Деталей вы можете обрезать и оттачивать каждую из них вручную, но данная методика весьма несовершенна: она занимает много сил, а получить два абсолютно одинаковых изделия невозможно. Поэтому в данном материале вы узнаете, как осуществить литье пластмасс в домашних условиях.
Что нам может понадобиться
Для собственноручного литья пластмассы нам не нужно каких-либо особенным инструментов или материалов. Шаблонную модель, своего рода матрицу, мы можем сделать практически из чего угодно — из металла, картона или же дерева. Но вне зависимости от того, какой вариант вы выбрали, его в любом случае необходимо пропитать специальным раствором еще до начала работы. В особенности это касается дерева и бумаги, ведь они активно впитывают влагу и для предотвращения этого процесса нам нужно заполнить поры, желательно жидким воском.
Силикон.
Если мы остановились на этом варианте, то следует покупать его с наименьшей вязкостью — это поспособствует лучшей обтекаемости детали. Разумеется, результаты будут более точными. На современном рынке присутствует великое множество его сортов, и сравнивать их между собой не имеет смысла: у нас нет для этого ни времени, ни возможности. Можем лишь с уверенностью сказать, что для обмазки идеально подойдёт герметик для автомобилей, желательно красный. С ним лить пластмассу на дому будет значительно проще.
Определяемся с литьевым материалом
Честно говоря, материалов для литья существует еще больше, чем силиконовых сортов. Среди них есть и жидкая пластмасса, и обычный гипс, перемешанный с клеем ПВА, и даже полиэфирная смола. Несколько меньшей популярностью пользуются вещества для холодной сварки, легкоплавящиеся металлы и так далее. Но в нашем случае мы будем основываться на некоторых других характеристиках веществ для литья:
- Срок их работы.
- Вязкость.
Касательно первого пункта, то он обозначает время, на протяжении которого мы можем осуществлять манипуляции с еще незатвердевшим материалом. Конечно же, если изготовление пластмассовых изделий происходит в заводских условиях, то двух минут будет более чем достаточно. Ну а нам, делающим это дома, необходимо как минимум пять минут. И если случилось так, что подходящих материалов вы не смогли достать, то их вполне можно заменить простой смолой эпоксидной. Где ее искать? В автомагазинах или же в магазинах для поклонников авиамоделирования. Кроме того, такая смола нередко встречается в обычных хозяйственных магазинах.
Делаем разрезную форму
Подобная идеально подойдет для того, чтобы лить пластмассу своими руками, ведь в нее можно заливать необычные типы смол. Маленькой хитростью подобной методики можно считать то, что на предварительном этапе всю поверхность модели нужно обработать силиконом, а затем, после того, как материал целиком затвердеет, матрицу можно обрезать. После этого мы извлекаем ее «внутренности», которые пригодятся нам для дальнейшей отливки. Дабы нам подошла форма, следует нанести трехмиллиметровый слой герметика, после чего мы просто ждем, пока материал затвердеет — обычно на это уходит два часа. При этом наносить его желательно кисточкой. Нанося первый слой, мы должны попытаться заполнить материалом все неровности или пустоты, дабы впоследствии не образовывались воздушные пузыри.
Как происходит процесс литья
Первый шаг.
Берем форму для литья и тщательно ее очищаем — она должна быть сухой и чистой. Все остатки материала, оставшиеся после предварительных процедур, обязательно следует удалить.
Второй шаг.
Если возникнет необходимость, мы можем несколько изменить цвет нашего состава: для этого нужно всего лишь добавить в него одну капельку краски, но ни в коем случае не водяной (у жидких пластмасс к ним личная неприязнь).
Третий шаг.
Нет необходимости в проведении дегазации нашей литьевой смеси. Это можно объяснить тем, что литье пластмасс в домашних условиях изначально предусматривает относительную непродолжительность ее «жизни». Вместе с тем, для того, чтобы извлекать пузырьки воздуха из малогабаритных изделий, на необходимо всего лишь собственноручно вывести их после заливания.
Четвертый шаг.
Тщательным образом перемешиваем все необходимые составляющие и заливаем ее в форму шаблона медленно, тонкой струей. Это следует делать до тех пор, пока смесь не заполнит собой весь объем и еще некоторую долю канала для литья. И вскоре, когда произойдет процедура дегазации, объем этого материала значительно уменьшится и станет таким, какой нам и нужен.
И последний совет: для того чтобы качество модели было высоким, охлаждать шаблоне нужно постепенно, не спеша. Итак, соблюдайте все инструкции и все у вас получится!
Задача технологии изготовления изделий из термопластичных древесно-полимерных композиционных материалов принципиально проста - соединить все ингридиенты будущего композита в однородный материал и сформировать из него изделие нужой формы. Однако, для ее реализации требуется некоторый набор достаточно сложного технологического оборудования.
1. Общие принципы технологии.
Исходным сырьем для производства ДПК является древесная мука (или волокно), базовая смола в виде суспензии или гранул и до 6-7 видов необходимых добавок (аддитивов).
Сушествует две принципиально различающихся схемы получения экструзионных изделий из термопластичных ДПК:
- двухстадийный процесс (компаундирование + экструзия),
- одностадийный процесс (прямая экструзия).
В двухстадийном процессе сначала из исходных ингридиентов изготавливается древеснополимерный компаунд. Смола и мука находятся в двух силосах. Мука, подсушенная в специальной установке и смола направляются в весовой дозатор, и поступает в смеситель, где тщательно перемешивается в горячем виде с добавлением необходимых аддитивов. Полученная смесь далее формируется в виде некрупных гранул (пеллет), которые затем охлаждается в специальном устройстве (охладителе).
Рис. 1. Схема получения гранулированного древеснополимерного компаунда
Затем, этот компаунд используется для экструзии профильных изделий, см. схему экструзионного участка, Рис. 2.
Рис. 2. Схема экструзионного участка
Гранулят подается в экструдер, разогревается до пластичного состояния и продавливается через фильеру. Выдавленный профиль калибруется, распиливается поперек (а при необходимости и вдоль) и укладывается на приемный стол.
Древеснополимерный компаунд используется также для литья или прессования изделий из термопластичных ДПК.
