Полиэтиленовые трубы
Свойства и назначение. Для изготовления труб применяют полиэтилен, полученный способом высокого давления, с молекулярным весом около 30 000.
Основным отличием труб из полиэтилена является их морозостойкость, благодаря чему они не утрачивают гибкости до температуры — 80°. Кроме того, полиэтиленовые трубы пластичны, что позволяет изготовлять их длиной до 300 м, наматывать на барабан и в таком виде транспортировать. Трубы большого диаметра сворачивают в бухты.
Полиэтиленовые трубы изготовляют диаметром от 13 до 150 мм; рассчитаны они на рабочее давление до 12 ат. Эти трубы почти в 9 раз легче стальных и несколько легче поливинилхлоридных. При замерзании в трубах воды они не разрушаются, как металлические, а растягиваются.
Полиэтилен весьма чувствителен к действию ультрафиолетовых лучей, снижающих его качество. Поэтому трубы, предназначенные для наружных трубопроводов, подвергаемых солнечной радиации, изготовляют из полиэтилена, окрашенного в черный цвет путем добавления 2—3% газовой сажи.
Трубы, соединительные фланцы и другие детали трубопроводов из полиэтилена хорошо поддаются механической обработке. Их можно резать, строгать, точить, сверлить, фрезеровать и сваривать (но не склеивать, так как к поверхности полиэтилена клей не пристает).
Для монтажа полиэтиленовых труб широко применяют фасонные части из легких металлов, не подвергающихся коррозии.|
Производство полиэтиленовых труб. Такие трубы в последние годы изготовляют экструзионным методом, т. е. методом непрерывного выдавливания размягченного полиэтилена. Для этой цели применяют агрегат из нескольких аппаратов, составляющих одну производственную линию. Схема этого агрегата изображена на рис. 58.
(рис. 58) Агрегат для изготовления полиэтиленовых труб: 1 — шнек-машина; 2 — экструзионная головка и калибровочная насадка; 3 — холодильная ванна; 4 — тянущее устройство; 5 — резательный механизм
Производственному процессу должен предшествовать процесс грануляции полиэтилена, в результате чего полиэтилен более удобно обрабатывать в дальнейшем методом экструзии.
Гранулируют полиэтилен на различных установках, выпускающих гранулы разной формы, размера и насыпного веса. Более совершенным методом грануляции нужно считать получение гранул кубической формы, которые отличаются одинаковыми размерами, отсутствием ворсистости и пыли и обладают большим насыпным весом (450—480 г/л). Размер гранул (по длине ребра) 3—4 мм.
Для получения таких гранул служит установка, состоящая из шнек-машины и экструзионной головки с отверстиями квадратной формы заданной величины. Выдавливаемые полосы полиэтилена, имеющие квадратное сечение, при выходе из головки разрезают поперек специальными ножами, движение которых синхронно скорости выдавливания массы. Если отверстия в экструзионной головке имеют круглое сечение, то гранулы полиэтилена получают форму цилиндра диаметром и высотой также 3—4 мм.|
Насыпной вес цилиндрических гранул несколько выше, чем кубических (в пределах 496—512 г/л). Наибольший насыпной вес (544 г/л) имеют гранулы шарообразной формы, получаемые на машине, работающей по принципу выталкивающих стержней.
Насыпной вес гранул влияет на производительность машины при дальнейшей обработке полиэтилена. Чем он больше, тем выше производительность экструзионной установки. Так, применение шарообразных гранул вместо кубических повышает производительность экструдера на 10%. С применением же гранул произвольной формы и малого насыпного веса (288—304 г/л) производительность экструдера снижается почти вдвое.
Полиэтилен, выходящий из экструзионной головки в размягченном состоянии, подвергают интенсивному охлаждению воздухом или в холодильной ванне во избежание слипания отдельных гранул. Получение гранул большого размера (более 1 см) крайне нежелательно, так как расправляются они неравномерно и в экструдируемых изделиях образуются гелеобразные включения.
На рис. 59 показана принципиальная схема установки для грануляции полиэтилена с воздушной транспортировкой и охлаждением полученных гранул.
