Extrudare (proces tehnologic)

Extrudarea (din latină târziu  extrusio  „împingere în afară”) este o tehnologie de producere a produselor prin forțarea unei topituri vâscoase a unui material sau a unei paste groase printr-o gaură de formare. Este folosit de obicei la turnarea polimerilor (inclusiv compuși de cauciuc , materiale plastice , amestecuri care conțin amidon și proteine ), produse din ferită (miezuri), precum și în industria alimentară ( paste făinoase , tăiței , batoane de porumb etc.) , prin perforarea substantelor turnate prin gaura de formare a capului extruderului . Cele două avantaje principale ale acestui proces față de alte procese de fabricație sunt capacitatea sa de a crea secțiuni transversale foarte complexe și de a prelucra materiale fragile, deoarece materialul se confruntă doar cu presiuni de compresiune și forfecare. De asemenea, formează piese cu o calitate excelentă a suprafeței [1] . Procesul de extrudare în metale poate crește și rezistența materialului. Produsele de extrudare sunt denumite în mod obișnuit „extrudate”.

Istorie

În 1797, Joseph Bramah a brevetat primul proces de extrudare pentru fabricarea țevilor din metale moi. A implicat preîncălzirea metalului și apoi împingerea acestuia printr-o matriță cu un berbec manual . În 1820, Thomas Burr a aplicat acest proces la conducta de plumb folosind o presă hidraulică (inventată și de Joseph Bramah). În acel moment, procesul se numea „injecție” ( squirting ). În 1894, Alexander Dick a extins procesul de extrudare pentru aliajele de cupru și alamă [2] .

În 1990, a fost inventat procesul de microformare, care a ajutat la dezvoltarea mai multor procese de microextruziune [3] [4] [5] .

Descriere

Extrudarea este un proces tehnologic continu care constă în forțarea unui material pe bază de topitură foarte vâscos, fie un sistem dispersat multifazic, sub formă de pastă , fie un metal, printr-o unealtă de formare (filă de extrudare, matriță ), pentru a obține un produs cu o secțiune transversală a formei dorite. În industria de prelucrare a polimerilor se realizează prin extrudare diverse produse turnate , cum ar fi țevi , foi, folii, mantale de cablu, elemente ale sistemelor optice pentru lămpi  - difuzoare, etc. Similar polimerilor , diferite profile de aluminiu sunt realizate prin extrudare. Principalele echipamente tehnologice pentru prelucrarea polimerilor în produse prin extrudare sunt extruderele cu un singur șurub, cu mai multe șuruburi, cu piston și cu disc .

Tipuri de extrudare

• Extrudare albastru la rece - sunt posibile doar modificări mecanice ale materialului datorită mișcării sale lente sub presiune și modelării acestui produs în formele dorite.
• Extrudarea la cald - componentele uscate ale materiei prime sunt amestecate cu o anumită cantitate de apă și introduse în extruder, unde, împreună cu efectul mecanic, este și supus căldurii. Produsul este încălzit din exterior. Extrudatul rezultat se caracterizează printr-o densitate scăzută, o ușoară creștere a volumului, plasticitate și o structură celulară. Uneori, extrudatul necesită uscare.
• Extrudarea la cald - procesul se desfășoară la viteze și presiuni mari, o tranziție semnificativă a energiei mecanice în energie termică, ceea ce duce la modificări ale indicatorilor de calitate ai materialului care variază în adâncime. În plus, poate exista o furnizare controlată de căldură atât direct către produs, cât și prin pereții exteriori ai extruderului. Fracția de masă a umidității din materiile prime în timpul extrudării la cald este de 10...20%, iar temperatura depășește 120 °C.
• Hidroextrudarea  este un proces de prelucrare a aliajelor metalice și a materialelor polimerice cu un lichid, bazat pe proprietatea fluidității lor ridicate la presiuni mari.

Echipament

Un extruder  (presă de extrudare) este o mașină pentru turnarea materialelor plastice prin modelarea lor prin forțare (extrudare) printr-o unealtă de profilare (cap de extrudare).

