Экструдеры для пластика — принцип действия и сферы применения

Ручной сварочный инструмент — экструдер — сегодня уже не является чем-то необычным, сверхъестественным. Благодаря современным технологиям появилась возможность создавать подобный инструмент своими руками.

Экструдер предназначен для выполнения неразъемных соединений различных пластмассовых изделий, которые осуществляются посредством подачи расплавленной массы материала в разогретую ванну, формирующуюся кромками свариваемых образцов.

Применяют данный инструмент для производства емкостей, листовых изделий, устранения повреждений на пластмассовых конструкциях, к примеру, пайка автомобильных бамперов, сделанных из пластмассы.

Слабых мест экструдер не имеет, он отличается продолжительным сроком службы, прост в эксплуатации. Предприимчивые люди приобретают полуфабрикаты из пластмассы и с помощью данного инструмента изготавливают неповторимые конструкции. Одним из подобных проектов можно о. В качестве основания для нее был использован понтон.

Технические характеристики экструдеров РСЭ-1 и РСЭ-3

Виды насадок для сварки пластиков

Насадки для сварки отличаются по типу шва, который будет производиться при изготовлении изделия. Шов может быть стыковой, угловой (наружный и внутренний). В зависимости от типа шва сварщик выбирает оптимальное сечение сварочного прутка, которое он будет использовать. Пруток может быть круглый, овальный, треугольный, плоский. Соответственно и насадки для сварки будут для круглого прутка, для треугольного прутка или плоскощелевая. Эти насадки можно считать насадками быстрой сварки, помимо них есть еще насадки переходники, которые используют для перехода к насадками быстрой сварки.

Насадки для сварки листового полипропилена экструдерами, также отличаются по типу швов и прутков, которые будут использоваться в работе.

Экструдер для сварки своими руками

Подобная идея возникла более чем 60 лет назад, поэтому до сегодняшнего дня она подверглась множествам различных изменений и стала практически идеальной. Появилось огромное количество механизмов, которые отличаются техникой воздействия, но практически однообразных в плане получаемых конструкций.

Как нагревается основа предполагаемой детали? Все достаточно просто: в результате механических процедур вырабатывается тепловая энергия, способствующая дополнительному нагреванию пластика. Не исключены тепловые воздействия извне. В данном случае процесс зависит в большей степени от первоначальной структуры экструдера.

Ручной сварочный экструдер: принцип работы

Экструдер не является сложным инструментом в управлении, существует три варианта исполнения:

• холодная формовка;
• горячая экструзия;
• обработка тепловая.

Горячая формовка сегодня является самой востребованной технологией. Процедура осуществляется с высокой скоростью и под максимальным давлением. Для ее реализации используется шнековый экструдер, основным элементом конструкции которого является шнек особенной формы. Процедура формовки в данном случае выполняется на выходе. Сырьевой материал вместе с используемыми добавочными элементами помещается в специальную камеру.

Заводские аппараты имеют возможность обустройства специальными устройствами, от которых зависит смешивание, перемещение сырьевых компонентов.

Производство

Как сделать своими руками ручной сварочный экструдер для соединения изделий из полипропилена? Процедура сборки подобного инструмента не представляет особых трудностей, как может показаться на первый взгляд. Собрать его под силу любому желающему.

Изготовление экструдера — это достаточно увлекательный процесс, напрямую зависящий от предназначения, формы аппарата.

Чем может отличаться самодельный экструдер от заводского:

• сборкой элементов конструкции;
• числом рабочих камер;
• присутствием дополнительных систем.

Неизменной остается цилиндрическая форма инструмента. Сегодня она считается наиболее технологичной, поэтому остается без изменений.

Самодельное устройство

Сварочный экструдер относится к сложным механизмам для профессионального использования. Его цена начинается от 30 тысяч рублей за самую простую модель, и может доходить до ста тысяч и более за мощную и высокопроизводительную. Отечественные разработки также представлены на рынке, они на 10-20% дешевле импортных, но все равно стоят достаточно дорого.

Поэтому при возникновении разовой необходимости сварить, к примеру, две водопроводных трубы (их обычный материал изготовления — полипропилен) проще воспользоваться экструдером, сделанным своими руками. Самый простой вариант конструкции представляет собой мощный строительный фен, снабженный насадкой для прутка — либо самодельной, из жести, либо промышленного изготовления.

