Файл: 1 Начало промышленного производства ряда полимеров и пластмасс.docx

В прямоточной головке (рис. 5.17) для получения пленки из рукава гомогенизированный расплав из экструдера поступает в полость головки через решетку, предназначенной для фильтрации (очистки) материала и создания дополнительного сопротивления течения.

3. 
   Агрегаты для грануляции термопластов
   

5.5.1 Агрегаты для грануляции термопластов

При проведении процессов подготовительного производства полимерных материалов из термопластичных полимеров, таких как окраска, введение наполнителей, мягчителей, стабилизаторов и других вспомогательных веществ, а также удаления летучих веществ из полимеров, на экструзионных агрегатах получают из расплавленной полимерной композиции гранулы определенного состава, формы и размеров.

Гранулами называют однородные зерна с преобладающим размером в поперечнике 3 мм. Они являются исходным полуфабрикатом при переработке термопластов литьем под давлением, экструзией и т.п. Гранулы обеспечивают нормальное питание и стабильное ведение технологического процесса переработки. При этом сыпучесть гранул имеет большое значение при заполнении приемных устройств перерабатывающего оборудования и транспортной тары. В зависимости от применяемого способа изготовления гранулы могут быть получены следующей формы: шарообразной, цилиндрической, эллипсоидной, кубической, параллелепипедной (стренговой).

Экструзионные агрегаты для гранулирования состоят из экструдера и собственно гранулирующего устройства (головки). Оно включает в себя формующий инструмент (фильеру), гранулятор (режущее механизм), устройство для охлаждения гранул. Для получения гранул из расплава термопласта, поступающего из полимеризатора, из порошков термопласта, из твердых отходов или при введении в основной полимер небольшого количества вспомогательного вещества чаще используют одночервячные экструдеры. При большой степени наполнения применяют двух- и многочервячные экструдеры или осцилирующие смесители “Ко-кнеттер”.

Технологический процесс получения гранул из многокомпонентных полимерных композиций включает три основные операции:

• 
  приготовление суспензии стабилизаторов в пластификаторе (коллоидная мельница);
  
• 
  приготовление полимерной композиции (двухстадийный центробежный смеситель);
  
• 
  получение расплава и гранул в червячно-осцилирующем смесителе-экструдере или экструдерах с комбинированными червяками или многочервячном экструдере.
  

---

В процессе гранулирования расплав продавливается вращающимся червяком через сетчатый фильтр, а затем выдавливается через отверстия фильеры гранулирующей головки в виде жгутов цилиндрического, квадратного, или прямоугольного сечения; последние называются стренгами. Далее жгуты либо срезаются вращающимися ножами на фильере (горячая резка), либо вытягиваются и охлаждаются в воде, а затем разрезаются на гранулы (стренговая резка) и сушатся. Агрегаты для грануляции бывают в горизонтальном и вертикальном исполнении.

В промышленности переработки полимерных материалов используют следующие способы гранулирования:

1. 
   Гранулирование непрерывно на фильере. Резка расплава полимера, выходящего из экструдера, осуществляется на мунштуке. Прочность гранул обеспечивается охлаждением их в области резки воздухом, распыление воды, омыванием водой.
   
2. 
   Сухое гранулирование на фильере. Резка расплава непосредственно на фильере осуществляется с помощью вращающихся ножей, установленных соосно с головкой или эксцентрично к ней (рис. 5.18). При соосном расположении режущих ножей отверстия на решетке расположены по концентрическим окружностям, а при эксцентричном расположении ножей отверстия в фильере распределены равномерно по всей плоскости. Охлаждение гранул осуществляется воздухом. Этот способ гранулирования применяется при повышенной прочности расплава и незначительной прилипаемости к металлу (непластифицированный и пластифицированный ПВХ, высоконаполненные полиолефины).
   

3.Горячее гранулирование в увлажненной среде. Резка осуществляется, как и в предыдущем методе, а упрочнение срезов достигается водяной пылью (туманом), окончательное охлаждение – холодным воздухом. Применяют для полимеров с малой прочностью расплава и склонных к прилипанию к металлу (полиолефины, полистирол и др.).