(рис. 59) Схема установки для грануляции полиэтилена: 1 — шнек-машина; 2 — головка с резательным механизмом; 3 — электромотор; 4 — вентилятор; 5 — воздухопровод; 6 — циклон; 7 — смесительный барабан для гранул|
Подготовленные гранулы полиэтилена поступают на агрегат для производства труб. Этот процесс можно разбить на следующие операции: обработку на шнек-машине; экструзию полиэтилена через трубную головку; калибровку в соответствующей насадке; охлаждение в ванне; разрезку на куски или сматывание в бухты.
Шнек-машина 1 (рис. 58) предназначена для нагревания и расплавления полиэтилена, перемешивания его до состояния гомогенной вязкой массы и подачи его в трубную головку 2 под необходимым давлением. Для нагревания цилиндра шнек-машины до необходимой температуры имеется электрический нагреватель, конструкция которого позволяет регулировать температуру с точностью до 1°.
Указанные выше функции выполняет шнек (рис. 60) с тремя зонами разной нарезки и регулируемым числом оборотов.
(рис. 60) Схема шнек-машины: 1 — нагреватель; 2 — канал для водяного охлаждении; 3 — загрузочный бункер; 4 — вал; 5 — шнек; 6 — экструзионная головка
Зазор между поверхностью цилиндра и шнеком принимают в пределах 0,125—0,200 мм.
Для быстрого охлаждения при перегреве цилиндра устраивают водяное или воздушное охлаждение каждой зоны в отдельности. Водяное охлаждение более эффективно.
Температурный режим работы шнек-машины следующий: шнек имеет температуру 40—50°; по мере продвижения от загрузочного отверстия к головке масса должна постепенно нагреваться до 140° в загрузочной части цилиндра и у головки его достигать 120—140°. Рабочая температура самой головки цилиндра должна быть в пределах 120—150°.|
Такое распределение температур обеспечивает правильный перепад вязкости и возможность создания нужного давления массы в головке. При повышении температуры в загрузочной части цилиндра выше предельной полиэтилен начинает плавиться, что может препятствовать нормальному питанию машины. Если же температура в головке ниже 120°, то экструзия затрудняется, так как масса теряет пластичность и гомогенность. На рис. 61 показана схема головки для экструзии труб.
(рис. 61) Схема головки для экструзии труб: 1 — дорн; 2 — мундштук; 3 — стакан; 4 — решетка дорна; 5 — торпеда; 6 — корпус; 7 — решетка; 8 — втулка; 9 — сетка
Формующая головка состоит из обогреваемого корпуса 6, мундштука 2 и дорна 1 для подачи воздуха. Головка крепится к цилиндру шнек-машины переходной втулкой с нарезкой или на шарнире. Дорн ввинчивают в дорнодержатель, представляющий собой решетку с отверстиями, через которые полиэтилен продавливается из цилиндра через формующий зазор. Этот зазор устанавливают от решетки на расстоянии, обеспечивающем полное слияние продавленной через решетку массы. Такое расстояние не должно быть меньше двукратного диаметра решетки.
Во избежание потери нужного давления необходимо следить, чтобы площадь сечения формующего зазора была несколько меньше площади сечения всех отверстий решетки. Длина формующего зазора обычно равна 15-кратной величине самого зазора.
Площадь поперечного сечения формующего зазора головки принимают на 10% больше поперечного сечения готового изделия, так как требуется некоторая вытяжка заготовки внутри насадки для создания минимального напряжения в размягченной заготовке.
Сжатый воздух подается в головку через специальный штуцер на корпусе и через имеющийся в решетке радиальный канал, соединенный с осевым каналом дорна.|
Выдавленная через головку масса имеет цилиндрическую форму и поступает в металлическую калибровочную насадку, охлаждаемую водой. В этом месте полиэтиленовая труба несколько охлаждается и твердеет. Здесь же она калибруется, получая точный внешний диаметр, равный диаметру калибровочного цилиндра.
Длину насадки для калибровки труб небольшого диаметра обычно принимают в 10 раз больше диаметра трубы. При расчетах мощности экструзионной машины и всех ее параметров исходят из скорости экструдирования труб не менее 30 м/ч. Схема действия калибровочной насадки показана на рис. 62.
