- RU
- ENG
Универсальный токарно-винторезный станок модели CS6266Bх1500 (Ø660 х 1500 мм)Страна: КитайПроизводитель:
Во многом решение утилизации отходов использованной упаковки из термопластических полимеров зависит от применяемых технологий и оборудования. При переработке таких отходов методом регрануляции одним из основных элементов таких технологий и технологических линий является червячный экструдер. Используются тут как одночервячные, так и двухчервячные экструдеры.
К экструдерам, входящим в состав технологических линий при регрануляции отходов из использованных термопластов, предъявляются более высокие требования, чем к экструдерам для переработки первичных пластмасс.
Кроме того, на эти требования оказывают влияние свойства и вид отходов, вводимых в пластицирующую систему экструдера (агломерат, хлопья, смеси), присутствие дополнительных компонентов (стабилизаторы, наполнители), влажность и другие свойства отходов полимеров.
Основным узлом экструдера является пластицирующая система, состоящая из червяка (или червяков) и цилиндра со смонтированными на нём нагревательно-охлаждающими элементами. Выбор типа пластицирующей системы экструдера (одно- или двухчервячные, однонаправленные или противоположнонаправленные) зависит прежде всего от типа и вида пластмассовых отходов, вводимых в пластицирующую систему, а также требований, предъявляемых к качеству изделий, изготовляемых из этих отходов.
Пластицирующие системы экструдеров
Двухчервячные противоположно-направленные (червяки вращаются в противоположных направлениях) пластицирующие системы создают продольные и поперечные (не учитывая зазоров между витками и рабочим цилиндром) закрытые отрезки каналов червяков, так называемые камеры, что является причиной малой эффективности продольного перемешивания материала. Повышения эффективности этого перемешивания можно достигнуть, применяя соответственные конструкционные решения зон червяков, особенно зоны сжатия (плавления) или зоны дозировки.
Двухчервячные однонаправленные системы не создают продольно закрытых камер, как в двухчервячных противоположнонаправленных системах; основная транспортировка пластицированных пластмасс происходит тут точно так же, как в одночервячных системах, т.е. благодаря использованию так называемых сил «волочения» пластмасс. Продольные соединения, а также частично и поперечные, между выделенными участками каналов червяков обеспечивают хорошее перемешивание, особенно продольное, материала. В однонаправленных системах в качестве элементов, интенсифицирующих перемешивание, широко применяются уминающие сегменты, т.е. кулачковые диски.
Таблица представляет характеристики сравниваемых пластицирующих систем экструдеров, которые применяются в линиях для регрануляции отходов использованных термопластических пластмасс. Из этих данных следует, что самую большую способность подачи пластмассовых отходов, их пластицирования и гомогенизации имеют двухчервячные системы. Однако из-за значительно высших (больше, чем на 100 процентов) капиталовложений по сравнению с одночервячными системами, применяются они, главным образом, в технологических линиях для регрануляции смешанных пластмассовых отходов, а также в линиях, в которых происходит одновременно процесс наполнения и экструзии этих отходов.
Характеристика пластицирующих систем
|
Факторы, характеризующие пластицирующую систему |
Одночервячная система |
Двухчервячная противоположно- направленная система |
Двухчервячная однонаправленная система |
|
Захват пластмассы |
Удовлетворительный, лучше в рифленой зоне |
Очень хороший |
Очень хороший |
|
Пластикация |
Хорошая |
Хорошая |
Очень хорошая |
|
Разводящее смешение |
Хорошее |
Удовлетворительное |
Очень хорошее |
|
Измельчающее смешение |
Хорошее |
Очень хорошее |
Очень хорошее |
|
Распределение времени пребывания |
Широкое (большое влияние типа отходов) |
Узкое или очень узкое |
Узкое |
|
Дегазация |
Удовлетворительная |
Хорошая |
Хорошая |
|
Генерирование давления |
Хорошее, лучше в рифленой зоне |
Очень хорошее |
|
|
Генерирование тепловой энергии |
Очень хорошее |
Хорошее |
Удовлетворительное
|
|
Самоочищение червяков |
Незначительное |
Хорошее |
Очень хорошее |
Элементы пластицирующих систем экструдеров
В линиях для утилизации отходов применяются обычно одночервячные экструдеры с червяками диаметром D = 50-200 мм и длиной L = 20-38 мм. Большое количество отходов пластмасс характеризуется очень низкой насыпной плотностью (например, отходы плёнки), в связи с этим экструдеры для регрануляции дополнительно оснащаются специальными питательными системами. Примеры таких конструкций представляет рис. 1.