В случае прямой экструзии ингриденты направляются непосредственно в экструдер, см., например, одну из схем организации процесса прямой экструзии ДПК на Рис. 3.
Рис. 3. Схема прямой экструзии древеснополимерных композитов.
В данном случае, древесная мука подается из бункера в сушильную установку, подсушивается до влажности менее 1 % и поступает в бункер-накопитель. Затем мука и добавки из поступают в дозатор, а из него - в миксер (смеситель). Подготовленный в миксере смесь (компаунд) при помощи транспортной системы подается в накопительную емкость экструдера. Смола, пигмент и смазывающий агент из соответствующих емкостей подаются в экструдер, где происходит их окончательное перемешивание, нагрев и выдавливание через фильеру. Далее происходит охлаждение (и при необходимости) калибровка полученного профиля, а затем обрезка на нужную длину. Такая схема называется прямой экструзией.
В настоящее время в промышленности широко используются обе схемы, хотя многие считают более прогрессивной прямую экструзию.
За рубежом существуют предприятия, специализирующиеся только на производстве гранулята для ДПК, т.е. на продажу. Например, на фирме WTL International мощности установок такого типа составляют до 4500-9000 кгчас.
Примерное расположение оборудования экструзионного участка (линии) для прямой экструзии профильных деталей см. на следующей схеме.
В зависимости от цели проекта, производство экструзионных ДПК может быть реализовано в виде компактного участка на одной установке, либо в форме цеха (завода с большим или меньшим количеством технологических линий.
На крупных предприятиях могут стоять десятки экструзионных установок.
Предельные температуры процесса экструзии для разных видов базовых смол, показаны на диаграмме рис.6.
Рис.6. Предельные температуры рабочей смеси (линия 228 градусов - температура воспламенения древесины)
Примечание. Большинство природных и синтетических полимеров при температуре выше 100 град. С склонно к деградации. Это связано с тем, что энергия отдельных молекул становится достаточной для разрушения межмолекулярных связей. Чем выше температура, тем таких молекул становится больше. В результате сокращается длина полимерных молекулярных цепочек, происходит окисление полимера и существенно ухудшаются физико-механические свойства полимера. При достижении предельных температур деградация молекул полимера происходит в массовом порядке. Поэтому, при горячем компаундировании и экструзии необходимо тщательно контролировать температуру смеси и стремиться к ее снижению и к сокращению операционного времени. Деградация полимеров происходит и во время естественного старения композита при воздействии ультрафиолетового излучения. Деградации подвержен не только пластик, но и молекулы полимеров, составляющих структуру древесной компоненты композита.
Давление расплавленной смеси в цилиндре экструдера обычно составляет от 50 до 300 бар. Оно зависит от состава смеси, конструкции экструдера, формы экструдируемого профиля и скорости истечения расплава. Современные мощные экструдеры создаются с расчетом на рабочее давление до 700 бар.
Скорость экструзии ДПК (т.е. скорость истечения расплава из фильеры) находится в пределах от 1 до 5 метров в минуту.
Главной частью этого технологического процесса является экструдер. Поэтому ниже мы рассмотрим некоторые виды экструдеров.
2. Виды экструдеров
В отечественной литературе экструдеры часто именуются червячными прессами. Принцип работы экструдера - это хорошо известный каждому "принцип мясорубки". Вращающийся шнек (червяк) захватывает из приемного отверстия материал, уплотняет его в рабочем цилиндре и под давлением выталкивает в фильеру. Кроме того, в экструдере происходит окончательное перемешивание и уплотнение материала.
Движение материала в экструдере при вращении шнека происходит вследствие разницы в коэффициентах трения материала о щнек и цилиндр. Как образно высказался один зарубежный специалист: " полимер прилипает к цилиндру и скользит по шнеку".
Основное тепло в рабочем цилиндре выделяется вследствие сжатия рабочей смеси и работы значительных сил трения ее частиц о поверхности экструдера и друг об друга. Для переработки термопластов экструдеры снабжаются дополнительными устройствами для разогрева рабочей смеси, измерения температуры и ее поддержания (нагреватели и охладители).
В пластиковой индустрии наиболее распространенными, в силу относительной простоты и сравнительно низкой цены, являются одноцилиндровые (одношнековые) экструдеры, см. схему и фото, рис. 7.
Рис. 7. Стандартная схема и внешний вид одноцилиндрового экструдера: 1- бункер; 2- шнек; 3- цилиндр; 4- полость для циркуляции воды; 5- нагреватель; 6- решетка; 7- формующая головка. Фазы процесса (I - подача материала, II - нагрев, III - сжатие)
Основные характеристиками экструдера являются:
- диаметр цилиндра, мм
- отношение длины цилиндра к его диаметру, L/D
- скорость вращения шнека, об/мин
- мощности двигателя и нагревателя, квт
- производительность, кг/час
Примечание. Паспортная производительность экструдера является величиной условной. Фактическая производительность экструдера может значительно отличаться от паспортной в конкретном технологическом процессе в зависимости от перерабатываемого материала, конструкции фильер, пост-экструзионного оборудования и т.д. Показателями эффективности конкретного экструзионного процесса являются отношения производительности к потребляемой мощности, стоимости оборудования, численности персонала и т.п.
На следующей диаграмме показаны различия в производительности экструдеров серии TEM английской фирмы NFM Iddon Ltd при изготовлении гранул и профиля на разных композициях ДПК.
Следующим видом является экструдер с коническим шнеком . Конструктивно он похож на цилиндрический экструдер, но шнек и рабочая полость выполнены в форме конуса. Это дает возможность более энергично захватывать и проталкивать рыхлый материал в рабочую зону, уплотнять его и быстрее поднимать давление в районе фильеры до необходимого уровня.
Примечание. Цилиндрические и конические одношнековые экструдеры могут использоваться в производстве профилей из термопластичных ДПК в двухстадийном процессе, т.е. при переработке готового ДПК компаунда.
Более производительными являются экструдеры с двумя цилиндрическим или коническими шнеками, см. рис. 8. Кроме того, они обладают существенно лучшими смесительными свойствами. Шнеки экструдера могут вращаться в одну сторону или в противополжных направлениях.
