Подготовка сырья. Таблетирование и сушка

Грануляторы и таблетеры

Термопластичные смолы поставляются в виде гранул. Существует две общие схемы гранулирования: горячее таблетирование (нарезают горячий материал) и холодное (материал нарезается холодным). На рис. 1 показан стренговый таблетер, в котором расплавленный материал продавливается через отверстия круглой рабочей поверхности. Полимерные стренги нарезаются на гранулы вращающимся ножом и охлаждаются потоком воздуха. На рис. 2 показаны три типа таблетеров:

• Таблетер с вращающимся ножом, где гранулы охлаждаются водой и воздухом (рис. 2А);
• Таблетер с водяным кольцом (рис. 2В);
• Таблетер водяной (рис. 2С).

Рис. 1. Гранулятор с вращающимся ножом и воздушным высушиванием.

На сегодняшний день производительность горячих грануляторов может составлять от нескольких килограмм до 25 тонн в час. При гранулировании в воде достигается максимальная производительность. При использовании холодного гранулирования, полимер выдавливается через перфорированную пластину в стрегни или ленты, которые перед резкой охлаждают. Холодные грануляторы являются более дешевыми, но в то же время они более трудоемкие. Так как они представляют собой открытые системы, то проявляется тенденция к загрязнению. Однако эти системы хорошо подходят для лабораторий и экспериментальных систем. К недостаткам холодного гранулирования относят высокий шумовой уровень при резке и быстрый износ режущих лезвий.



Рис. 2. Различные типы грануляторов: А) гранулятор с ротационным ножом; В) гранулятор с водяным кольцом; С) водяное гранулирование.



Рис. 3. Схема пульверизатора сдвигового типа.

Для некоторых задач нужно, чтобы материал был в виде мелких гранул либо в виде порошка, например, для спекания, покрытия или ротационного формования, а также для переработки отходов литьевого и экструзионного производств. Системы, используемые для измельчения материала до гранул или порошка называются пульверизаторами. Такие системы обычно дробят или режут материал. На рис. 3 показано как отходы пластмасс режутся стационарными и вращающимися ножами до тех пор, пока не проваливаются через сито. Чтобы избежать перегрева материала за счет фрикционного нагревания, пульверизаторы выполняют ступенчатыми с охлаждением жидким азотом. Такая система показана на рис. 4.



Рис. 4. Система охлаждения пульверизатора.

Сушилки

Для предупреждения процесса гидролиза во время плавления, некоторые полимеры должны быть высушены. Лишнюю влагу удаляют в нагреваемых бункерах рабочих машин перед попаданием материала в загрузочную воронку, либо посредствам вентилируемых цилиндров, что обычно используется для полиолефинов и ПВХ. Удаление влаги можно также осуществлять в печках, оснащенных сменными поддонами. Более автоматизированным методом является сушка в бункере, который может быть мобильным, автономным либо может быть установлен непосредственно на рабочую машину. Емкость таких бункеров определяется временем сушки материала при заданной температуре. Например, для литьевой машины, которая перерабатывает 50 кг/час, при времени сушки материала 2 часа требуется бункер емкостью как минимум 100 кг.

Для высушивания материала используется в основном горячий воздух или воздух, осушенный различными методами. Наиболее простой техникой использующей горячий воздух является применение трубок с горячим воздухом, которые легко закрепляются прямо в имеющемся бункере. Сушильная головка состоит из стальной трубки, нагревательного элемента, термопары и тепловой перегрузки, посредствам которой воздух подается в основу заполненного бункера и попадает к материалу через рассеивающую головку как показано на рис. 5.



Рис. 5. Сушка в бункере.

Другим способом высушивания является использование изолированной сушильной камеры, которая заменяет рабочий бункер машины. Такой способ сушки предотвращает возможность загрязнения материала и реабсорбции влаги. Сушка горячим воздухом позволяет снизить влажность до 0,2% и менее. Для удаления внутримолекулярной влаги необходимо более сложное оборудование для осушения воздуха. Такое оборудование подает очень сухой воздух в основу цилиндрического изолированного контейнера через перевернутый конус распылителя, поддерживающего гранулы. Очень сухой воздух получают при пропускании сжатого воздуха через молекулярную решетку осушителя, например, кристаллический силикат алюминия, который содержится под давлением в запечатанном цилиндре. Из сжатого воздуха, как известно, влага удаляется быстрее, чем из воздуха с атмосферным давлением.



Рис. 6. Схема влагоотделителя осушающей системы.

Таким образом, при пропускании сжатого воздуха осушитель понижает его относительную влажность и точку росы, что повышает эффективность удаления влаги из материала, к которому подается полученный сухой воздух. Два цилиндра с осушителем попеременно соединены со сжатым воздухом. В течение длительного времени сухой воздух в смеси с горячим воздухом собирает влагу из материала (рис. 6). В таблице 1 приведены рекомендуемые температуры и длительность сушки различных материалов.

Таблица 1. Рекомендуемые условия сушки различных материалов.

Полимер	Сокр.	Температура (°C)	Время (часы)
Полистирол и сополимеры	PS	60-80	1-3
	SAN	70-90	1-4
	ABS	70-80	4
	ASA	80-85	2-4
Полиметилметакрилат	PMMA	70-100	8
Полиоксиметилен	POM	80-120	3-6
Поликарбонат	PC	.00-120	8
Полиамид	PA	80-100	16
Этиленбутилакрилат	EBA	70-80	3
Ацетобутират целлюлозы	CAB	60-80	2-4
Полипропилен оксид	PPO	100	2
Полисульфоны	PSU	120-150	3-4
Термопластичный полиэстер	PET	120-140	2-12
Этилен-винилацетат	EVA	70-80	3
Полиарилаты	PAR	120-150	4-8
Полиарилсульфон	PASU	135-180	3-6
Полифенилен сульфид	PPS	140-250	3-6
Полиэфир-эфиркетон	PEEK	150	8
Термопластичные эластомеры	TPE	120	3-4

Для высушивания также применяют микроволновую сушку. Но в промышленных масштабах ее применение слишком дорого. Она используется только в лабораториях для определения влагосодержания.