РАЗДЕЛ 2
ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЙ И МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ВТОРИЧНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ СОЭКСТРУЗИИ
2.1. Системный подход к совершенствованию соэкструзионных головок
Соэкструзионную головку и ее элементы (распределительные каналы) можно определить как систему множества элементов, находящихся в отношениях связи между собой и образующих определенное единство для достижения поставленной цели [58, 59]. Целью создания и функционирования такой системы является переработка вторичных полимерных изделий и получение качественных, отвечающих современным требованиям готовых изделий методом соэкструзии. При этом должны быть обеспечена максимальная экономичность, производительность, качество, охрана окружающей среды, безопасность работы.
Для достижения этих целей используется множество взаимосвязанных частей-элементов, главными из которых являются следующие:
1. Потребность изделий, получаемых на соэкструзионном оборудовании, по форме, номенклатуре, количеству и качеству - изучение, анализ и принятие решений о производстве.
2. Приемлемые методы изготовления изделий (количество слоев, используемые материалы), зависящие от формы, требуемого качества и количества - изучение, анализ и синтез.
3. Конструкция распределительных каналов, каналов совместного течения соэкструзионной головки для изготовления изделий из вторичных полимерных материалов, их создание, покупка, переделка, модернизация.
4. Функционирование распределительных каналов, каналов совместного течения соэкструзионной головки, обеспечение сырьем жизненного цикла, ремонта, обслуживания и т.п.
Применительно к соэкструзионным головкам, целесообразно остановиться подробнее на элементах 2 и 3 из вышеприведенных, имея ввиду, что потребность в соэкструзионных изделиях из вторичных полимерных материалов определяется в первую очередь потребностью рынка и необходимостью защиты окружающей среды.
К основным операциям обеспечения функционирования соэкструзионной головки как системы для изготовления многослойных полимерных изделий относятся: подготовка расплава полимерного материала каждого отдельного слоя структуры (подача в экструдер, плавление гранулированного полимерного сырья, гомогенизация расплава, создание давления, обеспечение требуемой температуры расплава и т.п.), очистка расплава от продуктов горения и механических включений (перекачка расплава через сеточный узел), подача расплавленного полимера в зону впрыска распределительных каналов головки (перекачка расплава через адаптер), формирование отдельных слоев полимерной структуры в каналах раздельного течения, формирование многослойной трубчатой заготовки в канале совместного течения, вторичное формование заготовки в готовое изделие.
Каждая из рассмотренных операций обладает определенной самостоятельностью и целостностью, в то же время они связаны друг с другом определенной, конечной целью - получить качественное готовое изделие с минимальными затратами на его производство, с заданными размерами и прочностными характеристиками. Для выполнения перечисленных операций создаются конструкции узлов и механизмов, объединенных в соэкструзионную головку.
В соэкструзионной головке можно выделить главные типовые узлы, механизмы и устройства: корпус, сеточный узел, адаптер, каналы формирования многослойной трубчатой заготовки, система обогрева, система управления технологическими параметрами процесса. Каждый узел или механизм делится на элементы - подузлы и детали, связанные между собой общностью выполняемой функции.
Таким образом, рассматривая соэкструзионную головку и входящую в нее элементы, можно выделить в них формальные признаки открытой системы - наличие входов, выходов, и процесса или состояния.
Входами в соэкструзионную головку как систему являются расплав полимерного материала и энергия. Внутри системы соэкструзионной головки происходят процессы или состояния, связанные с переработкой полимерного материала (нагрев, плавление, гомогенизация, создание давления, формирование отдельных слоев и многослойного соединения) и переработка энергии (электрической в тепловую, механической в тепловую и т.п.). Выходами из этой системы являются: трубчатая заготовка, отходы формования многослойной структуры, а также тепло (нагрев изделия, частей машины).
Рациональная соэкструзионная головка как система должна иметь минимум входов и выходов. Стремление к их минимизации является условием создания рациональной (минимальной по размерам, массе, стоимости и отходам) системы. Применительно к системе соэкструзионной головки, входы - заготовка и энергия обеспечивают достижение цели - получение готового изделия, и такое соотношение, два входа и один выход являются минимальным в этой системе. А выходы - тепло и отходы зависят от степени совершенства процессов внутри системы. Можно условно разделить выходы технической системы на обязательные (обеспечивающие достижение целей, для которых создана система) и вспомогательные или дополнительные (являющиеся следствием функционирования или состояния). Задача совершенствования системы состоит в оптимизации входов и выходов путем улучшения ее состояния (ее функционирования). Схема системы соэкструзионной головки представлена на рис.2.1.
Применительно к системе соэкструзионной головки можно определить направления ее совершенствования. Повышение коррозионной износостойкости узлов и механизмов, соприкасающихся с расплавленным полимером, повышение равномерности распределения температурного поля по зонам головки, применение механизмов замены сеток без остановки процесса, совершенствование технологий создания многослойной полимерной структуры, применение распределительных каналов, позволяющих формировать слои из материалов с широким диапазоном реологических свойств.
Рис.2.1. Состояние системы соэкструзионной головки
Для элементов общей системы соэкструзионной головки, целесообразно определить понятие и роль распределительных каналов раздельного течен