Рис. 8. Схемы шнеков двухцилиндрового и двухконусного экструдеров: зона подачи, зона сжатия, зона вентиляции, зона дозирования
Конструкция двухшнековой машины много сложнее и она дороже.
Шнеки современных экструдеров представляют собой сложную конструкцию, см. рис 6.9.а. и рис. 6.9.б.
Рис.1.9. Окно для реального
наблюдения процесса в экструдере.
В рабочей полости экструдера происходят различные механические, гидравлические и химические процессы,наблюдение и точное описание которых затруднено. На Рис. 9 показано специальное бронированное стеклянное окно для непосредственного наблюдения за экструзионным процессом (фирма FTI)
Благодаря высокой производительности и хорошим смесительным свойствам именно двухшнековые мащины применяются для реализации схемы прямой экструзии термопластичных ДПК. Т.е. в них осуществляется и смешивание компонентов и подача приготовленной рабочей смеси в фильеру. Кроме того, двухшнековые экструдеры часто применяются в двухстадийном процессе в качестве компаундеров для получения ДПК в гранулах.
Шнеки двухшнековых машин не обязательно имеют только винтовые поверхности. Для улучшения их смесительных свойств на шнеках могут быть выполены специальные смесительные участки с другими типами поверхностей, которые обеспечивают существенное изменение направления и характера движения рабочей смеси т тем самым лучшее ее перемешивание.
Недавно японской фирмой Creative Technology & Extruder Co. Ltd для переработки древесно-полимерных композиций была предложена комбинированная схема конструкции экструдера, в котором в одном корпусе цилиндре совмещены двухшнековый и одношнековый экструдеры.
Основные механизмы явлений происходящих при экструзии термопластичных материалов хорошо изучены. В общих чертах см. например приложение " Введение в экструзию "
Примечание. В установке для производства древесно-полимерного листа Ростхиммаша использован дисковый экструдер. В некоторых случаях в производстве ДПКТ вместо шнековой экструзии может использоваться поршневая экструзия.
Существуют специальные методы математического компьютерного моделирования экструзионных процессов, используемые для расчета и конструирования экструдеров и фильер, см Рис. 10. и в системах компъютерного управления экструдерами.
Рис. 10. Система компьютерного моделирования экструзионных процессов.
Экструдеры применяемые производстве ДПК должны быть снабжены эффективным устройством дегазации для отвода паров и газов и иметь износостойкие рабочие поверхности, например, цилиндр с глубоким азотированием и шнек, упрочненный молибденом.
Традиционно, в технологии производства ДПК используется древесная мука влажностью менее 1%. Однако, новые современные экструдеры, разработанные специально для производства ДПК, способны перерабатывать муку влажностью до 8 %, так как снабжены мощной системой дегазации. Некоторые считают, что образующийся в экструдере водяной пар в какой-то степени способствует облегчению процесса экструзии, хотя это спорное утверждение. Например, фирма Cincinnati Extrusion указывает, что выпускаемой фирмой экструдер мод. Fiberex A135 при влажности муки 1-4% будет иметь производительность 700 - 1250 кг/час, а при 5-8 % только 500- 700 кг/час. Таким образом, стандартный экструдер даже оборудованный системой дегазации, все же не является сушилкой, а просто способен более или менее эффективно удалять из рабочкй смеси небольшое количество влаги. Однако, есть и исключения из этого положения, например - описанный далее финский экструдер Conex, способный работать и на влажных материалах.
Как правило, в ходе экструзии вода должна быть полностью удалена из материала для обеспечения получения плотной и долговечной структуры композита. Однако, если изделие будет эксплуатироваться внутри помещения, то оно может быть и более пористым и, соответственно, менее плотным.
Один из экструдеров, разработанный специально для производства древесно-полимерных композитов, показан на Рис. 11.
Рис. 11. Экструдер модели DS 13.27 фирмы Hans Weber Gmbh , технология "Fiberex"
Экструдеры используемые двухстадийном процессе для предварительного гранулирования ДПК вместо профильной фильеры снабжаются специальной гранулирующей головкой. В гранулирующей головке, выходящий из экструдера поток рабочей смеси разделяется на несколько ручейков малого диаметра (стренгов) и разрезается ножом на короткие отрезки.
После охлаждения они превращаются в гранулы. Охлаждение гранул осуществляется на воздухе или в воде. Влажные гранулы высушиваются. Гранулированные ДПК пригодны для хранения, транспортировки и дальнейшей переработки в детали на следующей стадии технологического процесса или на другом предприятии методом экструзии, литья под давлением или прессования.
Раньше экструдеры имели одну зону загрузки. Новые модели экструдеров, разрабатываемые для переработки композиционных материалов могут иметь две или более зон загрузки - отдельно для смолы, отдельно для наполнителей и аддитивов. С целью лучшего приспособления к работе на разных композициях экструдеры - компаундеры часто выполняются разборной секционной конструкции, что позволяет изменять соотношение L/D
3. Фильеры (головки) экструдеров
Фильера (т.н. "головка экструдера") является сменным инструментом экструдера, которая придает расплаву, покидающему рабочую полость экструдера, необходимую форму. Конструктивно фильера представляет собой щель, через которую продавливается (истекает) расплав.
Рис. 12. Фильера, профиль, калибратор.
В фильере происходит окончательное формирование структуры материала. Она в значительной степени определяет точность поперечного сечения профиля,качество его поверхности,механические свойства и т. п. Фильера является важнейшей составной частью динамической системы экструдер-фильера и фактически определяет производительность экструдера. Т.е. с разными фильерами один и тот же экструдер способен произвести различное количество профиля в килограммах или погонных метрах (даже для одного и того же профиля). Это зависит от степени совершенства реологического и теплотехнического расчёта системы (скорость экструзии, коэффициента разбухания экструдата, вязкоэластичные деформации, сбалансированность отдельных потоков экструдата и т. п.) На фотографии рис. 6.13. изображена фильера (слева) из которой выходит горячий профиль (в центре) и направляется в калибратор (справа).
