Шнек (от нем. Schnecke, буквально – улитка), винтовой конвейер, механизм, рабочий орган которого представляет собой стержень со сплошной винтовой стенкой (винт) или отдельными наклонными лопастями. Вращающийся стержень, помещенный в горизонтальный или наклонный жёлоб, перемещает сыпучий или мелкокусковой груз, а также жидкость вдоль жёлоба. Применяется в экструдерах, питателях и других машинах, отличается простотой устройства и равномерностью подачи, но небольшой производительностью и невысоким кпд из-за потерь на трение материала о стенки. Подача регулируется частотой вращения винта.
В отдельных случаях переработки пластмасс применяются бесшнековые экструдеры, в которых рабочим органом, продавливающим расплав в головку, является диск особой формы. Движущая сила, продавливающая расплав, создается в них за счет развития в расплаве нормальных напряжений, направленных перпендикулярно касательным, совпадающим с направлением вращения диска. Дисковые экструдеры применяются, когда необходимо получить улучшенное смешение компонентов смеси.
Из-за невозможности развивать высокое давление формования такие экструдеры применяются для получения изделий с относительно невысокими механическими характеристиками и небольшой точностью геометрических размеров.
Комбинированные экструдеры имеют в качестве рабочего органа устройство, сочетающее шнековую и дисковую части, и называются червячно-дисковыми. Применяются для обеспечения хорошего смесительного эффекта, особенно при переработке композитов. На них перерабатываются расплавы пластмасс, имеющие низкую вязкость и достаточно высокую эластичность.
При изготовлении изделий методом экструзии в полимерах протекают в основном физические процессы, например, переход полимера из одного физического или фазового состояния в другое. В зависимости от характера процессов, протекающих в экструдере, обычно выделяют три рабочие зоны: загрузки, плавления и дозирования. За зону загрузки обычно принимают длину шнека от загрузочного отверстия до места появления слоя расплава на поверхности цилиндра или шнека.
Для перемещения полимера необходимо, чтобы крутящий момент от действия силы трения на поверхности цилиндра был больше, чем на поверхности шнека. Зона плавления – это участок шнека от начала появления расплава до полного плавления слоя гранул или неполного плавления, но нарушение оставшегося твердого слоя гранул на части, распределение его в расплаве, и перехода на движение расплава за счет вязкого течения.
В зоне дозирования происходит окончательное плавление оставшихся частиц, выравнивание температуры расплава полимера по сечению и его гомогенизация, т.е. тщательное перемешивание расплава и придание ему однородных свойств за счет сдвиговых деформаций вязкого течения в каналах шнека.
Экструдеры бывают двух видов: одношнековые (одночервячные) и многошнековые (многочервячные).
Обычно конструктивные характеристики червяка подбираются так, что он подходит для переработки только одного материала. Конструкция червяка должна соответствовать свойствам перерабатываемого материала.
Кроме того, она должна сочетаться с данной комбинацией материала и головки. Таким образом, для переработки одного материала приходится использовать несколько червяков.
Со второй половины 30-х годов термопласты стали более доступны, чтобы их переработать, необходимо было создать новый тип экструдера, так как свойства термопластов сильно отличаются от свойств резины. Однако для переработки термопластов требуются высокие давления и температуры, но при высоких температурах они легко разлагаются, материал налипает на червяк. Поэтому для переработки термопластов необходим принудительный механизм подачи материала и применение двух- или многочервячных машин со взаимозацепляющимися червяками.
Для получения композиционных материалов применяют двухчервячный экструдер, червяки которого находятся во взаимном зацеплении друг с другом. Червяки вращаются в одну сторону, благодаря этому витки червяков очищаются друг о друга и не происходит налипания материала на червяки. [5]
Режущие устройства, бывают двух типов:
Подводного типа – центробежное режущее устройство и режущее устройство надводного типа – применяют при малых производительностях.
Виброкавитационная коллоидная мельница.
Измельчитель состоит из корпуса, статора, и ротора. Статор и ротор имеют на поверхности направленные вдоль оси канавки. Подлежащий измельчению материал в виде суспензии поступают через штуцер в кольцевой зазор между ротором и статором и выходит через штуцер при вращении ротора частицы материала, двигаясь от канавок ротора к канавкам статора, совершают колебания высокой частоты.
