Выявление и устранение проблем в экструзии



Maria de/ Pf/ar Woriega E., Chris Paunendaa/





                Troubleshooting the Extrusion Process




A Systematic Approach to Solving Plastic Extrusion Problems 2nd Edition


Holton E. Harris




                Extrusion Control




Machine - Process - Phx/uct







TOSES
Hanser Pubfishers, Munich - Hanser Gardner Pubfication, Cincinnati

Лрис Раувевдааль, Мария день Пилар Норьега Е., Холтон Харрис





                Выявление и устранение ПРОБЛЕМ В ЭКСТРУЗИИ




Перевод с английского язьяса
2-го издания















   1ЯИЯДДИН Санкт-Петербург
гои

  р: :         LI !ix :j!>.
■V'X««W^V"
  Ю ПРОФЕССИЯ

УДК 67а 01:53 ББК35.713Анш Р74


Р74 Выявление и устранение проблем в экструзии / К Раувендааль, М. д. Пилар Норьега Е., X. Харрис; пер. с англ. 2-го изд. — СПб.: ЦОП «Профессия*, 2011. — 368 стр., цв. ил.

ISBN 978-5-91884-029-0
ISBN 978-1-56990-470-1 (англ.)
ISBN 978-1-56990-363-8 (англ.)

    В книге рассмотрены вопросы поиска неисправностей, возникающих на практике в процессах экструзии, а такжепути быстрого и эффективного устранения возникающих проблем. Описаны их основные типы и предложены систематический и методический подходы к решению проблем дтя разных типов изделий. Важными предпосылками для эффективного решения проблем являются: хорошее приборное обеспечение, глубокое понимание процесса экструзии; сбор и анализ данных при проведении процесса; формирование профессиональной команды; информация о состоянии оборудования и о перерабатываемых материалах. Особенностью 2-го издания являются обновленные данные, в том числе подробные иллюстрации и примеры. Предыдущее издание выдержало несколько дополнительных тиражей.
    Книга предназначена для специалистов, занимающихся экструзией, а также для студентов и ас пирантов пр о фильных вуз ов.

УДК 67а 01:53
ББК35.713Анш

AS                                 c&tghud Encash, lan&xzge


Все права, а также разрешение на трансляцию издания защищены. Никакая часть данного издания не может быть воспроизведена в любой ф орме (печатной, в виде фотокопии, пленки для микрофильмирования или другим способом) без письменного разрешения издательства и не может быть распространена нлн тиражирована с помощью электронных систем.

Все права защищены Никакая часть данной кннгн не может быть воспроизведена в какой бы то ин было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.

Информация, содержащая я в данной книге, получена из источников, рассматриваемых издательством как надежиье. Тем не менее, имея в виду возможные чедоведескне или технические ошибки, издательство не может гарантировать абсолютную точность н полноту приводимых с ведений и не несет ответственности за возможнее ошибки, связанные с использованием кннгн.



ISBN 978-1-56990-470-1 (англ.)
ISBN 978-1-56990-363-8 (англ.)
ISBN 978-5-91884-029-0

       ■© Carl Hans er Verlag, Munich/FRG, 2010
       ■© ЦОП «Профессия*, 2011
       ■© Перевод, оформление: ЦОП «Профессия*

Спонсоры

  Содержание


Предисловие...............................................................
Предисловие к русскому тданню.............................................
ВЫЯВЛЕНИЕМ УСТРАНЕНИЕ ПРОБЛЕМ В ЭКСТРУЗИОННЫХ ПРОЦЕССАХ.................................................................
1. Требования к эффективному поиску причин пр об ласы.....................
   1.1. Приборное обеспечение.............................................
   1.2. Оценка сущности экструзионного процесса...........................
   1.3. С б ор н р етр о спектнвный анализ данных пр сведения пр оц ес са.
   1.4. Формирование команды..............................................
   1.5. Состояние оборудования............................................
   1.6. Информация о сырье................................................
   1.7. Методы решения проблем............................................
2. Инструментальные средства для выяснения причин про блем при экструзии........................................................
   2.1. Ср едства для нам ер ения темп ературы............................
   2.2. Системы сбора данных..............................................
      2.2.1. Переносные системы сбора данных..............................
      2.2.2. Стационарные системы сбора данных............................
   2.3. Оптическая микроскопия............................................
   2.4. Терм охр омные материалы..........................................
   2.5. Термический анализ................................................
      2.5.1. Дифференциальный термический анализ (ДТА) и дифференциальная сканирующая калориметрия (Д СК).............
      2.5.2. Термогравиметрический анализ (ТГА)...........................
      2.5.3. Инфракрасная Фурье-спектроскопия (52TJ?, ИКФС)...............
      2.5.4. Термомеханический анализ.....................................
      2.5.5. Ротационный вискозиметр......................................
      2.5.6. Капиллярная реометрия (вискозиметрия) высокого давления......
      2.5.7. Другие методы определения термических характеристик..........
   2.6. Другие инструменты................................................
      2.6.1. Инфракрасная термография.....................................
      2.6.2. Измерения мощи ости..........................................
3. Систематический поиск причин и анализ проблас..........................
   3.1. Сбоив зависимости от развития проблемы............................
   3.2. Проблемы, связанные с оборудованием...............................
      3.2.1. Привод.......................................................
      3.2.2. Система загрузки сырья.......................................
      3.2.3. Система нагревай охлаждения..................................
      3.2.4. Проблемы износа..............................................