Для получения изделий сложного профиля применяют фильеры, имеющие относительно большое сопротивление движению расплава. Основная задача, которая должна быть решена внутри фильеры в процессе экструзии, и особенно для сложной профильной детали, - выравнивание объемной скорости различных потоков расплава в головке по всему сечению профиля. Поэтому, скорость экструзии сложных профилей меньше, чем простых. Это обстоятельство необходимо учитывать уже на стадии конструировании самого профиля, т.е. изделия (симметрия, толщины, расположение ребер, радиусы переходов и др.).
Рис.13. Сборная двухручьевая фильера для производства оконных профилей.
Экструзионный процесс позволяет на одном экструдере производить одновременно два или более, как правило одинаковых профилей, что позволяет максимально использовать производительность экструдера при производстве некрупных профилей. Для этого используются двухручьевые или многоручьевые фильеры. На фотографии показан внешний вид двухручьевой фильеры, см Рис. 13
Фильеры изготавливаются из прочных и износостойких сталей. Стоимость одной фильеры может находиться в пределах от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч долларов (в зависимости от размеров, сложности конструкции и точности и применяемых материалов).
Кажется, что техническая сложность мощных современных экструдеров и фильер для них (по точности, технологиям производства и применяемым материалам) приближается к сложности авиационных двигателей и далеко не всякому машиностроительному заводу это по плечу. Однако, вполне можно рассматривать возможность организации производства отечественной экструзионной техники, - если использовать готовые комплектующие изделия импортного производства (рабочие цилиндры, шнеки, редукторы и пр.). За рубежом существуют компании, которые специализируются на изготовлении именно такой продукции.
4. Дозаторы и смесители.
В производстве конструкционных материалов вопросы однородности (равномерности структуры) и постоянства состава имеют, как известно, первоочередное значение. Важность этого для древесно-полимерных композитов даже не требует специальных пояснений. Поэтому в технологии ДПК большое внимание уделяется средствам дозирования, перемешивания и подачи материалов. В производстве ДПК реализуются разнообразные технологические приемы и схемы решения этих процессов.
Дозирование материалов осуществляется 5 способами:
- Простое обьемные дозирование, когда материал насыпается в емкость определенного размера (мерное ведро, бочку или емкость смесителя)
- Простое весовое дозирование, когда материал насыпается в емкость, расположенную на весах.
- Непрерывное обьемное дозирование, например при помощи шнекового дозатора. Регулирование осуществляется изменением скорости подачи устройства.
- Непрерывное весовое (гравиметрическое) дозирование при помощи специальных электронных устройств.
- Комбинированное дозирование, когда одни компоненты дозируются одним способом, а другие - другим.
Средства обьемного дозирования дешевле, средства весового дозирования точнее. Средства непрерывного дозирования проще организовать в автоматизированную систему.
Смешивание компонентов может осуществляться холодным и горячим способами. Горячий компаунд направляется непосредственно в экструдер для формирования профиля или в гранулятор и охладитель для получения гранул. В роли горячего смесителя может выступать специальный экструдер-гранулятор.
Примечания:
- Гранулированные материалы имеют обычно стабильную насыпную массу и могут быть достаточно точно дозированы обьемными методами. С порошками, и тем более с древесной мукой, дело обстоит противоположным образом.
- Органические жидкие и пылевидные материалы склонны к возгорания и взрыву. В нашем случае это относится, особенно, к древесной муке.
Смешивание компонентов может быть выполнено различными способами. Для этого существуют сотни различных устройств, как простейших мешалок, так и автоматических смесительных установок, см. , например, смесители лопастного типа для холодного и горячего смешивания.
Рис. 14. Компьютеризированная смесительно-дозирующая станция фирмы Colortonic
На рис. 14. изображена гравиметрическая система автоматического дозирования и смешивания компонентов, разработанная специально для изготовления древесно-полимерных композитов. Модульная конструкция позволяет формировать систему для смешивания любых компонентов в любой последовательности.
5. Питатели
Особенностью древесной муки является ее очень маленькая насыпная плотность и не очень хорошая сыпучесть.
Рис. 15. Конструктивная схема питателя
Как бы быстро не вращался шнек экструдера, - он не всегда в состоянии захватить достаточное количество (по весу) рыхлой смеси. Поэтому, для легких смесей и муки разработаны системы принудительного питания экструдеров. Питатель подает муку в зону загрузки экструдера под некоторым давлением и обеспечивает, тем самым, достаточную плотность материала. Схема устройства такого питателя показана на Рис. 15.
Обычно, принудительные питатели поставляются изготовителем вместе с экструдером по специальному заказу под конкретную смесь, см. например схему организации процесса прямой экструзии, предлагаемую фирмой Coperion , Рис. 16.
Рис. 16. Схема прямой экструзии ДПК с принудительным питанием, фирма Coperion.
Схема предусматривает загрузку отдельных компонентов композита в разные зоны экструдера. Внешний вид подобной установки фирмы Milacron, см. рис.1.17.а.
Рис. 17.а. Двухшнековый конический экструдер TimberEx TC92 c системой принудительного питания производительностью 680 кг/час.
6. Охладитель.
В простейших случаях процесс экструзии ДПК может быть закончен охлаждением профиля. Для этого используется несложный водяной охладитель, например - корыто с душевой головкой. Горячий профиль попадает под струи воды, охлаждается и принимает окончательную форму и размеры. Длина корыта определяется из условия достаточного охлаждения профиля до температуры стеклования смолы. Эта технология рекомендуется, например, фирмами Strandex и TechWood. Она применяется там, где требования к качеству поверхности и точности формы профиля не слишком высоки (строительные конструкции, некоторые декинг-продукты и т.п.) или предполагается последующая обработка, например - шлифование, облицовывание и т.д..
Для изделий с повышенными требованиями к точности размеров изделия (сборные конструкции, элементы интерьера, окна, двери, мебель и т.п.) рекомендуется использовать калибрационные устройства (калибраторs).
Промежуточное положение по точности размеров получаемых изделий занимает технология естественного воздушного охлаждения профиля на рольганге, применяемая, например, немецкой фирмой Pro-Poly-Tec (и кажется одной из корейской фирм).
7. Калибраторы.
Выходящий из фильеры профиль имеет температуру до 200 градусов. При охлаждении происходит температурная усадка материала и профиль обязательно изменяет свои размеры и форму. Задача калибратора - обеспечить принудительную стабилизацию профиля в процессе охлаждения.