4. 
   Мокрое гранулирование с горячей резкой. Резка также аналогично двум предыдущим, но упрочнение среза осуществляется воздухом, а окончательное охлаждение – водой. Применяют для расплавов полимеров с высокой прочностью, но склонных к прилипанию к металлу (полиолефины, АБС, поликарбонат).
   
5. 
   Полумокрый способ гранулирования с горячей резкой расплава. Горячая резка в водяном тумане, с последующим охлаждением водой (рис. 5.19). Применяют для тех полимеров, что и в способе 4
   
6. 
   6. Подводное гранулирование. Резка проводится соосно расположенными ножами, упрочнение среза и охлаждение гранул осуществляется водой. Применяют для полимеров с малой прочностью расплава и при высокой производительности экструдера.
   
7. 
   7.Холодное гранулирование. Выдавливаются заготовки в виде прутков или лент (стренг), которые предварительно охлаждаются воздухом или водой, а затем режутся специальным режущим устройством (стренговая резка) (рис. 5.20). Применяется при грануляции полиамидов, полистирола, АБС-пластиков, полиэтилентерефталата.
   

---

В зависимости от типа экструдера и способа гранулирования производительность агрегатов составляет от 100 до 4000 кг/ч.

Гранулирование применяется также при переработке отходов термопластов (прутков, лент, литников, пленки или кусков различной формы). Предварительно кусковые отходы дробятся (измельчаются) с применением ножевых дробилок, а отходы пленки подвергаются паро-воздушной агломерации (получение кусков пленки).

4. 
   Экструзионные агрегаты производства рукавной пленки
   

5.5.3 Экструзионные агрегаты производства рукавной пленки

Преимущество рукавного метода производства пленок состоит в универсальности и простоте регулирования как размеров, так и свойств пленок, возможности их выпуска с термоусадочными свойствами, в отсутствии отходов.

Процесс изготовления пленки рукавным методом основан на непрерывном выдавливании расплава полимера через узкую кольцевую щель формующей головки (рис. 5.16 и 5.17) с последующей вытяжкой рукава в продольном и поперечном направлениях и его охлаждением. При данном методе формования расплав выдавливается в виде тонкостенного цилиндра (рукава), который после растяжения (сжатым воздухом) и охлаждения наматывается сдвоенным полотном или разрезается и наматывается как плоская пленка. Этим методом получают пленки из ПЭНП, ПЭСД, ПЭВП, ПП, ПА, пластифицированного ПВХ.

Конструктивно процесс может осуществляться с вытяжкой рукава в горизонтальном направлении, вверх или вниз.

Горизонтальная схема применяется в агрегатах и автоматизированных линиях для производства мешков, где степень раздува невелика, а толщина пленки превышает 0,2 мм. Способ используется также при производстве пленок из термочувствительных полимеров, например из пПВХ, как показано на рис. 5.27. Недостаток такой схемы трудно равномерно охлаждать рукав.
По горизонтальной схеме в настоящее время производят лист из пенополистирола для производства потолочной плитки. После раздува рукав сразу же разрезается на четыре полотна, которые затем наматываются в бухты (рулоны) и поступают на автоматизированную линию вырубки плитки и штамповки рельефного рисунка.

Вертикальная схема с отводом рукава вниз (рис. 5.28) применяется в производстве тонких пленок небольших размеров, т.к. под действием собственного веса рукав может обрываться на участке, где полимер находится в высокоэластическом состоянии. К преимуществам такой схемы относятся более легкое налаживание технологического процесса и лучшее охлаждение пленочного рукава. Можно использовать жидкостное охлаждение рукава. Такая схема применяется при производстве полиамидных пленок.

---

Вертикальная схема с отводом рукава вверх (рис. 5.29) нашла наибольшее применение.
Отвод рукава вверх экономит производственные площади; рукав пленки охлаждается по всему периметру и высоте; пленки могут получаться различной толщины и ширины (до 6000 мм). Для получения более качественной пленки (устранение стыковых полос на пленке) применяют установки с вертикальным вращающимся экструдером (рототрудером) (рис. 5.30). Экструдер вместе с прямоточной головкой попеременно поворачивается на угол 324⁰ в обоих направлениях. Вследствие этого пленка равномерно и плотно наматывается на барабаны намоточного устройства. Также устранение стыковых полос на пленке достигается при применении вращающихся (осциллирующих) угловых головках, установленных на обычных горизонтальных экструдерах.