(рис. 62) Схема работы калибровочной насадки: 1 — экструзионная головка; 2 — канал для подачи воздуха; 3 — пробка; 4 — штуцер для подачи холодной воды; 5 — труба для стока воды
Сжатый воздух, поступающий через дорн головки под давлением 0,3—0,7 ат, раздувает трубу и плотно прижимает ее к внутренней поверхности насадки. Для обеспечения герметичности внутри трубы при выходе из насадки ее перегибают или закрывают плотной пробкой. Пробки применяют разных типов — подвижные или неподвижные. Для удержания неподвижной пробки на определенном расстоянии от головки в решетке дорна делают радиальный канал, по которому пропускают трос, крепящий пробку.
Для облегчения скольжения трубы в насадке в нее через специальный ниппель подают сжатый воздух под небольшим давлением (0,05—0,1 ат). Воздух выполняет роль смазки и охлаждает поверхность трубы, благодаря чему уменьшается трение ее о внутреннюю поверхность насадки.
Поскольку выходящая из калибровочной насадки труба имеет весьма высокую температуру и легко деформируется, ее интенсивно, но равномерно охлаждают в специальной холодильной ванне.| Обычно трубы охлаждают в ваннах, заполненных холодной циркулирующей водой. Такие ванны разделены на секции, в которых температура воды постепенно понижается в направлении, обратном движению трубы. При этом в первой секции вода нагревается теплом охлаждаемой трубы до допустимого предела (50°).
Такое распределение температур позволяет равномерно охладить трубу и резко снизить внутренние напряжения, возникающие в полиэтилене при быстром и неравномерном охлаждении. Применяют также оросительные ванны, в которых трубы интенсивно орошают холодной водой из трубок или форсунок.
После охлаждения трубы приобретают достаточную твердость и получают полную усадку, которая может достигать 15% от первоначального объема при температуре до 120°. Это свойство полиэтилена необходимо учитывать при расчетах размеров деталей экструзионной машины.
Непосредственно из ванны трубу для удаления влаги с поверхности пропускают через кольцо, обтянутое фетром, откуда труба поступает в устройство 4 (см. рис. 58), представляющее собой несколько транспортерных гусениц с резиновыми накладками или несколько рядов покрытых резиной роликов, между которыми зажимается транспортируемая труба.
Тянущее устройство обеспечивает непрерывный и равномерный отвод готовой трубы с тяговым усилием для труб диаметром 40—80 мм не менее 75 кГ. Следует иметь в виду, что из-за рывков и пульсации могут образоваться гофры внутри труб и другие дефекты.
Подвижность роликов и транспортерных гусениц должна гарантировать возможность отвода полиэтиленовых труб разного диаметра. Ведущими являются обычно нижние ролики (или гусеницы), верхние же прижимают трубу с помощью винтовой подачи.|
В зависимости от назначения труб и диаметра их режут на куски или наматывают в бухты. Разрезают трубы на поперечно-резательном станке 5 постоянного действия. Вовремя резания труба непрерывно движется, причем режущая головка перемещается вместе с трубой, зажатой в колодки. Отрезанная труба, нажимая на концевой включатель, приводит в действие сбрасывающее устройство. Поскольку скорость экструзии трубы невелика, резку ее можно обеспечить одним резцом. В последних, более совершенных конструкциях резательного станка режущая головка проходит вместе с трубой небольшое расстояние, необходимое для разрезки трубы, а затем возвращается в исходное положение, пропуская трубу между разжатыми колодками. При достижении трубой заданной длины колодки вновь сжимаются и процесс резки повторяется.
Весьма удобно снимать полиэтиленовые трубы методом намотки их в бухты. Намоточным устройством является барабан, имеющий коническую поверхность и съемную внешнюю щеку, что в значительной мере облегчает процесс съемки намотанной бухты.
Для намотки труб большого диаметра служат намоточные устройства с регулируемым диаметром бухты. Регулировка производится радиальным перемещением опорных кронштейнов. Необходимо помнить, что минимальный диаметр бухты должен быть не менее 60-кратного размера внутреннего диаметра намотанной трубы, иначе резкий изгиб трубы при длительном хранении бухты становится необратимым.
Полиэтиленовые трубы хранят в закрытых складских помещениях, которые вследствие стойкости полиэтилена к отрицательным температурам можно не отапливать в зимний период. При укладке не следует подвергать трубы большой нагрузке, особенно при длительном хранении. Трубы из чистого полиэтилена, т. е. без защитной окраски сажей, необходимо защищать от солнечного света.
7767 всего просмотров, 0 просмотров за сегодня