Калибраторы бывают воздушного и водяного охлаждения. Существуют комбинированные водо-воздушные калибраторы, обеспечивающего лучший прижим экструдата к формующим поверхностям калибратора. Наиболее точными считаются вакуумные калибраторы, в которых движущиеся поверхности формируемого профиля подсасываются вакуумом к поверхностям формующего инструмента.
Австрийская фирма Технопласт недавно разработала специальную систему водяного калибрования и охлаждения древесно-полимерных профилей, получившую название Лигнум, см. рис. 18.
Рис. 18. Система калибрования Лигнум фирмы Technoplast, Австрия
В этой системе калибрование профиля происходит при помощи специальной приставки к фильере, в которой происходит водяное вихревое охлаждение поверхности профиля.
8. Тянущее устройство и отрезная пила.
На выходе из экструдера горячий композит имеет малую прочность и может быть легко деформирован. Поэтому для облегчения его движения через калибратор часто используется тянущее устройство, обычно гусеничного типа.
Рис. 19. Тянущее устройство с отрезной пилой фирмы Greiner
Профиль деликатно захватывается траками гусениц и уводится из калибратора с заданной стабильной скоростью. В некоторых случаях могут быть использованы и валковые машины.
Для деления профиля на отрезки нужной длины используются подвижные дисковые маятниковые пилы, которые в процессе пиления двигаются вместе с профилем, а затем возвращаются в исходное положение. Пильное устройство, при необходимости, может быть снабжено и продольной пилой. Тянущее устройство может быть выполнено в одной машине с отрезной пилой, см. фотографию на Рис. 19.
9. Приемный стол
Mожет иметь различную конструкцию и степень механизации. Чаще всего используется простейший гравитационный сбрасыватель. Внешний вид см., например, Рис. 20.
Рис. 20. Автоматизированный разгрузочный стол.
Все эти устройства смонтированные вместе, снабженные общей системой управления, образуют экструзионную линию, см. Рис. 21.
Рис. 21. Экструзионная линия для производства ДПК (приемный стол, пила, тянущее устройство, калибратор, экструдер)
Для перемещения профилей по предприятию используются различные тележки, транспортеры и погрузчики.
10. Отделочные работы.
Во многих случаях профиль, изготовленный из ДПК не требует дополнительной обработки. Но есть много применений, в которых по эстетическим соображениям отделочные работы необходимы.
11. Упаковка
Готовые профили собирают в транспортные пакеты и обвязывают полипропиленовой или металлической лентой. Ответственные детали для защиты от повреждений могут быть дополнительно укрыты, например, полиэтиленовой пленкой, картонными прокладками).
Мелкие профили для предохранения от поломки могут требовать жесткой упаковки (картонные ящики, обрешетки).
Отечественные аналоги.
В ходе информационных исследований в области экструзии ДПК был проведен и поиск отечественных технологий. Единственную линию для производства древесно-полимерного листа предлагает завод "Ростхиммаш", сайт http://ggg13.narod.ru
Технические характеристики линии:
Вид продукции - лист 1000 х 800 мм, толщина 2 - 5 мм
Производительность 125 - 150 кг в час
Состав линии:
- экструдер двухшнековый
- дисковый экструдер
- головка и калибр
- вакуум-калибровочная ванна
- тянущее устройство
- режущее устройство, для обрезки кромок и обрезки по длине
- накопитель-автомат
Габаритные размеры, мм, не более (габарит указан без тепловой станции и комплекта устройств управления – уточняется при расстановке оборудования у заказчика)
- длина, 22500 мм
- ширина, 6000 мм
- высота, 3040 мм
Масса - 30 620 кг
Установленная мощность электрооборудования около 200 квт
Данную установку можно оценить следующим образом:
- имеет невысокую производительность
- не приспособлена к производству профильных деталей
- крайне низкая точность (+/- 10 % по толщине)
- большая удельная материалоемкость и энергопотребление
Бизнес идея для организации мелкосерийного производства изделий из различных литьевых материалов в домашних условиях. Благодаря инновационным технологиям сегодня при изготовлении пластиковых изделий можно обойтись без дорогих станков термопласт автоматов. Более того, наладить мелкосерийное мини-производство можно прямо на своем рабочем столе. Данную бизнес идею можно рассматривать в двух направлениях:
- Как основной бизнес по изготовлению готовых изделий и форм
путем литья из:жидкого:
- пластика;
- силикона;
- полиуретана;
- прозрачных смол и прочих материалов.
- Изготовление форм как эффективное дополнение к другим видам
бизнеса в области:
- строительства;
- пищевой промышленности;
- мыловарения.
В первом и во втором случаи литье в домашних условиях не требует больших вложений финансовых средств. Начать литьевой бизнес можно просто сейчас.
Изготовление с помощью жидких пластиков
Процесс изготовления осуществляется с помощью жидких пластиков
и силиконовых форм. Теперь появилась возможность в домашних условиях
производить пластиковые изделия мелкими
сериями:
- сувенирную продукцию;
- игрушки;
- бижутерию;
- запчасти для автотюнинга;
- запчасти для разных механических устройств;
- обувь;
- посуду.
Существуют компоненты для изготовления деталей из тонкостенного пластика, которыми можно существенно расширить ассортимент продукции и производить детали любой сложности. Например, смешивание двух компонентов марки Axson FASTCAST F32 от французского производителя позволяет получить супер-жидкий пластик, который оттекает мельчайшие складки рельефа формы модели. К тому же он безвредный для детей и не имеет запаха.
Подготовка к производству
Для организации производства потребуется в первую очередь
модель-образец. По ней сначала нужно сделать форму
из специальных
силиконовых или полиуретановых компонентов. С опытом и качеством
материалов можно научиться снимать формы с моделей на таком высоком
уровне, что будут даже видны отпечатки пальцев на изделиях (при
необходимости). То есть копия получиться на уровне идентичности,
которую нельзя отличить не вооруженным глазом. Пластиковым изделиям
можно придать сложные компаунды с любым рельефом. Если нет готовой
модели для образца, а нужно сделать уникальные изделия, ее можно
заказать у владельцев 3D принтера. Кстати литье существенно превышает
по показателям производительности 3D печати из пластика.