Процесс производства пленки рукавным методом состоит из следующих технологических операций:

1. Подготовка сырья (сушка полимера, окрашивание, смешение гранул);

2. Загрузка гранул в бункер экструдера пневмо- или вакуумными устройствами;

3. Плавление гранул и гомогенизация расплава в экструдере;

4. Формование рукава в формующей головке;

5. Ориентация и охлаждение пленки;

6. Намотка и упаковка пленки;

7. Контроль качества пленки.

Кроме режимов подготовки полимерного сырья и экструзии важными стадиями, определяющие качество рукавной пленки, является раздув, вытяжка и охлаждение заготовки-рукава. Выходящая под небольшим давлением с определенной скоростью экструзионная трубная заготовка подвергается снаружи охлаждению воздухом через кольцо и вытягивается по длине тянущими валиками и раздувается по ширине воздухом. Он подается во внутрь рукава. Поэтому рукав должен обладать максимальной деформационной способностью. Процесс деформирования рукава происходит в интервале между головкой и линией затвердевания (кристаллизации), а охлаждение продолжается вплоть до сжатия пленки (складывания рукава) тянущими валками.

Под линией кристаллизации понимают участок рукава, средняя температура которого равна температуре плавления полимера.

Таким образом, до линии кристаллизации происходит:

1. разбухание (увеличение толщины) экструдата относительно размера кольцевого зазора головки;

2. растяжение (раздув) трубной заготовки;

3. первичное охлаждение рукава;

4. Кристаллизация полимера (затвердевание для аморфных полимеров).

Вытяжка и раздув

---

рукава приводят к утонению заготовки и к ориентации цепей макромолекул полимера в пленке (упрочнению).

Охлаждение и кристаллизация рукава необходимы для регулирования скорости ориентации и кристаллизации макромолекул до линии кристаллизации, а выше ее – для охлаждения твердой пленки до температур, при которых полотно не будет слипаться. Большая часть вытяжки в продольном направлении реализуется ближе к формующей части головки, а раздув (увеличение ширины) – ближе к линии кристаллизации (но не выше ее!).

Изменяя скорость вытяжки, температуру и интенсивность охлаждения и форму рукава, а следовательно и свойства пленки можно получить рукав следующих четырех форм (рис. 5.31):
Форма а соответствует высокому расположению линии кристаллизации Н, что приводит к недостаточному охлаждению деформируемого рукава. Пленка вначале растягивается в длину, а затем в ширину. Это сопровождается частичной переориентацией макромолекул.

Форма б соответствует нормальной величине Н при хорошей интенсивности охлаждения. Продольная и поперечная ориентации при вытяжке и раздуве осуществляются почти одновременно. Пленка – равнотолщинная и близкая к равнопрочной.

Форма в соответствует резкому интенсивному охлаждению рукава, высота Н мала. Пленка имеет преимущественно поперечную ориентацию, а для некоторых видов полимеров происходит уменьшение степени кристаллизации.

Форма г соответствует неравномерному обдуву пленки охлаждающим воздухом по периметру. Пленка разнотолщинная, рукав несимметричен.

Для большинства пленок, отвечающим требованиям к свойствам, в зависимости от их толщины значение Н колеблется в пределах 0,3÷2 м.

Для формирования изотропных пленок полотно перед намоткой разглаживается специальным изогнутым “горбатым” валиком (рис. 5.32), представляющим собой стальную изогнутую трубу, на которой укреплены шарикоподшипники с кольцами. На этот каркас натягивается резиновая трубка. Валику может быть придан изгиб. Это обеспечивает дополнительное вытягивание пленки в поперечном направлении и правильная намотка.

5. 
   Формирование термоусадочных пленок
   

Формирование термоусадочных пленок. Термоусадоч­ными называют пленки, которые при термической обработке сокращается в размерах за счет релаксации напряжений, созданных при их получении. Термоусадочные пленки широко используются для обжимной упаковки различных потребительских и промышленных товаров. В настоящее время термоусадочные пленки изготавливают рукавным методом, в основном из ПЭНП с низким значением ПТР от 1,0 до 0,3

---