Extruderul este format din: corp cu elemente de incalzire; corp de lucru ( șurub ( șurub Arhimede ), disc, piston ) plasat în carcasă; unitatea de încărcare a materialului prelucrat; acționare electrică; sisteme de setare si mentinere a regimului de temperatura, alte aparate de control si masura si reglare. În funcție de tipul corpului (corpurilor) principal de lucru, extruderele sunt împărțite în unic, dublu sau multi-șurub (vierme), disc, piston (plonjor), etc. Extrudere cu două șuruburi, în funcție de configurația șuruburi, pot fi paralele sau conice. În funcție de sensul de rotație - cu șuruburi co-rotative sau contra-rotative.

Aplicație

Industria chimică

În industria chimică , metoda extrudarii este utilizată pentru încălzirea , plastificarea , omogenizarea și modelarea materiilor prime. Compoziția chimică a produsului final este identică cu compoziția chimică a materiei prime, ceea ce face posibilă obținerea unei calități stabile a produsului, recurgând în același timp la numărul minim de setări ale extruderului, aceasta explică simplitatea relativă a mașinilor care funcționează în industria chimică.

Metoda de extrudare în industria chimică produce diverse produse turnate, precum țevi, foi, folii, mantale de cabluri, elemente ale sistemelor optice de lămpi - difuzoare etc.

Industria alimentară

În industria alimentară, metoda extrudarii este folosită mult mai pe scară largă. În timpul procesului, sub influența unor viteze semnificative de forfecare, viteze mari și presiuni, energia mecanică este convertită în energie termică, ceea ce duce la modificări în profunzime ale indicatorilor de calitate ai materiilor prime prelucrate, cum ar fi denaturarea proteinelor , gelatinizarea amidonului și gelatinizarea . , precum și alte modificări biochimice. Cel mai simplu extruder folosit în viața de zi cu zi este un manșon de cofetărie, un extruder mecanic este o mașină de tocat carne manuală .

Produse de extrudare alimentară

• gumă de mestecat tradițională [6]
• găluște
• batoane de porumb
• perne și tuburi umplute
• pâine crocantă și paie
• cereale ondulate pentru micul dejun
• fulgi de porumb și alte cereale
• cereale instant
• mâncarea copiilor
• chipsuri ondulate
• crutoane de extrudare
• minge mică de orez , porumb , hrișcă , grâu , pentru umplerea și stropirea produselor din ciocolată , înghețată și alte produse de cofetărie
• tărâțe alimentare
• umflarea făinii , pane
• produse secundare ale procesării pâinii
• produse din soia : texturat de soia, concentrat (utilizat la producerea cârnaților, cârnaților, chiftelelor etc.), produse din soia cocoloase ( carne tocată , gulaș , friptură , tocană etc.)
• produse de deșeuri animale
• amidon modificat
• reactiv pe bază de amidon utilizat în producția de petrol și gaze
• construirea amestecurilor de amidon
• baze pentru adezivi
• inghetata

Industria furajelor compuse

Extrudarea este un proces care are loc în cilindrul extruderului, în timpul căruia măcinarea mecanică are loc datorită frecării , expunerii la temperaturi înalte la presiune înaltă pentru alimentarea cu materii prime (temperatura de la 110 la 160 de grade și presiunea de la 20 la 30 de atmosfere). În procesul unei astfel de expuneri, carbohidrații complecși sunt împărțiți în zaharuri simple , ceea ce asigură o îmbunătățire semnificativă a caracteristicilor organoleptice ale furajului și, de asemenea, crește digestibilitatea furajului (de la 45% cu tipurile tradiționale de prelucrare la 95%).