Когда ваше изделие готово его можно оформить с помощью сопутствующей продукции, которая прилагается к жидким пластикам:
- краски для художественных эффектов;
- грунтовки;
- клея.
Естественно в некоторых случаях без творчества не обойтись, и придется вручную разрисовать изделия, что может отразиться на производительности. Но создания каждого бизнеса это бесспорно творческий процесс. Ведь управление финансами - это искусство.
Изготавливаем изделие из жидкого пластика
Технология создания идеального мелкого рельефа при
изготовлении в силиконовой форме своими
руками. Для начала необходимо
подготовить все компоненты и материалы. Нам потребуются:
- Селикон Platinum.
- Жидкий пластик Axson FASTCAST F18 (цвет белый, имеет консистенцию воды, без запаха!).
- Краситель для силикона алого цвета.
- Полиуретановый лак.
- Весы.
- Шприц.
- Пилка-баф.
Надежно закрепляем модель-образец на дне опалубки для формирования формы, с помощью нейтрального воскового пластилина (чтобы избежать подтекания силикона). Красим силикон, из которого получиться готовая форма в алый цвет, чтобы на форме четко было видно качество вымешивания компонентов жидкого, белого на цвет пластика. Полезный совет: чтобы форма была идеальна, следует предварительно модель-образец обмазать силиконом с помощью широкой кисточки. Таким образом, аккуратно заполнить все углубления рельефа компаунды. Только после этого, заливаем форму полностью. Силиконом заполняем всю опалубку. Оставляем на закрепления структуры формы 7-8 часов. Самое трудное позади.
Поздравляем!!! Теперь у вас есть готовая форма для неоднократного производства изделий-копий модели-образца. Перед началом литья убедитесь в том, что форма полностью высушена, дабы избежать образования пузырьков. Потом очень тщательно смешиваем компоненты пластика 1:1 по весу (для этого лучше использовать аптечные или лабораторные электронные весы). Время схватывания 7 минут, но для полного закрепления потребуется еще 20 минут. Этот пластик нейтрален к силикону и не прилипает к нему. Но после многократного использования компаунды со временем, возможно, понадобится смазка-разделитель с защитными свойствами EaseRelease. После истечения необходимого времени достаем готовое изделие, которое скопировано точно по образцу.
Полиуретановые формы для строительства
Вместе с пластиковыми изделиями можно производить формы для
литья. Применение литьевых форм в строительстве сейчас
очень популярно.
Можно производить компаунды для производства строительных материалов.
Они долговечны и не требуют обработки специальными разделяющими
смазками при изготовлении. Ведь бетон абсолютно нейтрален к
полиуретану. Например, жидкие полиуретановые компаунды позволять
изготавливать формы для заливки:
- бетонных декоративных изделий (плитки, заборы и др.);
- гипсовых элементов декорации интерьера (балясины, лепины и др.);
- жидкого пластика при создании самых разных изделий (сувениры, игрушки, статуэтки и др.).
Силиконовые формы для кондитера и мыловарения
Применение технологии литья в формах
в пищевой промышленности
вполне очевидно. Новые инновационные решения в области химии сегодня
предлагают жидкие: пластики, силиконы, силиконовые массы, которые
соответствуют всем нормам здравоохранения и имеют соответствующие
сертификаты. Такими безопасными компонентами можно изготавливать формы
для пищевой промышленности. Например, для производства:
- шоколада;
- карамели;
- изомальта;
- льда;
- мастики.
Также компаунды пользуются большим спросом у мыловаров. Они всегда нуждаются в новых оригинальных формах, для создания продаваемых сувениров сделанных из мыла. Совершенно не сложно найти заказчика желающего изготавливать свою продукцию с уникальной формой.
Возможности небольшой бизнес-идеи
Данная бизнес-идея позволяет легко
создавать востребованную продукцию своими руками. Готовые работы можно
продавать через интернет-магазин. Также можно предоставлять услуги или
продавать готовые компаунды для других производителей в других
отраслях. Самое главное, что при всех этих широких возможностях
домашнего бизнеса стоимость компонентов более чем доступна. Ассортимент
компонентов широк и позволяет выбрать необходимые материалы для
создания форм или их заливки. Все что потребуется это модель-образец, с
которой будет снята форма. Такая бизнес-идея весьма привлекательна для
домашнего бизнеса. Она не требует много затрат, позволяет производить
полезные товары и увлекает творческим процессом производства.
Экология потребления.Наука и техника:Люди научились превращать отходы обработки натуральных материалов в продукцию, опережающую эти материалы по свойствам.Из статьи вы узнаете о совершенно новом материале - древесно-полимерном композите или ДПК.
Последние 40 лет развития промышленности смело можно назвать «эрой комбинированных материалов». Современное оборудование и технологии позволяют соединить, казалось бы, несовместимое: дерево, бетон, пластик, бумага, металл. Все они смешиваются, диффузируются, сплавляются с одной целью - получить новый продукт, сочетающий в себе наилучшие свойства нескольких исходных материалов. Так, среди прочих новинок мы увидели «жидкое дерево».
Что такое «жидкое дерево»
Говоря техническим языком, это экструдированный древесно-полимерный композит (ДПК). Это значит, что древесная составляющая законсервирована с помощью пластика. В такой комбинации материал принимает наилучшие свойства:
- От дерева - прочность на сжатие, ударопрочность, упругость. При этом древесная составляющая практически бесплатна - в ход идут любые отходы, перемолотые в муку.
- От пластика - коррозионная устойчивость, гибкость, точность обработки. Полимер обволакивает древесные частицы и устраняет главный недостаток дерева - разрушительные реакции с водой. Полимер в этой технологии - на 90% вторичный пластик, т. е. переработанные отходы.
Технологический процесс прост для понимания, но довольно сложен для исполнения. Полимер (пластик) смешивают в определённой пропорции с древесной мукой и нагревают так, чтобы он расплавился. Затем формуют в экструдере, на вальцах или в пресс-формах и охлаждают. На разных этапах в массу подмешивают около 10 разных присадок - пластификаторы, катализаторы, упрочнители и другие. Все подробности изготовления - сорт древесины и марка пластика, пропорции смеси, присадки, температурные режимы, как правило, составляют производственную тайну. Известно, что все ингредиенты можно приобрести в свободной продаже, а для древесной муки преимущественно выбирают бамбук, лиственницу и другие прочные породы средней ценовой категории.