Подача прутка в этом случае будет производиться вручную. Мощности фена хватит для его расплавления, но качество шва, конечно, будет ниже, чем у промышленных моделей.

Если позволяют возможности, фен можно соединить со шнековым или плунжерным приводом для подачи питания. В этом случае, если смонтировать приемную камеру, можно будет использовать гранулированное сырье.

Двигатель для привода рекомендуется коллекторный, так как работа экструдера подразумевает постоянное изменение крутящего момента. Двигатели других типов хуже выдерживают такой режим работы.

Технологические отличия

Необходимо еще осветить несколько достаточно важных моментов, в частности это касается процедуры прохождения сухой экструзии, которая напрямую зависит от тепловой энергии, выделяемой самим аппаратом, образующейся в процессе работы. Также остается возможность привлечения к процессу пара, для которого есть в наличии индивидуальная камера. Пар необходим для увеличения износоустойчивости оборудования. Технология отличается высокой скоростью выполнения работ, процедура осуществляется всего лишь на протяжении 30 секунд. Аппарат для сварки пластика за такой короткий промежуток времени успевает выполнить с сырьем следующие операции:

• измельчение;
• обезвоживание;
• смешение;
• обеззараживание;
• стабилизация;
• увеличение объема.

Для самостоятельного изготовления ручного экструдера в домашних условиях нужно приобрести определенный перечень деталей:

• шнек необходимой формы;
• электродвигатель;
• корпус для устройства;
• емкость подачи;
• емкость выходная;
• камера вакуумная.

Чтобы сделать в бытовых условиях инструмент для сварки пластиковых изделий своими руками, достаточно понять процедуру создания экструдера, его рабочий принцип.

Теоретические основы

Экструзионная сварка применима только к материалам с большим диапазоном температуры, при которой сохраняется их вязко-текучее состояние, таким как полиэтилены, фторлоны, пластифицированный поливинилхлорид, полистирол. Такие материалы, способные нагреваться при температуре выше температуры текучести, называются термопластами. Диапазон температур между плавлением и термодеструкцией (разрушением материала) у термопластов составляет 50-180°С градусов.

Прочность соединения, полученного экструзионным способом, достигает 80-100% от расчетной прочности самих деталей, но при этом сильно зависит от температуры присадки. Нагрев присадочного материала осуществляется до температуры, превышающей его температуру текучести (Тт) на 30-60°C градусов. Расход теплоты присадки производится на потери в окружающую среду, на расплавление соединяемых кромок деталей и на сохранение вязкого состояния самой массы.

Следует заметить, что при этом температура нагрева деталей не должна превышать температуру термодеструкции материала, поскольку это приведет к снижению прочности соединения снизится.

На схеме ниже представлен процесс изменения структуры полимера при повышении температуры.

Соединению подлежат только соединения из термопластов, выполненных из одинакового материала. При этом присадка должна быть выполнена из того же вещества, что и соединяемые поверхности. В случае, если свариваемые детали обладают разными пределами текучести, предел текучести присадки должен быть равен среднему значению ПТ соединяемых деталей.

ПВХ и ПВДФ имеют небольшой интервал температур плавления и разрушения, поэтому их соединение должно проходить при тщательном контроле за температурным режимом. Для сварки таких материалов требуются экструдеры со шнеком, который тщательно перемешивает вязкую массу, а сварка должна производиться в один прием, без периодических выключений и нагревов экструдера.

Экструзионная сварка может применяться для формирования непрерывных протяженных швов на армированных материалах и пленках. При таком соединении экструзионная масса поступает на соединение пленок, которые протягиваются через прокатные валки. Затем соединяемый шов пропускается через прижимные валки, формируя сварочный шов.

Чтобы свести потери тепла к минимуму, экструзионная сварка должна проводиться при максимально большом диаметре присадочного прутка и высокой скорости подачи присадки.

Следует учитывать, что сварка экструдером запрещена для применения на трубопроводах, работающих под давлением.

В России правила проведения экструзионной сварки регламентируются стандартом ГОСТ 16310-80, этот стандарт регламентирует типы соединений, диапазон рабочих температур, толщины деталей, размеры кромок и другие технические параметры.

В мировой практике широко распространено применение немецкого стандарта DVS 2207-4, который более широко регламентирует проведение экструзионной сварки.

