Производство уплотнительных жгутов Вилатерм — сложный многостадийный процесс, требующий точного соблюдения температурных режимов, дозировки вспенивающего агента и геометрии оснастки. Отклонение температуры в любой из зон экструдера на 3–5 °C способно привести к необратимому браку: неравномерной пористости, усадке жгута или разрушению ячеистой структуры. В этой статье детально разбираем каждый этап — от загрузки гранул ПЭВД до смотки готового жгута в бухты.
Сырьё: гранулы ПЭВД и мастербатч
Базовым сырьём для производства жгутов Вилатерм служит полиэтилен высокого давления (ПЭВД) марок 15303-003, 15803-020 по ГОСТ 16337-77. Выбор ПЭВД обусловлен его высокой текучестью расплава (ПТР 0,3–2,0 г/10 мин), что критически важно для равномерного распределения газовой фазы при вспенивании. Плотность базового полимера составляет 0,917–0,930 г/см³.
В состав композиции дополнительно вводятся:
- Порофор (вспенивающий агент) — азодикарбонамид (ADC, C₂H₄O₂N₄) в виде тонкодисперсного порошка жёлтого цвета. Температура разложения 195–220 °C, газовое число 220–250 мл/г. Именно ADC обеспечивает образование замкнуто-ячеистой структуры.
- Мастербатч (суперконцентрат) — предварительно приготовленная смесь ПЭВД с порофором в соотношении, обеспечивающем концентрацию ADC 5–15 % в пересчёте на чистый полимер. Использование мастербатча гарантирует равномерное распределение порофора в объёме расплава.
- Сшивающий агент (опционально) — пероксид дикумила (DCP) для получения химически сшитой структуры, повышающей термостойкость и упругость жгута.
- Пигменты — для придания жгуту товарного цвета (белый, серый, чёрный).
- Антипирены (опционально) — для снижения группы горючести.
| Компонент | Марка / Тип | Плотность, г/см³ | ПТР, г/10 мин | Дозировка, % |
|---|---|---|---|---|
| ПЭВД | 15303-003 | 0,919–0,921 | 0,3 | 80–90 |
| ПЭВД | 15803-020 | 0,917–0,919 | 2,0 | 80–90 |
| Азодикарбонамид | ADC (ЧХЗ-21, Porofor ADC) | 1,65 | — | 5–15 |
| Пероксид дикумила | DCP (Perkadox BC) | 1,56 | — | 0,5–2,0 |
| Пигмент | TiO₂ / технический углерод | 3,9–4,2 / 1,8–2,1 | — | 1–3 |
Температурные зоны экструдера
Сердце производственной линии — одношнековый экструдер с L/D = 28–34, оснащённый сегментированным шнеком с барьерной зоной и смесительными элементами Maddock. Длина шнека и конфигурация нарезки определяют качество гомогенизации расплава и равномерность распределения порофора.
Температурный профиль по зонам цилиндра экструдера — ключевой параметр, определяющий качество вспенивания. Типовой профиль для производства жгутов Вилатерм диаметром 10–60 мм:
| Зона | Назначение | Температура, °C | Допустимое отклонение, °C |
|---|---|---|---|
| Зона загрузки (I) | Питание, захват гранул | 130–150 | ±5 |
| Зона плавления (II) | Плавление ПЭВД, начало пластикации | 160–180 | ±3 |
| Зона сжатия (III) | Гомогенизация, распределение порофора | 170–190 | ±3 |
| Зона дозирования (IV) | Стабилизация расплава перед головкой | 160–175 | ±2 |
| Головка экструдера | Формование профиля | 150–165 | ±2 |
| Фильера (мундштук) | Окончательное формование | 145–160 | ±2 |
Превышение температуры в зоне дозирования выше 180 °C приводит к преждевременному разложению азодикарбонамида внутри цилиндра экструдера. Газ выделяется до выхода расплава из фильеры, что вызывает образование крупных каверн, разрывов поверхности жгута и неконтролируемое вспенивание. Такой жгут подлежит 100 % отбраковке.
Химическое вспенивание азодикарбонамидом
Азодикарбонамид (ADC) — наиболее распространённый экзотермический порофор для полиолефинов. При нагреве выше 195 °C ADC разлагается по реакции:
Газовое число ADC составляет 220–250 мл/г, что означает: 1 грамм порофора при полном разложении выделяет до 250 см³ газовой смеси. Именно этот объём газа, распределяясь в расплаве полимера, формирует замкнуто-ячеистую структуру пенополиэтилена.
Ключевые факторы, влияющие на качество вспенивания:
- Температура расплава на выходе из фильеры: 145–160 °C — оптимальный диапазон. При температуре ниже 140 °C разложение ADC неполное, часть порофора остаётся в жгуте в виде твёрдых включений. При температуре выше 165 °C разложение идёт слишком бурно, ячейки коалесцируют (сливаются), образуя крупные пустоты.