Для изготовления ДПК создаются специальные многоступенчатые производственные линии. Они состоят из множества устройств и контроллеров. Собрать такой станок своими руками в гараже, к сожалению, не получится. Но можно приобрести готовую производственную линию.
Продукция из ДПК
В настоящее время ассортимент продукции неполон, т. к. материал относительно новый и свойства его до конца не изучены. Однако несколько наиболее востребованных позиций можно упомянуть уже сейчас.
Террасная доска или декинг
Составляет до 70% всей востребованной продукции из ДПК на сегодняшний день. Большая часть поставляемых производственных линий ориентирована на выпуск именно такой доски, т. к. это единственная на данный момент альтернатива дереву. Доска состоит из рамки периметра, рёбер жёсткости внутри и имеет пазогребневую систему крепления. Предлагаются различные цвета.
Преимущества перед традиционным материалом: от дерева доску ДПК выгодно отличает сплошной прокрас и лучшие физические показатели (прочность, гибкость, точность обработки). Многие виды доски ДПК выпускают двусторонними - с рельефами массива дерева и ребристой нарезкой.
Террасная доска ДПК на видео
Облицовочные фасадные панели или планкен
По большому счёту, их можно соотнести с виниловым сайдингом - принцип монтажа и структура панели у них очень похожи. Но панель ДПК значительно толще и жёстче, соответственно, имеет больший вес и лучшие физические свойства.
Преимущества перед традиционным материалом: более прочный и долговечный фасад, пазухи в панелях и толстые стенки лучше удерживают тепло и поглощают шумы.
Заборы, ограды, перилла, балюстрады
Формы малой архитектуры из «жидкого дерева» для декоративной отделки экстерьера и ландшафта. Имеют хорошую несущую способность и пригодны для интенсивной эксплуатации (в людных местах).
Такие изделия принято было выполнять из дерева (недолговечного и требующего ухода) или бетона (тяжёлого, холодного и не всегда надёжного). Древесно-композитные формы делают сборными, причём все детали проектируют заранее. На месте остаётся только собрать их при помощи болгарки и шуруповёрта. Такой забор не требует мощного фундамента, постоянной окраски. В случае повреждения участка или элемента конструкции, его можно легко заменить, изготовив дополнительно нужное количество деталей.
Общее преимущество - абсолютная нечувствительность к атмосферному износу (влага, мороз, перегрев на солнце), насекомым, грибкам и истиранию.
Общий недостаток - относительно большие колебания при нагреве и охлаждении. Расширение террасной доски ДПК может составлять до 6 мм на 1 м (при постепенном нагреве до +40 °С).
Цены на фасадные панели из «жидкого дерева»
| Наименование | Производитель | Характеристики | Цена 1 м 2 , у. е. |
| Duo Fuse FPS-22 | Бельгия | 2800х220х22 мм, ПВХ | 35 |
| «МультиПласт» | Россия | 3000х166х18 мм, ПЭ | 20 |
| RINDEK | Россия | 3400х190х28 мм, ПВХ | 22 |
| MultiDeck Chalet | Китай | 2900х185х18 мм, ПЭ | 17 |
| CM Cladding | Швеция | 2200х150х11 мм, ПВХ | 28 |
| ITP («Интехпласт») | Россия | 3000х250х22 мм, ПВХ | 26 |
| DORTMAX | Россия | 4000х142х16 мм, ПЭ | 18 |
Как выбрать террасную доску из ДПК
Любой вид «жидкого дерева» производится из древесной муки, состав которой не столь важен. Но состав полимера, который добавляется к ней, может иметь решающее значение:
- Полимер на основе полиэтилена. Проще и дешевле в производстве. Содержит большее количество опилок, за счёт чего он дешевле аналогов. Подвержен УФ-излучению (без присадок).
- Полимер на основе ПВХ. Более устойчив к перепадам температур, ультрафиолету, большая пожаробезопасность. Долговечнее в 2 раза по сравнению с иными составами.
По типу профиля террасные доски делятся на два типа:
- Полнотелые. Выдерживают значительные ударные нагрузки. Хорошо подходят для мест с большой проходимостью - летние кафе и веранды, палубы судов, набережные и пирсы.
- Пустотелые. Имеют малый вес. Подходят для террас частных домов.
По типу соединения доски ДПК делятся на:
- Шовные. Монтируются с зазором 3–5 мм и предусматривают хороший отвод воды. Крепятся кляммерами из металла или пластика.
- Бесшовные. Создают сплошную прочную поверхность за счёт обоюдного сцепления. Крепятся саморезами, кляммеры не требуются. Подходят для летних площадок кафе - в зазоры не попадают мелкие вещи, каблуки и т. д.
По типу противоскользящего покрытия или обработки:
- Обработанные щётками («брашинг» от англ. brush - кисть, щётка). Поверхность, созданная металлической щёткой (искусственное старение).
- Шлифованные. Поверхность обрабатывается наждачным полотном.
- Тиснёные. Как правило, исполняются в структуре дерева. Хороший декоративный вид, но в проходимых местах рисунок истирается и это становится заметно.
- Ко-экструзия. Верхний слой выполняется из высокопрочного состава и структурируется во время экструзии самой доски.
- Ко-экструзия с глубоким эмбоссингом (от англ. embossing - тиснение). Тиснение на верхнем слое имитирует ценные породы дерева.
На что обратить внимание вне зависимости от выбранного типа доски:
- Высота рёбер. От неё зависит прочность доски.
- Количество рёбер жёсткости. Влияет на прочность на изгиб - чем их больше, тем выше прочность.
- Толщина стенок. Тонкие стенки (2–3 мм) плохо держат ударные нагрузки.
- Ширина доски. Чем шире доска или панель, тем быстрее и проще монтаж и меньше потребуется креплений.
Видео - как выбрать террасную доску ДПК
Совершенно справедливо можно принимать данные советы по отношению к фасадным панелям и другим изделиям из ДПК для облицовки плоскостей.