Содержание

7

           3.2.4.1. Механизмы наноса.................................... 54
           3.2.4.2. Методы определения наноса........................... 56
           3.2.4.3. Причины износа...................................... 61
           3.2.4.4. Решения проблем износа.............................. 67
           3.2.4.5. Восстановление изношенных шнеков и рабочих цилиндров. 75
      3.2.5. Заклинивание шнека......................................... 79
           3.2.5.1. Основные положения.................................. 79
           3.2.5.2. М еханич еские причины заклинивания ш нека............ в О
           3.2.5.3. Изменение зазора из-за разницы температур........... 80
           3.2.5.4. Анализ распределения температуры в шнеках экструдера. 82
           3.2.5.5. И вменение зав орав следствие сжимающей нагрузки.... 83
           3.2.5.6. Выв оды и рекомендации.............................. 84
   3.3. Деструкцияполимера.............................................. 85
      3.3.1. Типы деструкции............................................ 85
           3.3.1.1. Термическая деструкция.............................. 85
           3.3.1.2. М еханич еская деструкция........................... 86
           3.3.1.3. Химич еская деструкция.............................. 87
      3.3.2. Деструкцияпри экструзии.................................... 89
           3.3.2.1. Распределение времени пребывания.................... 89
           3.3.2.2. Оценки распр еделения темп ературы.................. 94
           3.3.2.3. Численные расчеты распределения температуры.........100
           3.3.2.4. Уменьшение опасности деструкции полимера............106
   3.4. Нестабильности процесса экструзии................................107
      3.4.1. Частота нестабильностей....................................108
           3.4.1.1. Нестабильности высокой частоты......................108
           3.4.1.2. Нестабильность частоты вращения шнека................ИЗ
           3.4.1.3. Нестабильности низкой частоты.......................114
           3.4.1.4. Очень медленные колебания...........................116
           3.4.1.5. Случайные колебания.................................116
      3.4.2. Функциональныенестабильности...............................117
           3.4.2.1. Нестабильность транспортирования твердого материала..117
           3.4.2.2. Нестабильность пластикации..........................118
           3.4.2.3. Нестабильности нагнетания расплава..................119
           3.4.2.4. Нестабильность дегазации............................119
           3.4.2.5. Нестабильности смешения.............................120
           3.4.2.6. Распределительные смесительные секции...............120
           3.4.2.7. Смесительные секции дисперсионного типа.............126
           3.4.2.8. Решение проблем смешения............................133
      3.4.3. Устранение причин нестабильности процесса экструзии........135
   3.5. Захват воздуха..................................................137
   3.6. Проблемы гелеобразования........................................138
      3.6.1. Измерение гелей............................................140
      3.6.2. Гели, возникающиев процессе экструзии......................141
      3.6.3. Удаление гелей, появившихсяв процессе полимеризации........141
   3.7. Проблемы течения в головке......................................142
      3.7.1. Нарушение сплошности потока ...............................142
      3.7.2. Наросты материала у выхода из головки......................145

Выявление и устранение проблем в экструзии

      3.7.3. V- или W-образные линии....................................147
   3.7.4. Пятна и изменение цвета.......................................148
   3.7.5. Линии на экструдированном изделии.............................149
      3.7.5.1. Линии сплавления (линии спая)............................150
   3.7.6. Оптические свойства и внешний вид экструдированного изделия...152
4. Примеры го практики................................................. 153
   4.1. Соэкструзия пленки — деструкция ср еднего слоя..................153
      4.1.1. Описание проблемы..........................................153
      4.1.2. Анализ проблемы............................................153
      4.1.3. Решение....................................................155
   4.2. Проблемы на границе слоев в пленке, получаемой соэкструзней.....156
      4.2.1. Описанне проблемы..........................................156
      4.2.2. Анализ проблемы............................................156
      4.2.3. Решение....................................................157
   4.3. Линии на экструдированной пленке................................157
      4.3.1. Описанне проблемы..........................................157
      4.3.2. Анализ проблемы............................................158
      4.3.3. Решение....................................................158
   4.4. Изменение цвета ковра, сделанного из полипропиленового волокна..159
      4.4.1. Описанне проблемы..........................................159
      4.4.2. Анализ проблемы............................................160
      4.4.3. Решение....................................................160
   4.5. Плохая прозрачность полимерной пленки...........................162
      4.5.1. Описанне проблемы..........................................162
      4.5.2. Анализ проблемы............................................163
      4.5.3. Решение....................................................165
   4.6. Проблемы при экструзии пленки, связанные с износом оборудования.165
      4.6.1. Описанне проблемы..........................................165
      4.6.2. Решение....................................................166
   4.7. Многослойная пленка — несколько проблем, связанных с внешним видом..............................................................166
      4.7.1. Описанне проблемы..........................................166
      4.7.2. Анализ проблемы............................................166
      4.7.3. Решение....................................................167
   4.8. Проблема однородности окраски бутылки из ПЭВП...................168
      4.8.1. Описанне проблемы..........................................168
      4.8.2. Анализ проблемы............................................169
      4.8.3. Решение....................................................169
   4.9. Деструкция полимера.............................................171
      4.9.1. Описанне проблемы..........................................171
      4.9.2. Анализ проблемы............................................172
      4.9.3. Решение....................................................173
   4.10. Проблемы с термоусадкой многослойной пленки....................175
      4.10.1. Описание проблемы.........................................175
      4.10.2. Анализ проблемы...........................................175
      4.10.3. Решение...................................................176

