РАЗДЕЛ 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ЭКСТРУДЕРАХ
2.1. Структура полимерных отходов
В процессах производства и переработки отходов композиционных материалов с
целью изготовления новых качественных изделий используются различные типы
компонентов, находящихся в разных физических состояниях. Физические состояния
полимерной структуры (твердая фаза, расплав или раствор) и наполнителя (твердые
тела, жидкости или газ) определяют выбор типа оборудования и того участка в
оборудовании, где происходит их совмещение (рис.2.1).
Физическое состояние компонентов к началу основной технологической операции -
смешения - определяется не только их состоянием при загрузке в оборудование, но
и физическими превращениями, которые они претерпевают к этому моменту. В
зависимости от соотношения температуры плавления полимерной структуры и
температуры плавления, кипения или разложения наполнителя возможен переход
наполнителя из твердого состояния в жидкое или выделение газообразной фазы из
твердой или жидкой.
Соотношение размеров частиц наполнителя и полимера, как и начальное
распределение компонентов, обусловленное способом их совмещения и видом
оборудования, в котором оно происходит, определяют начальные условия для
расчета процессов смешения и диспергирования. Рациональное совмещение
компонентов может значительно интенсифицировать процессы дальнейшей
переработки.
Имеется существенное различие в значимости начальных размеров частиц полимера и
наполнителя. Поскольку полимеры в процессе переработки претерпевают фазовые
превращения и переходят в вязкотекучее состояние, последующее их смешивание не
связано с необходимостью создания высоких напряжений в расплаве, соизмеримых с
прочностью полимеров в твердом состоянии, и не вызывает затруднений. Это же
относится и к твердофазным наполнителям с температурой плавления ниже
температуры плавления полимерной структуры.
Рис. 2.1. Варианты совмещения первичных и вторичных полимеров с наполнителями
Поэтому к размерам частиц полимеров не предъявляются жесткие требования:
используются гранулированные или порошкообразные полимеры, а также дробленые
отходы. В ряде случаев целесообразно использовать порошкообразные полимеры и
наполнители для лучшего начального перемешивания компонентов композиционных
материалов.
Для твердых наполнителей, фазовое состояние которых не изменяется при
переработке, как правило, задается размер монолитных частиц на входе в основное
оборудование, поскольку их смешивание в процессе переработки практически
невозможно ввиду малой величины развивающихся в расплаве напряжений. Подготовка
этого вида наполнителей производится в различных отраслях промышленности и в
настоящей работе не рассматривается. Особое место среди твердых наполнителей
занимают продукты измельчения отходов и вторичных термопластов и реактопластов.
Эти материалы также необходимо измельчать до требуемых конечных размеров, что
является составной частью подготовительного производства предприятия по
переработке пластмасс.
При использовании в процессах получения композиционных материалов отходов или
вторичного полимерного сырья картина начального распределения компонентов
весьма сложная. При этом в качестве компонентов могут оказаться отходы
полимеров разных типов, различные жидкие и порошкообразные вещества, оставшиеся
в использованных емкостях, а также целенаправленно вводимые наполнители.
Возможные варианты начального распределения компонентов, приведенные на
рис. 2.2, должны анализироваться в каждом отдельном случае с целью определения
режимов и параметров их переработки.
Таким образом, в подготовительном производстве важную роль играют процессы
дробления отходов термопластичных материалов до размеров грубых порошков или
гранул и тонкого измельчения реактопластов. Эти процессы обычно выполняются на
роторных и ножевых дробилках. В последнее время находят применение методы
измельчения полимерных отходов и наполнителей в формующей оснастке
одночервячных экструдеров. Смешивание расплава происходит в пространстве между
вращающимися элементами трубной головки экструдера, образующими кольцевой
зазор, путем деформирования расплава при его охлаждении ниже температуры
плавления. Ввиду отсутствия строго
математического описания упомянутых процессов расчет соответствующего
оборудования носит по существу эмпирический характер.
Конструкции смесителей, применяемых в промышленности производства и переработки
пластических масс, отличаются большим разнообразием, что затрудняет их
классификацию. Это объясняется тем, что в начале развития рассматриваемой
отрасли для смешения смол с другими компонентами (наполнителями, красителями,
пластификаторами и т. д.) применяли смесительное оборудование, заимствованное
из других отраслей промышленности (химической, строительной индустрии, пищевой
промышленности и др.). Кроме того, смешению подвергаются материалы,
отличающиеся гранулометрическим составом, плотностью, физическим состоянием и
другими свойствами. К тому же смешение полимерных материалов часто
сопровождается теплофизическими и химическими процессами — растворением,
плавлением полимера, образованием химических связей и диспергированием. И,
наконец, смешиваться могут различные системы (твердое вещество — твердое
вещество, жидкость — жидкость и жидкость — твердое вещество).
2.2. Характеристика процессов экструзии и соэкструзии
Экструзия полимеров является технологическим процессом получения изделий
заданного поперечного сечения путем непрерывного продавливания расплава
полимера через формующий инструмент
- Київ+380960830922