Индустрия обеспечивает обывателя возможностью сделать свой выбор - использовать новый натуральный материал, на который идут природные ресурсы (дерево, камень) или применить продукцию переработки вторсырья. Сегодня люди научились превращать отходы обработки натуральных материалов в продукцию, опережающую эти материалы по свойствам. Однако выбор остаётся за человеком - либо утилизировать мусор, приобретая ДПК, либо создавать его всё больше, отдавая предпочтение природным материалам. опубликовано
К сожалению, всем нам известный и столь распространенный во всем мире пластик содержит вредные для здоровья человека вещества. Более того, в его производстве используются нефтепродукты. Однако до недавнего времени альтернативы этому дешевому материалу фактически не было. Конечно, новые конструкционные материалы появляются постоянно. Это клееная фанера, древесностружечные и древесноволокнистые плиты. Есть свои новинки и в бетонной индустрии, металлургии, стекольной промышленности. Тем не менее, по стоимости, а, значит, и доступности им все-таки далековато до пластика.
Вначале нового тысячелетия ученым удалось создать принципиально новый конструкционный материал, который в ближайшие десятилетия может практически полностью заменить привычный пластик. Это термопластичный древесно-полимерный композит (ДПКТ или ДПК), а в простонародье - «жидкое дерево». В его производстве используются первичное (вторичное) сырье ПП, ПЭ или ПВХ плюс древесные добавки (древесная мука, прочие растительные волокна) и вспомогательные присадки. Эффект превзошел все ожидания. Новейший материал не только экологичен (содержание серы сокращено на 90%), но и, сочетая в себе лучшие свойства дерева и пластмассы, сохранил относительно низкую себестоимость.
По оценкам экспертов, ежегодный рост продаж ДПК в мире составляет около 20%. Так что же это за чудо, которого так долго ждали архитекторы, конструкторы и производственники? Попробуем разобраться.
Применение и обработка
Благодаря своим свойствам древесно-полимерный композит отлично применяется в самых различных областях. Материалы отличаются однородностью и гладкостью поверхности, пластичностью, стойки к атмосферному и биологическому воздействию, а срок эксплуатации даже в жестких уличных условиях достигает 50 лет.
Всё это позволяет использовать ДПК в производстве различных архитектурных и строительных материалов: плинтусов, вагонки, подоконников, профилей, декоративных элементов, а также наполнителей.
Изготавливают из ДПК и готовые к использованию изделия: ламинат, напольные покрытия, мебельные листы, мебель, кабельные коробки, многокамерные оконные профили и даже декинг - профиль для изготовления причалов и пирсов.
Физико-механические свойства древесно-полимерного композита предоставляют широкие возможности для его обработки. Материал не теряет своей формы и прочности , приняв в себя до 4% влаги. Из него можно изготавливать облегченные, пустотелые вещи. Монтируется он как с помощью гвоздей и шурупов, так и на специальные защелки.
А ещё, ДПК можно фанеровать шпоном, ламинировать пленками и листовыми пластиками, красить любыми красками и лаками, получать различные декоративные эффекты, добавляя пигменты в композицию и пр.
Полученные из ДПК изделия легко поддаются механической обработке. Они легко пилятся, сверлятся, режутся, клеятся, свариваются друг с другом, гнутся (после предварительного нагрева горелкой), а, если в состав материала добавлена мука из мягких пород дерева или целлюлозосодержащие отходы, то это придает изделию ещё и повышенную пластичность.
Наконец, ДПК, помимо эстетичности, который ему придает внешний вид, приятен и для обоняния, обладая легким древесным запахом.
Технология производства
Для изготовления древесно-полимерного композита используется ряд компонентов. В первую очередь это, конечно, измельченное древесное или целлюлозосодержащее сырье. То есть это может быть не только древесина, но и кукуруза, рис, соя, солома, бумага, опилки и пр. Второй основной составляющей ДПК являются синтетические связующие. К ним относятся: полиэтилен, пропилен ПВХ и др. Остальные компоненты - это дополнительные добавки, состав которых варьируется в зависимости от предназначения будущего изделия. К наиболее распространенным относятся: красители, пигменты, антиоксиданты, противоударные модификаторы, свето- и термостабилизаторы, антипирены и антисептики для защиты от огня и гниения, гидрофобные добавки для устойчивы к сырости, вспенивающие агенты для снижения плотности ДПК.
Объем древесных частиц
в материале может составлять от 30 до 70%, а их размер от 0,7 до 1,5 мм. Тонкие фракции используются в производстве готовых профилей, не требующих дополнительной обработки поверхности. Средние подходят под покраску или отделку шпоном. Грубые - для технических целей.
Объем синтетических связующи х также варьируется и может составлять от 2 до 55%. Зависит это опять же от предназначения будущего изделия. Что касается дополнительных добавок, то их объем в материале не превышает 15%.
Кстати, не так давно немецким разработчикам удалось изготовить «жидкое дерево» идеального качества . Специалисты института Фраунгофера создали его из лигнина. Этот материал получают из древесины. ДПК под названием Arboform является абсолютно не токсичным продуктом. Более того, если обычный древесно-полимерный композит можно перерабатывать 3-4 раза, то этот до 10 раз. К чему мы это? Дело в том, что в Китае индустрия по производству ДПК разрастается как нигде в мире. И, если в Европе и США созданные материалы проходят серию тестирований, то в Поднебесной себя этим не утруждают и поставляют на рынок, в том числе международный, продукт не самого лучшего качества.
Теперь об оборудовании для производства ДПК
. В его стандартный состав входят: экструдер двухшнековый, фильера формовки, стол калибрации и охлаждения, тянущее устройство, отрезное устройство по длине, деление по ширине (при необходимости) и укладчик. Вся линия отличается компактностью, а управление ей, обычно, полностью автоматизировано. В комплектации некоторых моделей присутствуют также: мельница (измельчитель сырья) автозагрузчик сырья, и смеситель.
Производителями таких линий и модулей являются в основном китайские компании . Лидеры среди них - WPC, Zhangjiagang City Boxin Machinery и др. Качество техники достойного уровня, тем более, что основные узлы для них производятся европейскими машиностроительными заводами.