Технология компаундирования


Технология компаундирования

Процесс, включающий в себя введение добавок и наполнителей в полимерный материал, называют компаундированием, а смеси полимеров с этими ингредиентами — компаундами. Компаунд может содержать порядка 4-10 ингредиентов, смешанных соответствую- щим образом для достижения успешного функционирования готового изделия. По области применения компаунды принято разделять на две группы: композиты, физико-механические свойства которых формируют свойства готово- го изделия, и мастербачи, которые создаются для качественного распределения компонентов в готовом изделии.

Полимерная основа смешиваемых компонентов определяет многие физические свойства компаундов. Не менее 50 полимеров различных марок и сотни добавок дают возможность модифицировать набор ключевых свойств полимерного изделия. Как полимеры, так и добавки выпускаются в различных формах (гранулы, порошки, жидкости) и имеют широкий диапазон температур плавления и термических свойств. Такое разнообразие материалов и их свойств является причиной разнообразия процессов компаундирования.

С точки зрения физико-химических процессов все процессы компаундирования классифицируются в соответствии с базовыми научными законами и параметрами:

— дисперсионное смешение, то есть дробление агломератов до уровня порошков;

— дистрибутивное смешение, то есть достижение высокой степени однородности в поли- мерной матрице;

— термическое регулирование, то есть установление устойчивого температурно-временного профиля при течении системы (расплава), состоящей из полимера и добавок.

Каждое изменение, происходящее с материалом при компаундировании, так или иначе связано именно с этими тремя основными процессами: дисперсионное смешение, дистрибутивное смешение и термическое регулирование. Очень часто эти процессы происходят одновременно, однако есть композиции, при компаундировании которых протекает лишь один из перечисленных процессов.

Оптимальное смешение и оптимальное компаундирование полимеров и добавок являются важнейшими операциями при производстве полимерной композиции. Выбор оборудования и технологии производства компаунда напрямую зависит от исходного состояния и параметров полимерного материала и добавок, а также от желаемых свойств конечного продукта.

Технику, предназначенную для выполнения процессов компаундирования, можно разделить:

— одношнековые экструдеры;

— двухшнековые экструдеры;

— смесители непрерывного действия;

— смесители периодического действия;

Компаундирование термопластов

Технология и аппаратное оформление процесса смешения зависят от физического состояния, параметров, технологических свойств исходных компонентов и параметров структуры полимерного компаунда.

Исходные компоненты могут находиться в трех различных состояниях: твердом (сыпучем), жидком и вязкопластическом, что определяет выбор смесительного оборудования и механизма процесса смешения.

Компаунды на основе термопластичных полимеров можно готовить путем холодного и горячего смешения, периодическим или непрерывным способом. Первый, так называемый «метод сухих смесей», заключается в смешении жидких и твердых добавок и наполнителей с полимерной матрицей до получения сыпучей порошкообразной массы с равномерно распределенными ингредиентами для последую- щей переработки обычными методами. Оборудование, необходимое для данного вида смешения: барабанные смесители, лопастные смесители, Z-образные смесители, смесители с механическим псевдоожижением.

Для приготовления жидких и пастообразных полимерных масс, например ПВХ-паст, используются аппараты с мешалкой.

Как правило, для достижения высокого качества смеси термопластичного полимера с добавками и наполнителями смешение происходит в пластическом состоянии. В процессе пластикации предварительно смешанная в сухом состоянии полимерная масса расплавляется и гомогенизируется. Среди используемых для этого процесса машин следует различать работающие в периодическом режиме смесители-пластикаторы и вальцы, а также работающие в непрерывном режиме экструдеры различных типов.

Смесители-пластикаторы требуют больших энергетических затрат и ограничены предельным объемом загрузочной камеры. Пластосмесители же используются в основном для изготовления смесей с высоким содержанием наполнителей.

Использование вальцев только в качестве смесителя экономически нецелесообразно, поскольку для обслуживания такой машины требуется постоянное присутствие оператора. Для улучшения смешения оператор вынужден методично надрезать образующийся на более горячем валке свальцованный лист, а обрезанную кромку снова направлять в вальцы. Однако для некоторых смесей ПВХ смесительные вальцы и по сей день выступают в качестве основного типа пластикатора.

Непрерывный процесс смешения наиболее прогрессивен и заключается в смешении исходных компонентов в объеме аппарата под воздействием рабочих органов, получении готового материала заданного качества смешения и непрерывной его выгрузке или получении непрерывного изделия, например, профиля.

Для непрерывного смешения чаще всего используются экструдеры различных типов: одно- и двухшнековые, осциллирующие и дисковые, с различными типами смесительных элементов.

Получение компаундов на экструзионном оборудовании, как правило, протекает при высоких скоростях. Процесс высокоскоростной экструзии для компаундирования материалов в течение многих лет осуществлялся на двухшнековых экс- трудерах. На одношнековых экструдерах высокоскоростная экструзия не применялась в промышленных масштабах вплоть до 1995 года. Двухшнековые экструдеры, используемые для компаундирования, обычно эксплуатируются при скоростях вращения шнека в пределах от 200 до 500 об./мин.; в некоторых случаях — вплоть до 1000 об./мин. Одношнековые же экструдеры — при скоростях вращения шнека от 50 до 150 об./мин.

Приблизительно с 1995 года некоторые производители экструдеров предприняли меры по разработке высокоскоростных одношнековых экструдеров, и в настоящее время они успешно используются в промышленности. Теперь можно достичь одинакового качества распределительного и дисперсионного смешения как на двухшнековых, так и на одношнековых экструдерах.

Логично, что следующим этапом стала разработка конструкции одношнековых компаундирующих (смесительных) экструдеров для тех случаев применения, для которых сегодня используются двухшнековые экструдеры. Новейшие одношнековые экструдеры могут использоваться для прямого экструдирования высоконаполненных полиолефинов и других полимеров. На таких компаундирующих экструдерах перерабатывают высоконаполненные материалы, обеспечивая при этом довольно высокое значение давления в выходном отверстии. Поэтому экструдеры данного типа могут использоваться для прямых операций экструдирования труб, листов или профилей без необходимости применения насоса расплава. В конструкции одношнекового компаундирующего экструдера вдоль длины материального цилиндра располагается большое количество отверстий, через которое осуществляется введение в материал наполнителей и добавок, а также удаление летучих компонентов.

По сравнению с двухшнековыми одношнековый компаундирующий экструдер обладает рядом преимуществ: — меньше затраты на приобретение; — более дешевая эксплуатация; — нужны менее квалифицированные операторы; — возможность прямого экструдирования без применения шестеренчатого насоса.

Существуют конструкции одношнековых экструдеров, в которых на вращательное движение вала шнека налагается возвратно-поступательное осевое движение. Спираль шнека разделена на сегменты, которые расположены таким образом, что выступающие в полость цилиндра смесительные гребни в процессе движения не соприкасаются со шнеком. Смешивающему и пластифицирующему действиям способствуют значительные сдвиговые усилия и относительные смещения массы во всех направлениях. Для равномерной выгрузки массы к такому смесителю подключается шнековый агрегат.

Компания «Интерпласт» владеет описанной технологией компаундирования и готова осуществить поставку комплектного современного оборудования на ваше производство.

Источник:  www.plastics.ru

Оставить заявку