Содержание

9

4.11. Проблема низкой производительности линии для изготовления рукавной пленки.....................................................177
      4.11.1. Описание проблемы........................................177
      4.11.2. Анализ проблемы..........................................176
      4.11.3. Решение..................................................179
   4.12. Выбор СК красителя............................................161
      4.12.1. Описание проблемы........................................161
      4.12.2. Анализ проблемы..........................................162
      4.12.3. Решение..................................................163
   4.13. Проблема качества при экструзии труб..........................164
      4.13.1. Описание проблемы........................................164
      4.13.2. Анализ проблемы..........................................164
      4.13.3. Решение..................................................165
   4.14. Образование гель-фр акций при получении соэкструдированнойпленки....166
      4.14.1. Описание проблемы........................................166
      4.14.2. Анализ проблемы..........................................167
      4.14.3. Решение проблемы.........................................166
   4.15. Аглом ератат и к ол ебани е плота ос та (упаковки ) материала при получении листов из ПП..........................................166
      4.15.1. Описание проблемы........................................166
      4.15.2. Анализ проблемы..........................................169
      4.15.3. Решение проблемы.........................................191
   4.16. Недостаточное пр оплавление и смешение материала в узле пластикации.193
      4.16.1. Описание проблемы........................................193
      4.16.2. Анализ проблемы..........................................193
      4.16.3. Решение проблемы.........................................195
   4.17. Вы с окая темпер атура ра сплава и и едо статочная пр онзв одительно ста при процессах соэкструзни...........................................197
      4.17.1. Описание проблемы........................................197
      4.17.2. Анализ проблемы..........................................196
      4.17.3. Решение проблемы.........................................200
4.16. Недостаточная скорость перемещениян степень распределения твердых частиц......................................................202
      4.16.1. Описание проблемы........................................202
      4.16.2. Анализ проблемы..........................................203
      4.16.3. Решение проблемы.........................................204
   4.19. Нестабильность форм о образования в экструзионной головке.....206
      4.19.1. Описание проблемы........................................206
      4.19.2. Анализ проблемы..........................................207
      4.19.3. Решение проблемы.........................................209
   4.20. Скачкообразное нагнетание материала при использовании вентилируемого экструдера...........................................212
      4.20.1. Описание проблемы........................................212
      4.20.2. Анализ проблемы..........................................214
      4.20.3. Решение проблемы.........................................216
   4.21. Разрушение (разрыв) потока расплава или образование акульей кожи при использовании металлоценового П Э...............................216

Выявление и устранение проблем в экструзии

      4.21.1. Описание проблемы.........................................218
      4.21.2. Анализ проблемы...........................................218
      4.21.3. Решение проблемы..........................................220
Литература.............................................................. 221
Приложения.............................................................. 226
   Приложение 1. Систематический поиск реш ения.........................226
   П рил ожени е 2. П он ск и ей справн о стен в о б орудовании и технич еско е обслуживание.......................................................227
   2.1. Проверка масла................................................227
           2.2. Необычные шумы........................................228
           2.3. Мониторинг вибраций...................................228
           2.4. Двигатели и приводные ремни...........................230
           2.5. Запасные части........................................230
           2.6. Шнекирабочий цилиндр..................................230
           2.7. Ведомость технической проверки экструдера.............231
   Приложение 3. Установка температур экструдера......................236
           Зона загрузки..............................................236
           Рубашка охлаждения зоны загрузки (отрегулируйте температуру и расход воды)..................236
           Зона перехода (хорош ее плавление).........................236
           Зона дозирования...........................................237
           Планирование экспериментов.................................237

УПРАВЛЕНИЕ ЭКСТРУЗИЕЙ................................................ 238
1. ВнАДАТТТТА........................................................ 239
2. Экструзионная линия............................................... 240
   2.1. Экструдер.....................................................241
   2.2. Перемещение (нагнетание)полимера..............................241
      2.2.1. Траектория движения полимера.............................241
      2.2.2. Редуктор и частота вращения шнека........................242
   2.3. Безопасность..................................................244
3. Кон цннцни комплексного управления................................ 246
   3.1. Обзор.........................................................246
      3.1.1. Экструзия листов.........................................248
      3.1.2. Экструзия рукавной пленки................................249
      3.1.3. Нанесение покрытия на провода............................249
      3.1.4. Экструзия вспененного полимера...........................249
      3.1.5. Соэкструзия..............................................250
      3.1.6. Поочередная экструзия по лим ер ов.......................250
      3.1.7. Экструзионные системы, не требующие вмешательства человека.250
   3.2. Комплексное управление........................................251
   3.3. Аспекты управления............................................252
      3.3.1. Управление оборудованием.................................252
      3.3.2. Управление процесс ом....................................252
      3.3.3. Управление изделием......................................252

Содержание

11

      3.3.4. Управление в масштабе предариятия...........................253
      3.3.5. Статистическое управление качеством (Statistical Quality Control, SQC).................................253
4. Регулирование тэшературы............................................. 254
      Постулат?^ 1. Температура подчиняется тем же законам физики, что и другие физические величины!..................................254
   4.1. Реальность.......................................................255
   4.2. Регуляторы температуры...........................................257
      4.2.1. Регулирование типа «Включено—выключено*.....................257
      4.2.2. Пропорциональный регулятор..................................256
      4.2.3. Пропорционально-интегральный регулятор......................261
           4.2.3.1. Пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор 262
           4.2.3.2. Настройка ПИД-регуляторов............................263
           4.2.3.3. Автоматическая настройка коэффициентов...............263
      4.2.4. Нечеткая логика.............................................263
   4.3. Измерение температуры............................................264
      4.3.1. Расположение датчиков температуры...........................264
      4.3.2. Двойные датчики (Dual Sensing)..............................265
      4.3.3. Типы датчиков...............................................265
           4.3.3.1. Принцип работы.......................................266
           4.3.3.2. Преимущества платинового датчика сопротивления.......267
   4.4. Регулирование энергии, подаваемой для нагрева н охлаждения.......274
      4.4.1. Механические контакторы.....................................274
      4.4.2. Ртутные контакторы..........................................274
      4.4.3. Твердотельные контакторы....................................274
      4.4.4. Фазовое управление - истинно пропорциональное регулирование энергии..........................................................275
      4.4.5. Твердотельные регуляторы мощности, свободные от высокочастотных помех...........................................277
5. Регулирование частоты врагц мя....................................... 276
   5.1. Двигатели и приводы постояли ого тока со щетками.................260
      5.1.1. Как работает двигатель?.....................................260
      5.1.2. Привод для двигателя постояли ого тока со щетками...........262
      5.1.3. Фактическое напряжение возбуждения..........................263
      5.1.4. Обмотка возбуждения.........................................264
      5.1.5. Точность....................................................265
      5.1.6. Синхронизация большого числа двигателей.....................267
   5.2. Векторные двигатели..............................................267
      5.2.1. Двигатель...................................................266
      5.2.2. Векторные дангателн (Flux jfector Drives) замкнутого цикла. 266
6. Регулирование свойств полимера....................................... 290
   6.1. Измерение и регулирование расхода полимера через головку.........290
      6.1.1. Не будьте луддитом!.........................................291
   6.2. В каких случаях и почему следует использовать нас осы для расплава?.292
   6.3. Стабилизация производательности..................................296
   6.4. Микропроцессорное управление нас о с ом для расплава.............297

Выявление и устранение проблем в экструзии

   6.5. Другие преимущества применения шестеренчатых нас о сов ........299
   6.6. Намеренней регулирование давления расплава.....................300
   6.7. Измерение и регулирование температуры расплава.................302
   6.8. Намеренней регулирование вязкости — Последний рубеж............304
      6.8.1. Точное измерение вязкости.................................304
   6.9. Выводы.........................................................305
7. Экструзия листов................................................... 307
   7.1. Материалы, оборудование, области применения....................307
      7.1.1. Фильера...................................................309
      7.1.2. Валковое гладильное устройств о...........................310
      7.1.3. Измерение толщины.........................................311
           7.1.3.1. Бета-толщнномеры...................................311
           7.1.3.2. Гамма-толщ нн ом еры...............................312
           7.1.3.3. Сравнение..........................................313
           7.1.3.4. Траверса для поперечного перемещения датчика.......313
   7.2. Автоматическое регулирование пр о фи ля толщ ины...............315
   7.3. Соэкструзия....................................................316
      7.3.1. Головки с распределительным адаптером.....................316
      7.3.2. Многоколлекторые экструзионные головки ...................317
в. Экструзия труб и трубок............................................ 31в
   8.1. Экструдер......................................................319
   8.2. Экструзия трубок методом «свободного формования*...............320
      8.2.1. Прямоточная головка.......................................320
      8.2.2. Угловые экструзионные головки.............................321
   8.3. Охлаждение трубы в водяной ванне...............................322
   8.4. Вакуумное калибрование труб ...................................323
      8.4.1. Экструзионная головка.....................................323
      8.4.2. Вакуумная ванна...........................................323
      8.4.3. Вакуум-насос..............................................325
   8.5. Режущ ее устройств о ..........................................325
   8.6. Измерение параметров изделия...................................326
      8.6.1. Наружный диаметр..........................................326
      8.6.2. Определение внутреннего диаметра расчетным методом........327
      8.6.3. Измерение внутреннего диаметра ультразвуковыми датчиками...327
      8.6.4. Измерение концентричности.................................328
      8.6.5. Как изменять внутренний и наружный диаметр?...............329
      8.6.6. Автоматическое регулирование наружного диаметра...........329
      8.6.7. Автоматическое регулирование внутреннего диаметра.........330
      8.6.8. Комбинированное автоматическое регулирование..............330
   8.7. Многоканальные трубки..........................................330
   8.8. Трубки с переходами............................................331
   8.9. Система со сменой полимеров....................................332
   8.10. Регулирование длины трубки. Тянущ ее устройств о..............332
      8.10.1. Плоские ленты или тянущие валки?.........................333
   8.11. Регулирование скор ости вращения двигателя тянущего устройства.334
   8.12. Соэкструзия...................................................334

Предисловие к русскому изданию                                                1 3

      8.12.1. Особенности применения мнкр отру б ок в медицине...............335
           8.12.1.1. Водяная ванна......................................336
           8.12.1.2. Система подачи воздуха внутрь мнкр отруб ок.............336
           8.12.1.3. Система подачи воздуха для воздушного ножа..............337
           8.12.1.4. Система подачи воз духа для с ортир овки мнкр отр уб ок.338
   8.13. Интегрированная система управления.............................338
9. Другие виды экструдируемых тделни................................... 339
   9.1. Рукавная пленка.................................................339
      9.1.1. Регулирование толщины пленки в поперечном направлении .....229
      9.1.2. Р егулир ование с р едней толщ ины пл енки в пр о до льном направлении............................................................340
      9.1.3. Изм ер ени е толщ ины рукавной пленки...........................340
      9.1.4. Преимущ ества использования нас оса для расплава................341
   9.2. Нанесение изоляции на пр овода..................................341
      9.2.1. Нанесение вспененной изоляции на провода...................342
      9.2.2. Нанесение многослойной изоляции на провода соэкструзней....343
   9.3. Экструзия оптоволокна...........................................343
   9.4. Экструзия профилей..............................................344
10. Работа в полно стаю автоматизированном режиме...................... 346
11. Контроль и управление в масштаб е предприятия...................... 348
   11.1. Программы построения отчетов...................................349
      11.1.1. Машина времени............................................349
   11.2. Раб очие пр отоко лы и кран ение ин формации о техн о логич еских режимах..............................................................350
   11.3. Просмотр журнала предупреждающих сообщений.....................351
   11.4. Управление качеством продукции с помощью статистических оценок.351
12. Статистический контроль и управление качеством продукции........... 353
   12.1. Допустимый уровень качества продукции..........................353
   12.2. Ленточные самописцы............................................353
   12.3. Что предложил Деминг?..........................................355
   12.4. Демннгв Японии.................................................356
   12.5. Измерение качества — Хи о......................................357
   12.6. Численный анализ...............................................359
   12.7. Сколько измерений нужно проводить?.............................359
   12.8. Насколько можно доверять измерениям?...........................360
   12.9. Убедитесь, что вы измеряете именно то, что вам нужно...........361
   12.10. Значение статистического управления качеством......................362
   12.11. Контрольные карты..................................................362
   12.12. о или Л? Оптимальный раем ер вы борки .............................364
   12.13. Развитие статистического управления качеств ом после Деминга.......364
   12.14. Взгляните на вещи шире.............................................367

    ПРЕДИСЛОВИЕ



   Одной из наиболее больших трудностей, возникающих в процессах •экструзии, является эффективное и быстрое устранение появляющихся проблем, зачастую приводящих к простою оборудования и/или к получению некачественной продукции. Решение таких проблем требуетз начительного количества средств и времени. Из-за сл ожно сти прир оды э кстру з ионного пр оц ес са з ач асту ю дов о ль но трудно о пр еделить причину возникшей проблемы и найти ее оптимальное решение, особенно если это необходимо сделать довольно быстро. Несмотря на то, что поиск неисправности для промы шт енности кр айне в аже н, книг, п освя щенных ис кл юч ите ль но этому в о просу, нет. Настоящая книга направлена на исправление сложившейся ситуации.
   Оба автора, работая в течение многих лет в области экструзионных процессов, были в овлече ны в мно гочисленны е прое кгы п о в ыявл ению и у стра нению неиспр ав костей экструз ионных процессов. Обсудить все проблемы, которые могут вез никнуть при экструзии, невозможно, но можно рассмотреть их основные типы и разработать систематический и методический подход к их решению. В книге авторы зачастую используют блок-схемы и диаграммы, которые облегчают систематический поиск неисправностей. Материал книги является основой для компьютерной программы, используемой для автоматизированного выявления и устранения неисправностей. Такая программа САТХ™ будет поставляться компанией Pate&endaal Extrusion Engineering, Inc.
   Данная книга — второе исправленное издание. В нее авторы добавили новый материал и некоторые конкретные случаи, связанные с процессами экструзии листов и пленки, гранулирования стренг и касающиеся вопросов узла пластикации, используемого прилитье под давлением.
   Авторы будут рады получить от читателей отзывы о книге, а также дополнительный материал, касающийся выявления и устранения возникающих проблем экструзии. Это позволит включить в последующие издания настоящей книги еще большее количество полезной информации.

   Благодарности
   Автор благодарит членов своей семьи за их постоянную поддержку и терпение и за то, что даже после написания им нескольких книг его семья по-прежнему его поддерживает.
КрисРауеендалъ (Chris Pauwendaal)

   Автор Мария дел ь- П и лар Норие га Е. (Ma ria del Pilar Noriega Е.) бл агодарит св ою семью и лучших друзей за их бесценную поддержку и терпение в течение всех этих да ител ьных лет пром ы ште иных и прикладных исследов а ний в обл а сти п ер ер аботки полимерных материалов. Автор благодарна своим коллегам из Института исследования пластмасс ирезин (PtasticsandRubberResearchlnstitute, ICIPC), Колумбия, за их своевременное техническое обеспечение и ценные предложения, выдвигаемые

Предисловие к русскому изданию

15

во ъремя написания настоящей книги. Автор хотела бы высказать благодарность Норберто Монтоя (Norferto Montoya) за микроснимки, используемые в первом издании данной книги. Автор благодариттакже Альберно Наранье (Alberto Naraxjo) из ICIPCn Эберхарда Грюншлосса (Eberhard Gn>nschloss) из 7КТ(Институт переработки пла стмас с, Institut fUrKunstst offteohn ik, Ш тутгарт) з а их детал ьны е и конструктив ны е диалоги, а также Диану Энгел (Diana Angel) и >^ана Карлоса Галлего (Juan Carlos Gallego) за рисунки, используемые во втором издании.

Мария дель-Пилар Нориега Е.




    ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ

   Экструзионные процессы, каки многие другие процессы переработки пластмасс, осуществляются на определенном оборудовании с применением разнообразной технологической оснастки, управляютсяразнообразными системами, осуществляющими связь между отдельными агрегатами технологической линии и вспомогательным (пер иферий ним) оборудов анием. В непр ер ыв ном про це ссе эти вз а имосвяз и должны быть четко скоор динир ов аны и на прав ле ны на бе сп ер ебо йны й в ы пу с к качеств енно й продукции с максимально возможной производительностью. На процесс •экструзии вл ияет бол ьшое колич ество фактор ов, кажды й из которых в но сит св ою дол ю в ра белу экструзионной линии и качество получаемой продукции. Некоторые специалисты насчитывают более 70 основных и вспомогательных факторов, от взаимодействия которых зависит производительность оборудования, стабильность процесса, условия работы операторов, качество продукции.
   Даже в самом совершенном и отлаженном процессе могут возникать ситуации, в р езультате которых нару шается нормаль ны й ритм пр оц есс а и ухудшается каче отв о продукциивплоть до выпуска брака. Это может быть, например, связано с работой привода экструзионной машины или системы терморегулирования цилиндра машины , с из но сом шне ка или п ер егрев ом з а груз очной з они экструдера, с изме нением свойств перерабатываемого материала или изменением его гранулометрического состава, с повышением температуры воды, идущей на охлаждение калибрующих устройств, или снижением вакуумирующей способности водокольцевых вакуум-насосов. И так далее, и так далее.
   Все неполадки перечислить и предусмотреть невозможно. Основные и часто встречающиеся из них обычно отражаются в технологических регламентах, технологических картах, инструкциях по обслуживанию. Тем не менее, возможны ситуации, когда быстр о установить причину сбоя процесса не удается. Приходится прерывать процесс и искать причину сбоя или более серьезной проблемы в течение некоторого, иногда длительного, времени, при этом оборудование простаивает, принося его владельцам одни убытки.
   Поскольку специалисты, имеющие дело с конкретным процессом, имеют разную кв ал ификац ию, и в сзможности п о у стр ане нию пробл ем у них тоже могут быть раз ным и.

Выявление и устранение проблем в экструзии

то Бремя на устранение вез никшей проблемы у них может су щественно различаться. Поэтому необходимы базы знаний, б которых были бы собраны рекомендации по у стр анени ю тип об ых про блем и фр агме нтоб бол ее сложных пр обл ем, р еком ендац и и п о при бор ному осн аще нию таких ра бот, методол огия п о их пр об едению. Та кие баз ы знаний по экструзиивстречаются сравнительно редко, далеко не полны ине отражают весь комплекс сведений, которые необходимы для быстрого нахождения причин возникающих проблем и выработки рекомендаций для их устранения.
   Несколько лет назад за рубежом появились две книги, небольшие по объему, но близкие по содержанию, которые охватывают не обходимый комплекс сведений для решения про блем экструзии и у прав ления технологическим процессом. Отечественному читателю предлагается перевод этих книг, объединенных в одну под общим названием <Выявление и устранение проблем в экструзии», что вполне целесообразно, поскольку сведения, приводимые в них, относятся к экструзионному процессу в ц ел ом, пра кгически отсутствуют в русс кояз ычных книгах п о п ер ера ботке пла елм асе и весьма полезны практикам.
   П ерв ая из них кас ается одной из наиб оле е с ерь ез них трудно сте й экструз ии — бы -строго и эффективного устранения вез пикающих проблем. Проблемы приэкструзии приводят обычно к простоям или получению некачественной продукции, что сулит значительные убытки. Однако в силу природы процесса экструзии часто довольно сложно быстро определить причину возникшей проблемы и найти соответствующее решение. Несмотря на то, что вопросы поиска неисправностей крайне важны для промышленности, на сегодняшний день отечественному читателю незнакомы книги, которые были бы посвящены исключительно этому вопросу. Настоящая книга является попыткой исправить подобную ситуацию.
   Эта книга явля ется р азв итием темы, з атронутой в книге К. Р аув е цдаа ля Э кстру-зия полимеров», вышедшей в переводе в издательстве < Профессия» в 2006 г. Книга состоит из 4-х основных глав и практических приложений.
   В первой главе формулируются основные требования к эффективному поиску причин проблемы. Важными предпосылками для эффективного решения возникшей проблемы являются: хорошее приборное обеспечение, которое совершенно незаменимо при поиске причин проблемы; глубокое понимание процесса экструзии; сбор и анализ да иных пр и пров еде нии пр оц есса; форм иров ание пр офессиональ ной кома нды; наличие полной и должным образом оформленной информации о состоянии оборудования; максимально возможная информация о перерабатываемых матер налах.
   В следующей главе рассматриваются инструментальные средства и методы, полез ны е пр и опр едел е ни и прич ин проблем, связ анных с темп ер атуро й ка к одному из основных факторов, влияющих на процесс и получаемый результат. Это, например, ручной инфракрасный термометр, оптическая микроскопия, термохромные материалы, разнообразные методы термического анализа (ДТА, ДСК, ТГА, инфракрасная Фурье-спектроскопия, термомеханический анализ и др.). Полезно также иметь цифровую фотокамеру и видеокамеру — отснятые материалы впоследствии очень помогут при анализе проблемы и оформлении необходимых документов.
   В 3-й главе описывается как осуществляется систематический поиск причин и а на лиз про блем экструз ии. Гл ав ное в нимание сконц ентрир ов ано з дес ь на раз л ичных