Учитывая возникающие трудности в подаче червяком пластмассовых отходов из бункера, вызванные нерегулярной формой этих отходов, разработали модификацию зон загрузки пластицирующих систем (рис. 2). Следует специально отметить конструкцию, в которой применяется увеличение диаметра цилиндра в пространстве загрузки червяка. Благодаря этому увеличивается глубина каналов червяка, что существенным образом облегчает захват пластмасс из бункера. Например, в экструдере типа ESE 150К фирмы Leistritz (Германия) с червяком D = 150 мм, который в зоне питания на длине 3D имеет форму конуса, диаметр возрастает до 200 мм, кроме этого цилиндр имеет рифленую зону питания.
Среди методов утилизации отходов пластмасс всё большее применение находит технология переработки смеси пластмассовых отходов или пластмасс с одновременным их наполнением.
Переработка смешанных пластмассовых отходов позволяет получить композиции пластмасс с физическими и механическими свойствами, подобными или даже лучшими, чем свойства полимера, доминирующего в смеси. Пластицирующие системы, применяемые для этой цели, должны характеризоваться большой эффективностью гомогенизации и дегазации спластицированной композиции. В этом случае применяются пластицирующие системы эффективной длины L/D = 30-35, червяки которых оснащены элементами для интенсивного сдвига и перемешивания так, как в стандартных экструдерах.
Проведенные в Институте переработки пластмасс «Метальхем» (г. Торунь) экспериментальные исследования и испытания экструзии смесей отходов из ПВХ и ПЭ при помощи лабораторного экструдера Brabendera с классическим червяком, а также с червяком, имеющим элементы для интенсивного сдвига и перемешивания (рис. 2), показали, что на механические свойства экструдата, например, удлинение при срыве, кроме состава смеси, существенное влияние оказывает геометрия элементов зон гомогенизации червяков.
В Институте «Метальхем» разработана технология и технологическая линия для экструзии конструкционных элементов различных изделий из смешанных пластмассовых отходов. Основной машиной этой линии является одночервячный экструдер (D = 63 мм, L = 24D) с рифленой зоной питания и червяком, оснащённым элементами для интенсивного перемешивания. В процессе производства профилей с положительным результатом использовали явление раздела смешанных отходов пластмасс во время их течения в каналах головки из-за значительной разницы их вязкостей.
Внутренние слои экструдируемых плоских фасонных изделий сделаны из смеси пластмассовых отходов худшего качества, а наружный слой, исполняющий функцию трибологии и прочности, сделан из отходов пластмасс лучшего качества, обеспечивающих также эстетический внешний вид изделия.
Эти системы (с червяками, диаметром не превышающими 170 мм и скоростью вращения до 150 мин-1) из-за короткого времени пребывания полимера в системе, а также ограниченного генерирования теплоэнергии применяются, главным образом, для переработки ПВХ, в том числе в линиях для регранулирования пластмассовых отходов.
Двухчервячные однонаправленные пластицирующие системы
Эти системы (с зацепляемыми червяками диаметрами до 380 мм, длиной 48D и скоростью вращения до 120 мин-1) из-за заметных касательных напряжений широко применяются, главным образом, в технологических процессах, где необходима большая интенсивность смешения, т. е. при получении смесей пластмассовых отходов или в процессах с одновременным их наполнением или усилением.
Перемешивание композиций пластмасс создаёт определённые проблемы, возникающие, между прочим, из-за больших разниц вязкости и плотности смешиваемых компонентов, а также других особенностей, например, формы и размеров зерна.
Двухчервячные однонаправленные экструдеры, отличающиеся самой большой эффективностью пластицирования, нашли широкое применение, особенно в линиях для регрануляции отходов использованных пластмасс комбинированным методом, т.е. в линиях, где одновременно осуществляется процесс экструзии наполненных полимеров (композитов) в виде готовых изделий.
При экструзии изделий часто требуется получение на конце червяков давления, превышающего 10-15 МПа. В таких случаях во избежание перегрева пластмасс в зоне дозировки червяков, а тем самым их (пластмасс) деградации, применяется зубчатый дозирующий насос, позволяющий постоянно подавать пластицированную пластмассу через фильтрующий узел в головку.
Однонаправленные экструдеры применяются также в процессе регрануляции отходов вспененного ПС для одновременной дегазации, смешения с добавками и потом экструзии через гранулирующую головку. Контроль качества готового изделия ведётся непосредственно при помощи смонтированного в линии вискозиметра, определяющего вязкость.
Однонаправленные экструдеры могут также использоваться как установки для переработки невысушенных (влажность до 0,4 процента) измельченных отходов ПЭТ с целью непосредственной экструзии плёнки или волокна. Такая регрануляция (один этап) материала является более выгодной, чем метод с двумя этапами (предлагаемый, например, итальянской фирмой FBM), включающий предварительную сушку пластмассовых отходов, а потом гранулирование с применением одночервячного экструдера.