- Давление в головке: 8–15 МПа. Высокое давление удерживает газ в растворённом состоянии до выхода из фильеры. При падении давления ниже 6 МПа газ начинает выделяться преждевременно.
- Скорость съёма (вытяжки): определяет степень ориентации макромолекул и конечную плотность жгута. Типовые значения — 2–8 м/мин в зависимости от диаметра.
- Концентрация ADC: 5–15 % от массы полимера. При концентрации ниже 5 % плотность жгута превышает 50 кг/м³, что не соответствует ТУ. При концентрации выше 15 % структура становится нестабильной, жгут теряет форму.
Калибровка и охлаждение
После выхода из фильеры расплав с выделяющимся газом попадает в калибратор — водоохлаждаемую фильеру, задающую конечный диаметр жгута. Калибратор выполняет три функции:
- Фиксация геометрии: внутренний диаметр калибратора на 10–20 % больше диаметра фильеры, что компенсирует разбухание экструдата (эффект Барруса).
- Охлаждение поверхности: температура воды в калибраторе 15–25 °C. Быстрое охлаждение формирует плотную поверхностную корку толщиной 0,3–0,8 мм, которая придаёт жгуту механическую прочность и снижает водопоглощение.
- Стабилизация ячеистой структуры: охлаждение фиксирует стенки ячеек, предотвращая их коалесценцию и коллапс.
После калибратора жгут проходит через ванну охлаждения длиной 3–6 м с температурой воды 15–20 °C. Время пребывания в ванне — 20–60 секунд в зависимости от диаметра жгута. Недостаточное охлаждение приводит к остаточной усадке жгута при хранении (до 5–8 % по длине), что недопустимо для уплотнительного материала.
Степень усадки жгута Вилатерм после производства не должна превышать 3 % по длине и 5 % по диаметру в течение 24 часов после изготовления. Контроль усадки — обязательная операция при приёмо-сдаточных испытаниях партии.
Смотка, упаковка и складирование
Охлаждённый жгут поступает на тянущее устройство (гусеничный или роликовый тянущий механизм), обеспечивающее постоянную линейную скорость, и далее — на автоматический смотчик. Жгут сматывается в бухты:
- Диаметр бухты: 400–800 мм (внутренний), 600–1200 мм (наружный)
- Длина жгута в бухте: 50–200 м в зависимости от диаметра
- Масса бухты: 5–25 кг
Бухты упаковываются в полиэтиленовую термоусадочную плёнку и маркируются этикеткой с указанием диаметра, длины, номера партии и даты изготовления. Складирование — в крытых складских помещениях при температуре от −40 до +40 °C, исключая прямое воздействие УФ-излучения и атмосферных осадков.
Контроль качества в процессе производства
Система контроля качества на производстве жгутов Вилатерм включает три уровня:
| Уровень контроля | Периодичность | Контролируемые параметры | Метод |
|---|---|---|---|
| Входной контроль | Каждая партия сырья | ПТР, плотность, влажность гранул, активность порофора | Лабораторный |
| Операционный контроль | Непрерывно / каждые 30 мин | Температура по зонам, давление в головке, скорость съёма, диаметр жгута | АСУ ТП + ручной замер |
| Приёмо-сдаточный | Каждая партия (бухта) | Диаметр, плотность, водопоглощение, усадка, внешний вид | По ТУ производителя |
| Периодический | 1 раз в квартал | Теплопроводность, паропроницаемость, горючесть, химстойкость | Аккредитованная лаборатория |
- Производство жгутов Вилатерм базируется на химическом вспенивании ПЭВД азодикарбонамидом в одношнековом экструдере с L/D = 28–34.
- Температурный профиль экструдера (130–190 °C) — критический параметр: отклонение на 3–5 °C ведёт к браку.
- Калибратор с водяным охлаждением формирует геометрию жгута и плотную поверхностную корку, снижающую водопоглощение.
- Трёхуровневая система контроля качества (входной, операционный, приёмо-сдаточный) гарантирует соответствие каждой партии требованиям ТУ.
- Правильное складирование (защита от УФ, температура −40…+40 °C) сохраняет свойства жгута в течение всего гарантийного срока.
Весь ассортимент жгутов диаметром от 6 до 80 мм — в наличии на складе. Прямые поставки с производства, паспорта качества на каждую партию, доставка по РФ.
- ГОСТ 16337-77. Полиэтилен высокого давления. Технические условия.
- ТУ 2291-009-47552858-2003. Жгуты уплотнительные из пенополиэтилена «Вилатерм». Технические условия производителя.
- Клёсов А.А., Шварц О.А. Технология экструзии полимеров. — СПб.: Профессия, 2018. — 720 с.
- Rauwendaal C. Polymer Extrusion. 5th ed. — Munich: Hanser, 2014. — 950 p.
- Throne J.L. Thermoplastic Foam Extrusion: An Introduction. — Munich: Hanser, 2004. — 250 p.