Предисловие к русскому изданию

17

сбоях б работе •экструзионной линии по неизвестным причинам. Многочисленные сбои можно бы делить б отдельные группы: еБязанные с оборудованием (проблемы с приводом экструдера; проблемы с системами загрузки сырья, системами нагрева и охлаждения цилиндра экструдера и головки); проблемы, связанные с износом оборудования. Последняя группа проблем весьма часто встречается и многообразна. Поэтому авторы книги останавливается на ней более подробно. Здесь рассматриваются основные механизмы износа, причины и методы его определения. Приведены рекомендации по решению проблем износа (выбор подходящих материалов для деталей оборудования, нанесение разнообразных покрытий и др.). Отдельно рассматриваются методы восстановления шнеков и цилиндров экструзионных машин
   Рассматриваются случаи заклинивания шнека, их причины и способы решения этой проблемы, например, охлаждение шнека в зоне загрузки; повышение температуры цилиндра в загрузочном отверстии; снижение температуры в переходной зоне; снижение темп ер атуры в з оне дез иров а ния; ув е личение з аз ора в обл асти з а груз очного отверстия.
   Подробно описаны типы деструкции полимеров и влияние распределения температур по каналам шнеков, влияющих на возникновения процессов деструкции, приведены рекомендации по уменьшению опасности ее возникновения.
   Отдельный раздел 3-й главы посвящен различным нестабильностям, возникающим при экструзии полимерных материалов. Основная из них - это колебание производительности экструдера. Приводятся причины нестабильности производительности, подробно рассмотрены конструкции шнеков с повышенной смесительной способностью. Это особенно полезно, поскольку в настоящее время одношнековые экструдеры оснащаются шнеками со смесительными и диспергирующими элементами и р абота которых в о м ногих случ аях может быть с оп остав има с о сме сител ьно й способностью двухшнековых машин. Причем вся подготовка материала (диспергирование вводимых добавок, смешение с ними и эффективная пластикация) осуществляется в едином процессе, не прибегая к дополнительным операциям на другом оборудовании.
   Применение таких мер, как уменьшение скорости вращения шнека или снижение его температуры, уменьшение температуры на выходе из цилиндра; уменьшение глу бины канала в з оне дез ир ов ания ил и у в ел ичение дт ины з они сж атия; п ов ы шение температуры в первых зонах цилиндра; увеличение давления в головке и др. может значительно уменьшить нестабильность процесса экструзии.
   Также отдельный раздел главы посвящен нестабильностям течения расплава в каналах экструзионной головки: огрубление поверхности расплава, отложения на кромках фильеры на выходе, стрелообразные линии на экструдате пр и выходе из голов ки, п осторо нние в кра п ле ния и изме нение цв ета р ас пл ав а, раз лич ные пр одол ьны е следы в толще и на поверхности экструдата, снижение его прозрачности, ухудшение внешнего вида. Здесь также приводятся некоторые рекомендации по устранению возникающих проблем
   В п ос л едней, 4 - й глав е, п одр обно ра ссматрив аются пр актиче ские пр имеры п о иска проблем экструзии и даются рекомендации по их решению. Примеры касаются, глав ним образ ом, каче отв а п ол имер них пл енок, но автор в п осл ед отв ии предп ола га ет

Выявление и устранение проблем в экструзии

написать ряд книг, относящихся к проблемам для других •экструзионных процессов: при производстве листав, труб, кабельной продукции и пр.
   Стратегия поиска причин проблем экструзии строится на примере построения технологических карт или схем, в которых осуществляется интерактивный опрос пользователя о возможных причинах проблемы и степени их влияния на конечный результат Такая методология при систематическом применении в процессе поиска причин проблем позволит накопить специалистам богатый опыт для решения самых разнообразных и сложных проблем, возникающих в самых разных экструзионных процессах, что будет способствовать увеличению сроков работоспособности оборудования и повышению качества продукции.
   В Пр ил ожениях да ется п ошагов о е оп ис ание систем атичес кого п ои ска про бл емы, приведены рекомендации по поиску неисправностей в оборудовании и техническому его обслуживанию, даны ориентировочные рекомендации по температурным режимам для различных технологических процессов.
   Вторая книга << Управление экструзией» написана основателем американской компании Harrellftc. Холтоном Харрисом.
   В предисловии автор отмечает, что за последние 4 0 лет конструкция экструдера мало изменилась в механическом отношении. Но управление машинами и технологическими комплексами претерпело революционные изменения. Современные системы микропроцессорного управления имеют гораздо большие возможности по сравнению с прежними системами. Вместе с тем продолжают производиться и эксплуатироваться экструзионные системы, изготовленные по старым меркам, или используется лишь неб оль шая ча сть з ал оженных в них в озможно сте й. Н о при современном у ров не раз -в ития техники и технол огии сл еду ет пр из нать, что с его дня з а кл адыв ать тру доз атраты по обслуживанию современных экструзионных линий в себестоимость продукции просто нецелесообразно, иначе такое оборудование постепенно переместится в страны с дешевой рабочей силой. И такая тенденция наблюдается на наших глазах. Выход из этого один — полная автоматизация технологических процессов. Этой актуальной теме и посвящена книга X. Харриса.
   В книге 12 глав, в которых автор практически без математики последовательно анализирует работу экструзионной линии и отдельных ее компонентов на примерах производства отдельных видов продукции: микротрубок медицинского назначения, листов, рукавной пленки, наложения кабельной изоляции, в том числе, и из вспенивающихся материалов и т. д.
   Поясняется почему вообще работает винтовой насос, каким является шнек экструдера , ка к пр оисх одит нагрев матер иал а, з ач ем нуж ны в нешние нагрев ател и и с и-стемы охлаждения цилиндра экструдера, подробно объясняется целесообразность и необходимость применения в большинстве конструкций редуктора для передачи на шнек крутящего момента.
   После разъяснения основных положений работы экструдера и экструзионных линий для производства отдельных видов продукции автор формулирует базовые принципы комплексно го у прав ле ния им и. Упрощенно его смысл сводится к кооператив ному вз аимодейств ию у прав ля емого п ар аметра чер ез нексторы й исп олнитель ны й механизм по определенному принципу. Если таких управляемых параметров несколь