В Институте переработки пластмасс «Метальхем» в сотрудничестве с УкрНИИпластмаш (г. Киев) разработан и изготовлен двухчервячный однонаправленный экструдер 2T70W (диаметр червяков D = 70 мм, рабочая длина червяков L = 38D). В этом экструдере возможна переработка наполненных пластмасс с весовой дозировкой как красящего концентрата, так и антипирена, питающим двухчервячным узлом. Цилиндр и червяки имеют сегментное строение, а рабочие поверхности пластицирующей системы изготовлены из сплавов, устойчивых к стиранию.
На фото представлен экструдер 2T70W, смонтированный в линии для регенерирования чистых хлопьев ПЭТ. Экструдер имеет две вакуумные зоны дегазации. Во время исследования процесса интенсивность дегазации была разная, давление в вакуумной системе первой зоны дегазации составило 0,01 МПа, а в системе второй зоны – около 0,06 МПа.
При гранулировании хлопьев ПЭТ насыпной плотностью не меньше, чем 0,3 г/см3, эксплуатационная производительность процесса составляет 270-300 кг/ч. Тепловые свойства хлопьев перед сушкой, после сушки и регранулята, были исследованы методом дифференциальной сканинг-калориметрии (DSC).
Результаты исследований процесса гранулирования хлопьев ПЭТ указывают, что существенное влияние на качество гранулята и показатель текучести расплава (ПТР) оказывает, кроме условий сушки, конфигурация пластицирующей системы, а особенно длина первой зоны интенсивного перемешивания и тип используемых транспортно-нагнетающих сегментов. Слишком интенсивное рассеивание механической энергии привода червяков в этой зоне вызовет разложение полимера, проявляющееся в снижении предельного ПТР и в эффекте желтения регранулята.
Применение экструдеров в линии для переработки полимеров
Экструдеры с одночервячными пластицирующими системами из-за низших капиталовложений по сравнению с экструдерами, имеющими двухчервячные системы, широко применяются в процессах гранулирования пластмассовых отходов, прежде всего пластмасс одного типа, и в меньшей степени смесей отходов пластмасс.
В случае пластмассовых отходов с малой плотностью используются специальные системы, подающие материал в зону загрузки червяка. Получение хорошей композиции пластмассовых отходов зависит не только от свойств компонентов смеси, а также от соответственной степени их диспергирования, на которую существенное влияние оказывает конструкция пластицирующей системы, особенно использованный тип элементов для интенсивного перемешивания.
Однонаправленные двухчервячные экструдеры, имеющие более эффективную гомогенизацию, требуют гораздо больших капиталовложений. Они широко применяются для непосредственного изготовления полупродуктов (например, плёнки из отходов ПЭТ). Они дают возможность устранить промежуточный этап сушки, а потом гранулирования, что ведёт к уменьшению расходов на переработку, а также ограничению тепловой нагрузки пластмасс.
Экструдеры с двухчервячными противоположнонаправленными системами применяются, главным образом, в утилизации отходов пластмасс с малой термической стабильностью, например, ПВХ.
Пластицирующие системы в процессе переработки отходов пластмасс подвергаются относительно быстрому трибологическому износу, поэтому часто для продолжения времени их эксплуатации отверстия цилиндра и поверхности витков покрываются износостойкими металлическими сплавами.
Другое оборудование для переработки отходов из полимеров
В зависимости от вида, размеров, типа пластмасс, требований, предъявляемых к готовому продукту, Институт «Метальхем» предлагает различные технологические линии или оборудование, входящее в их состав, для измельчения и переработки технологических отходов ПВХ, ПЭ, ПП, ПС, ПА, ПЭТ, в том числе композитов.
Главной проблемой в рециклинге полиэтилентерефталата является удаление всех примесей, которые катализируют процесс гидролиза. Очень частыми гидролизирующими загрязнениями в ПЭТ являются ПВХ, NaOH или щёлочные детергенты, оставшиеся после удаления этикеток и мытья, эфирные клеи или имеющие кислую реакцию сополимеры этилена и винилацетата, акриловые клеи, которые применяются для приклеивания этикеток на бутылках и других ёмкостях ПЭТ. Другим существенным деструктивным фактором является содержание влаги в полимере. Однако, в отличие от загрязнений, влага может быть относительно легко удалена путём соответственной сушки.
Основные тенденции применения хлопьев ПЭТ, полученных в результате рекуперации:
Иоахим Статсек, Институт переработки пластмасс «Метальхем» (г. Торунъ, Польша)
Журнал «ПЛАСТИКС», №2 (16), 2004 г.
Литература:
