5.5 Экструзионные линии и агрегаты

Агрегаты и линии на базе экструдеров применяют для изготовления изделий из термопластов, а также для нанесения покрытий. Они отличаются большим разнообразием конструкций и классифицируются по таким технологическим и конструктивным признакам, как по форме изделия в поперечном сечении, способу формирования изделия, а также по типу основного агрегата – экструдера. В соответствии с этой классификацией различают агрегаты и линии для изготовления:

• гранул различной формы и размеров;

• пленок плоских и листов (аморфных, ориентированных, армированных, дублированных);

• пленок рукавных (однослойных, двухслойных, изотропных, термоусадочных);

• труб и шлангов (гладких, армированных, гофрированных);

• профилей (открытых и закрытых);

• кабельных покрытий (одно- и многожильных);

• объемных экструзионно-выдувных изделий;

• переработки вторичных термопластов (отходов и изделий).

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).

Рис. 5.18. Гранулятор горячей резки: а – соосное с головкой расположение режущих ножей; б – эксцентрическое расположение режущих ножей: 1 – перфорированная плита; 2 – формующее отверстие; 3 – режущий нож; 4 – вал привода ножей; 5 – кожух; 6 – торпеда.

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

Рис. 5.20. Схема гранулятора с резкой охлажденных прутков: 1 – экструдер; 2 – прутковая головка; 3 – охлаждающая ванна; 4 – воздушная сушилка; 5 – роторная дробилка; 6 – направляющие ролики; 7 – жгуты полимера 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.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.

Рис. 5.19. Схема гранулирования в водяном тумане: 1 – формующий инструмент экструдера (для получения прутков); 2 – пруток; 3 – охлаждаемая водой наклонная плоскость; 4 – форсунки для холодной воды; 5 – прижимной валок; 6 – водяная баня; 7 – режущее устройство; 8 – приводной валок; 9 – наклонная регулирующая плоскость.

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).