При диаметре ротора измельчителя 0,5 м и частоте вращения около 18000 об/мин частота колебания частиц близка к ультразвуковым. Такие колебания материала в сочетании с диспергирующей средой и обуславливают высокую степень измельчения.
Для охлаждения или нагрева измельчителя предусмотрена специальная рубашка. Теплоноситель подается и выводится через штуцер.
Производительность измельчителя диаметром 0,5 м составляет по суспензии 500–700 кг/ч (размер конечных частиц от 10-6 до 10-9 мкм), потребляемая мощность около 60 кВт.
1.1.8 Области применения композитов
По мере развития технического прогресса возрастает необходимость разработки новых конструкционных материалов. В настоящее время перспективы развития машиностроения в значительной степени связывают с разработкой и широким применением композиционных материалов. Композиционные материалы обладают комплексом свойств и особенностей, которые отличают их от традиционных конструкционных материалов, и, прежде всего от металлических сплавов. Объективные потребности развития различных отраслей техники обусловили создание новых композиционных материалов с высокой прочностью и большими значениями модуля упругости на металлической, керамической, полимерной и прочих матрицах. [2]
В настоящее время существуют различные возможности комбинирования веществ для получения КМ. Существующие комбинации представлены в табл. 1.
Таблица 1 – Основные сочетания компонентов композитов
| Комбинация основных веществ | Вид | Применение и преимущества |
| Металл – металл | Дисперсионно отверженные сплавы | Высокотемпературная прочность, коррозийная устойчивость. |
| Металл – неорганическое вещество | Нити монокристаллов в металле;Металлы, покрытые керамическим слоем. | Прочность, термостойкость, коррозийная устойчивость. |
| Неорганическое вещество – Неорганическое вещество | Слюда в стекле | Изоляция. |
| Металл – органическое вещество. | Метал. нити в пластмассе | Формовочная масса высокой прочности, коррозийная устойчивость, Изоляция. |
| Неорганическое вещество – органическое вещество | Тальк в пластмассе; пластмассы усиленные стекловолокном, порошковые включения | Бытовые изделия, облегченные конструкционные детали высокой прочности, изоляционные строительные детали, упаковочные материалы. |
| Органическое вещество – органическое вещество | Тефлоновая фибра в пластмассе. | Теплоизоляция, немецкие подшипники. |
| Металл – органическое вещество | Сотовая конструкция из металла. | Облегченные конструкции. |
| Органическое вещество – органическое вещество | Древесные волокна в пластмассе | Облицовочные материалы |
Применение полимерных композиционных материалов для упаковки, при обработке и хранении товаров и продуктов является очень широкой областью их использования. [2]
Существуют однослойные и многослойные изделия.
Однослойные материалы представлены в основном пленками, тюбиками, мешками и проч.
Пленочная упаковка. Этот способ заключается в упаковке товара с помощью пленки, отформованной методом вакуумного формования и приклеенной к плоскому основанию поливинилацетатным клеем. Прозрачность пленок пластифицированного ПВХ делает его особенно эффективным упаковочным материалом, если товар должен быть виден в упаковке. Такой способ упаковки резко упростил торговлю многими товарами в современных универсальных магазинах.
Тюбики. Тюбики из пластифицированного часто окрашенного ПВХ широко используются для упаковки различных веществ – шампуней, антифризов, стиральных порошков, моющих и смазывающих веществ и т.п. На них методом шелкотрафаретной печати легко наносятся надписи и рисунки. Такие сосуды часто герметически заваривают с помощью высокочастотной сварки. Они являются очень удобным и экономичным дополнением к традиционной упаковке жидкостей вследствие минимального количества используемого материала и легкости использования.
Мешки. В Великобритании пленочные мешки из пластифицированного ПВХ используются мало, тогда как в Италии, очевидно из экономических соображений, их широко применяют для упаковки отходов. Основным их недостатком по сравнению с мешками из ПЭНП является охрупчивание пленки ПВХ при длительном хранении или эксплуатации, а также при понижении температуры.