Примеры технических параметров сварки приведены в таблице.

Оборудование

Для экструзионной сварки пластмассы используются профильные аппараты, именуемые экструдерами. Они предназначены для ручного формирования шва, ориентированы на уличную и внутрицеховую эксплуатацию.

В состав экструзионного блока для сварки труб входят следующие компоненты:

• Нагревательный элемент. Модуль сварочного аппарата, нагревающий присадку и воздухоподающий блок.
• Шнек. Вращающийся элемент, выдавливающий расплавленную присадку через сопло. Вместо шнека может быть использован плунжер.
• Элементы управления. Клавиши, позволяющие контролировать процесс экструзионной сварки.
• Воздухоподающий блок. Часть экструдера, подающая раскаленный воздух в область сварного шва. Это обеспечивает термическую обработку поверхности, гарантирует интеграцию экструзионного материала.
• Накопитель. Узел для хранения экструзионной проволоки или гранул. В первом случае используется держатель для катушки, во втором — небольшой бункер.
• Башмак. Вспомогательный элемент, упрощающий сварку экструдером. Башмак находится на конце аппарата. Он придавливает подаваемую присадку, не позволяя ей покидать зону сварки. Элемент выполнен из тугоплавкого полимера, устойчив к температурному и абразивному воздействию.

Башмак является съемной деталью экструдера, повторяет геометрию сварного шва, подбирается с учетом проводимых работ. Для сварки труб используются одни насадки, для изготовления резервуаров — другие, для производства корпусов — третьи.

Грамотный подбор башмака упрощает сварку экструдером, позволяет получить герметичное и долговечное соединение.

Производители предлагают оборудование для экструзионной сварки с левым и правым расположением сопла. Это упрощает подготовку к процессу и проведение работ.

Цена экструзионного модуля для сварки труб стартует от 30 000 рублей (МСК). За пределами Москвы стоимость оборудования для экструзионной сварки может существенно возрасти.

Выбирая экструдер, важно помнить о совместимости присадок. Отечественные приборы работают с продукцией российского и западного производства, зарубежные — только с проволокой и гранулами, одобренными фирмой-производителем. Попытка использования местных материалов в импортном экструдере увеличивает вероятность поломки дорогостоящего оборудования.

Процесс соединения деталей

Процесс подготовки и проведения сварочных работ с применением экструзионных покрытий проходит следующим образом:

• После запуска и прогрева экструдера производится его очистка от материала, использовавшегося ранее. Повторно применять присадку нельзя, потому что ее прочностные характеристики снижены,
• За 15-20 минут до начала сварочных работ производится очистка соединяемых поверхностей от пыли, масляных и жировых загрязнений механическим воздействием (скребками, мелкой наждачной бумагой),
• Обрабатываются торцы соединений под требуемый шов, на соединяемых поверхностях готовятся скосы или сварочные канавки,
• Производится нагрев соединяемых поверхностей горячим воздухом,
• Материал присадки поступает в экструдер, где нагревается от рубашки шнековой камеры и перемешивается до получения однородной пастообразной массы,
• Разогретая до вязкого состояния экструзия выдавливается через башмак на сварочный шов, частично расплавляя свариваемые детали и перемешиваясь с их веществом,
• На свариваемые поверхности с помощью сварочного башмака подается необходимое давление, обеспечивающее фиксацию деталей. Сила оказываемого давления зависит от материалов: так, для ПВД допустим широкий интервал давлений, а прочность соединения полипропилена падает при оказании слишком высокого давления.
• Процесс охлаждения проходит при естественных условиях, так как принудительное охлаждение приводит к уменьшению прочности шва вследствие перепада температур.

Существует два основных типа экструзионной сварки – бесконтактный и контактный.

Бесконтактный способ сварки требует применения прижимных устройств или прессов, с помощью которых оказывается давление на соединяемые детали. Экструзия при данном способе подается из мундштука, который не вводится в разъем.

При контактном способе мундштук вводится в соединяемый разъем до контакта с кромками и перемещается вдоль стыка под углом 10-15° градусов, заполняя полость присадочной массой. Давление, создаваемое присадкой, позволяет отказаться от оказания дополнительного давления на материал. Такая сварка позволяет обеспечить потери тепла и обеспечить дополнительный нагрев соединяемых поверхностей за счет тепла от мундштука.