дегазацию без риска термической деструкции за счет короткого времени воздействия высоких температур.

Оборудование для получения пластиката

Одношнековые экструдеры

Классический одношнековый экструдер остается наиболее распространенным типом оборудования для пластификации термопластов. Основными элементами машины являются материальный цилиндр с зональным обогревом, вращающийся шнек, загрузочный бункер и формующая головка с адаптером. Производительность варьируется от нескольких десятков до сотен килограммов в час.

Профиль шнека разрабатывается индивидуально для каждого типа полимера с учетом его реологических свойств. Степень сжатия шнека определяется отношением глубины нарезки в зоне питания к глубине в зоне дозирования. Для легкоплавких материалов применяются шнеки с малой степенью сжатия, для высоковязких полимеров – с большей степенью сжатия.

Двухшнековые экструдеры

Двухшнековые машины обеспечивают более интенсивное смешение и пластификацию по сравнению с одношнековыми. Два параллельных шнека с одинаковым или противоположным направлением вращения работают в одном цилиндре, создавая принудительную транспортировку материала и интенсивный сдвиг. Это позволяет эффективно перерабатывать материалы с низкой насыпной плотностью от 280 килограммов на кубический метр.

Преимуществом двухшнековой конструкции является возможность организации зон атмосферного давления для вакуумной дегазации. Через специальные отверстия в материальном цилиндре вакуумным насосом откачиваются влага, летучие компоненты и воздух, что значительно улучшает качество получаемого пластиката.

Частые вопросы о пластикате полимера

Применение пластиката в промышленности

Подготовленный пластикат является основой для производства широкого ассортимента полимерных изделий методом экструзии. Основными направлениями применения являются производство труб для систем водоснабжения и газопроводов, пленочных материалов для упаковки и сельского хозяйства, листовых материалов для строительной индустрии, профильных изделий для оконных и дверных конструкций.

В кабельной промышленности пластикат используется для нанесения изоляционных покрытий на провода и кабели. Непрерывность экструзионного процесса обеспечивает равномерную толщину изоляционного слоя по длине изделия и высокую производительность линии. Качество пластиката напрямую влияет на диэлектрические характеристики и долговечность кабельной продукции.

Производство вспененных изделий базируется на использовании качественного гомогенизированного пластиката. В расплав вводятся порообразующие агенты, которые при снижении давления на выходе из фильеры формируют ячеистую структуру материала. Однородность пластиката критически важна для получения равномерной структуры вспененного полимера с заданными теплоизоляционными характеристиками.