Разновидности пластиковых труб и их применение. Технологии производства труб. Экструзия

Таким образом, трубы являются идеальными изделиями для процесса экструзии. И действительно, уже в 1797 году первая бесшовная свинцовая труба была изготовлена методом экструзии. «Архимедов» шнековый экструдер впервые был запатентован Греем в 1879 году для экструзии гуттаперчи (невулканизованного натурального каучука). В то время технология экструзии стимулировалась ранней технологией электроснабжения, которая создала требования к изоляционному покрытию металлической проволоки и кабельной оболочки и продолжала оставаться основным источником совершенствования технологии экструзии. До 1930-х годов экструзия применялась в основном для резиновых материалов, обработанных при относительно низких температурах с относительно короткой длиной экструзионного шнека. С открытием и разработкой многих термопластов в 1930-х годах пришло признание их пригодности для экструзии.

Бурное развитие технологий в то время привело к созданию концепции двухшнекового экструдера Colombo и Pasquettia в Италии, что определило характеристики современных экструдеров. Разумеется, было вполне естественным и логичным связать такие разработки с ранними работами по ПВХ-полимерам и по производству ПВХ-труб. Немецкая компания IG Farben, ведущий производитель ПВХ, также экспериментировала с экструзией, а британская компания Francis Shaw разработала специальную конструкцию экструдера с увеличенной длиной шнека специально для нового полимера. Интересно, что основным источником вдохновения для ранней немецкой технологии производства ПВХ-труб было предоставление альтернативных трубопроводных систем для транспортировки сырья для пивоваренных заводов и гостиниц. Первая крупномасштабная экструзия труб из ПВХ произошла во время Второй мировой войны, когда IG Farben широко использовал этот процесс для производства труб для собственных химических заводов.

В конце войны преимущества труб из ПВХ были признаны в США, и началось крупномасштабное коммерческое производство наряду с трубами, изготовленными из химически связанного PVDC. С тех пор разработки в процессе экструзии стали тесно связаны с разработками в области производства полимеров и компаундирования. Первая промышленная экструзия полиэтиленовых материалов произошла в Великобритании в 1947 году. Основное использование ПЭНП, полученного в процессе высокого давления в военное время, было для изоляции кабеля, но масштаб производства в послевоенный период и снижение цен создали возможность для более масштабного производства полимеров и экструзии труб. Такие трубы в Британии решили использовать... снова для транспортировки пива. Технология экструзии полиэтиленовых труб и производственного контроля размеров труб была продемонстрирована британской компанией Tenaplas в 1946 году. К 1947 году они производили трубы из ПЭНП диаметром 30 см.

Продолжающийся рост трубной промышленности и требований к более высокому качеству механических характеристик стимулировали использование все более совершенной технологии экструзии. Однако только в недавние годы благодаря компьютерному моделированию стало возможным детально понять сложность взаимодействия между свойствами текучести полимера, эффектом смешивания ингредиентов, теплопередачей, механическим сдвигом и геометрическими характеристиками, то есть дизайном. Началось изучение переменных в конструкции винта и матрицы. Из-за преобладания только двух типов полимеров, которые имеют совершенно разные свойства текучести расплава, большинство исследований конструкции экструзии труб проводились либо с ПВХ, либо с полиэтиленом. В результате появились две различные технологии экструзии, «вращающиеся» вокруг ПВХ и полиолефинов.

Характеристики текучести расплава ПВХ контролируются, особенно на стадиях плавления и смешивания, по структуре первичных частиц. Чтобы получить оптимальные свойства, структура частиц должна разрушаться под действием сдвига и передачи тепла, чтобы структуры полимерных цепей могли смешиваться и переплетаться. Неспособность получить такое смешивание (часто называемое «гелеобразованием») приводит к менее жесткому продукту, который может разрушиться из-за растрескивания через размытые границы остаточных частиц. Высокая температура и обработка расплава, необходимые для достижения гелеобразования, однако, критически близки к условиям «чрезмерной обработки», когда термическая и окислительная деградация вызывает разрыв полимерных цепей, что приводит к снижению молекулярной массы и ухудшению свойств. Этот конфликт между подачей достаточного количества энергии для достижения гелеобразования и выделением слишком большого количества тепла и деградацией был главной заботой переработчиков ПВХ при разработке технологии. В этом плане было меньше проблем с пластифицированным ПВХ, используемым для гибких труб. Здесь присутствие низкомолекулярных жидких добавок снижает эффективные температуры обработки ниже начала процесса термодеструкции.

До 1960-х годов больше ПВХ использовалось в пластифицированной форме. Основные разработки, позволяющие увеличить пропускную способность жесткого PVC-U, были внедрены благодаря комбинации технологических усовершенствований. В США, где появились одношнековые экструдеры, разработки были связаны с химическим составом. Стабилизирующие составы были разработаны для защиты полимера ПВХ при переработке. В Европе усовершенствование технологии двухшнекового экструдера позволило получить более эффективное перемешивание без увеличения продолжительности рабочего времени, что привело к большей деградации полимера. Эти технологии объединились, и оба подхода были приняты для оптимизации эффективности производства труб из ПВХ. Шнековый экструдер забирает твердый порошок или гранулированный полимер и добавки, обрабатывает их в процессе нагревания и перемешивания, а затем направляет массу через формующую головку в полужидком состоянии. Конструкция шнековой системы по существу определяет скорость экструзии и, следовательно, имеет решающее значение для эффективности процесса. Увеличение размеров труб и конкуренция за снижение цены на продукцию постоянно приводили к повышению производительности, сохраняя или улучшая качество материала.