• soia plină de grăsime
• extrudate de cereale
• hrana pentru bovine , porci , iepuri
• hrana pentru pisici , caini , rozatoare domestice , vite
• hrană pentru pești comerciali și de acvariu

Producția de biocombustibili solizi

Una dintre cele mai populare metode de obținere a brichetelor de combustibil este utilizarea extruderelor speciale. Procesul este o presare cu șurub a deșeurilor ( coji de floarea soarelui , hrișcă etc.) și a deșeurilor de lemn tocate fin (rumeguș) la presiune înaltă când sunt încălzite de la 250 la 350 ° C. Brichetele de combustibil rezultate nu includ nici un liant, cu excepția unuia natural - lignina , conținută în celulele deșeurilor vegetale. Temperatura prezentă în timpul presarii contribuie la topirea suprafeței brichetelor, care datorită acestui fapt devine mai durabilă, ceea ce este important pentru transportul brichetelor.

Repararea deteriorării roților anvelopelor supradimensionate

Extruder manual pentru repararea roților anvelopelor de dimensiuni mari ale camioanelor miniere - pentru încălzirea cauciucului brut și umplerea rapidă a pâlniei de deteriorare în timpul reparației anvelopelor de dimensiuni mari.

Vezi și

• furaj extrudat
• Spuma de polistiren extrudat
• Turnare prin injecție plastic
• Mașină de turnat prin injecție
• Hidroextrudarea

Note

1. ↑ Oberg și colab., 2000 , pp. 1348–1349
2. ↑ Backus, Robert G.; Boshold, R.F.; Johannisson, Thomas G.; Nobil, Paul D.; Pfeffer, Jerome B.; Schiebold, Ted A.; Spearman, JE Desenare, extrudare și supărare // Manual inginerilor de scule și producție  (engleză) / Wick, Charles; Benedict, John T.; Veilleux, Raymond F. - al 4-lea. — S.M.E., 1998. - Vol. vol. 2. - ISBN 0-87263-135-4 .
3. ↑ Engel, U.; Eckstein, R. Microforming - From Basic research to its realization  (engleză)  // Journal of Materials Processing Technology : journal. - 2002. - Vol. 125-126 , nr. 2002 . - P. 35-44 . - doi : 10.1016/S0924-0136(02)00415-6 .
4. ↑ Dixit, SUA; Das, R. Capitolul 15: Microextrudarea // Procese de microfabricare  (nedefinite) / Jain, VK. - CRC Press , 2012. - S. 263-282. — ISBN 9781439852903 .
5. ↑ Fu, M.W.; Chan, WL O revizuire a tehnologiilor de microformare de ultimă generație  //  Jurnalul Internațional de Tehnologie Avansată de Fabricare : jurnal. - 2013. - Vol. 67 , nr. 9 . - P. 2411-2437 . - doi : 10.1007/s00170-012-4661-7 .
6. ↑ Imfeld, T. CHEWING GUM-FACTS AND FICTION: A REVIEW OF GUM-CHEWING AND ORAL HEALTH // Recenzii critice în biologie orală și medicină: o publicație oficială a Asociației americane a biologilor orali. - 1999. - ISSN 1045-4411 .

Literatură

• Oberg, Eric; Jones, Franklin D.; Horton, Holbrook L. & Ryffel, Henry H. (2000), Machinery's Handbook (ed. a 26-a), New York: Industrial Press, ISBN 0-8311-2635-3 
• Dyadichev VV Extrudarea polimerilor secundari. — 2003.
• Golubeva O. A. Extrudarea ca modalitate de îmbunătățire a calității produsului // Revista științifică NRU ITMO. Seria „Procese și aparate de producție alimentară”. - 2008. - nr. 2.
• Zubtsov, V. A., Minevich, I. E., Osipova, L. L., Babenko, P. P., Martinchik, A. N., Pozdnyakov, B. A., … și Stepanov, V. I. (2014). Extrudarea în tehnologia alimentară.

Dicționare și enciclopedii	Mare catalană Mare norvegian Britannica (online)
În cataloagele bibliografice	J9U : 987007565351305171 LCCN : sh85046633 LNB : 000300422 NDL : 00568951 NKC : ph899481