ПРОЦЕССЫ СОВМЕЩЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ ДЛЯ ДИСПЕРСНО-НАПОЛНЕННЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Рейтинг:  0 / 5

Звезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активна
 
В то же время эти две операции могут быть совмещены, и в этом случае компоненты в требуемом количестве последовательно поступа.
ют в зону смесителя. Такая технология обычно имеет место, когда доза наполнителя невелика, и соответственно, не происходит значительного возрастания вязкости.
Если для смешивания выбран твердофазный матричный материал, то он подвергается просеиванию на ситах с ячейками известного размера. Обычно это набор сит, где после просеивания отбирается требуемая фракция. Просеивание осуществляется на вибростоле.
Для улучшения адгезионных свойств смешиваемых твердых компонентов их подвергают интенсивной сушке для удаления адсорбированной влаги. Наиболее универсальными являются барабанные вакуум-но-гребковые сушилки. В производстве применяются также специальные устройства для подсушки, устанавливаемые в бункеры термопла-ставтоматов и червячных прессов.
Для автоматического дозирования материала в зависимости от размера, свойств и условий дозирования разработано большое количество дозаторов (секторные, тарельчатые, лотковые и т.д.). Для передачи материалов в автоматические весы емкости оборудуются винтовыми (обычно вибрационными) питателями.
Для смешения сыпучих материалов наиболее часто используют барабанные смесители, где смешение происходит благодаря пространственному перемещению материала во вращающихся корпусах.
Для смешения жидких и сыпучих материалов наиболее распространенными являются валково-лопастные смесители с использованием валов и лопастей различной формы. Их форма зависит от вязкости массы, геометрии наполнителя и требований, предъявляемых к материалу.
В качестве смесителей непрерывного действия следует отметить
Рис. 11.1. Зависимость вязкости расплава полимера (7) и низкомолекулярной жидкости (2) от скорости сдвига при постоянной температуре
червячные смесители, где смешение происходит в канале червяка.
При использовании червячного смесителя при совмещении наполнителя с термопластичной матрицей следует учитывать особенности реологии этого процесса.
Реология изучает законы течения расплавов полимеров. Главной реологической особенностью расплавов термопластов является зависимость их вязкости от скорости течения.
Из практики хорошо известно, что при перемешивании загустевших материалов их вязкость уменьшается. Чем больше скорость перемешивания,.
то есть чем выше интенсивность механического воздействия, тем в большей степени они разжижаются, тем меньше их вязкость. На рис. 11.1 сравниваются зависимости вязкости от скорости сдвига расплавов полимеров и низкомолекулярных жидкостей.
В то время как вязкость низкомолекулярной жидкости остается постоянной, вязкость расплава уменьшается с увеличением скорости сдвига.
Исходя из особенностей реологии расплавов термопластов их называют ненъютоновскими жидкостями. Неньютоновское поведение расплавов полимеров при их течении объясняется особенностями молекулярной структуры: при увеличении напряжения сдвига разрушаются структурные агрегаты молекул, а длинные молекулы полимера ориентируются при течении вдоль потока, уменьшая тем самым сопротивление течению, или вязкость системы.
Отношение данного напряжения сдвига г к создаваемой им скорости сдвига называется эффективной вязкостью rj
$, выражаемой в Па с и определяемой по формуле:.
Щ =Т/г.
Кроме того, следует учесть повышение температуры за счет выделяющейся энергии при разрушении связей между макромолекулами, обычно обусловленной энергией ориентационного, индукционного и дисперсионного ван-дер-ваальсового взаимодействия и трением расплава о поверхность цилиндра червячного смесителя. Так как влияние температуры на вязкость всегда приводит к ее уменьшению, эффект червячной пластификации усиливается.
В большинстве случаев червячные смесители непрерывного действия (реже дисковые) используют в различного рода экструдерах и пресс-автоматах.
Поступающие в червячный экструдер компоненты независимо от типа полимера (термопласты или реактопласты) проходят три зоны, отличающиеся различным профилем червяка и протекающими в них фи-
Рис. 11.2. Червяк общего назначения: h, и /?
- глубина нарезки в зоне загрузки и дозирования соответственно; / -шаг; (р- угол подъема винтовой линии нарезки; е - ширина гребня нарезки.
Зона сжатия - следующий за зоной загрузки участок червяка. Размягченный и частично расплавленный полимер из зоны загрузки поступает в зону сжатия или зону плавления. За счет теплоты нагревателей цилиндра и тепла внутреннего трения материал окончательно переходит в вязкотекучее состояние.
Так как плотность расплава примерно в два раза больше, чем насыпная плотность твердого полимера, то образующийся расплав занимает вдвое меньший объем, чем гранулы. Поэтому, чтобы расплав заполнил объем винтового канала целиком, что важно для качественного перемешивания, его необходимо сжать. Для обеспечения сжатия расплава объем винтового канала червяка в зоне плавления уменьшается по ходу движения расплава, что достигается за счет снижения глубины нарезки. Уменьшение объема винтового канала червяка оценивается степенью сжатия.
Степень сжатия - это отношение объема винтового канала в зоне загрузки к объему винтового канала в зоне дозирования на длине в один шаг:
Зона дозирования - последний участок червяка. Эта зона имеет постоянную, но меньшую, чем в зоне загрузки, глубину канала. За счет развиваемых в зоне дозирования больших сдвиговых деформаций происходит окончательная пластификация и гомогенизация расплава и образуется однородный по структуре, температуре и вязкости расплав. Зона дозирования работает с постоянным объемным расходом и определяет фактическую производительность машины. Длина зоны дозирования зависит от типа перерабатываемого полимера и может изменяться в широких пределах. Для термочувствительных полимеров пребывание в этой зоне сопряжено с опасностью перегрева и деструкции, поэтому червяки для них должны иметь короткую зону дозирования или совсем не иметь этой зоны.
Для термостойких полимеров зона дозирования обеспечивает дополнительную гомогенизацию, и длина ее составляет 20-25% длины червяка.
Наиболее распространенным способом получения гранулята также является экструзия. Этим способом получают как ненаполненные, так и наполненные, в том числе и волокном, гранулы. Таким образом можно гранулировать и отходы после предварительного механического измельчения. Гранулирование происходит на экструдерах-грануляторах. Полученные гранулы могут иметь форму цилиндра, шара, прямоугольной пластинки или зерна чечевицы. Конструкции грануляторов различаются по способу резки и охлаждения гранул; при этом применяются: резка гранул на решетке с воздушным или водяным охлаждением; резка охлажденных прутиков.
Схема гранулятора с резкой полимерных жгутов, предварительно охлажденных в водяной ванне и подсушенных в сушилке, представлена на рис. 11.3.
Рис. 11.3. Схема гранулятора с резкой охлажденных прутиков:.
1 - экструдер; 2 - прутковая головка; 3 - жгуты полимера;.
4 - охлаждающая ванна;.
5 - воздушная сушилка; 6 - роторная дробилка.
Резка гранул на решетке с воздушным охлаждением происходит по следующей схеме. Расплав из цилиндра экструдера продавливается через отверстия решетки в виде жгутов, которые разрезаются вращающимся ножом. Срезанные гранулы подхватываются струей сжатого воздуха и транспортируются с помощью пневмотранспорта в бункер. Охлаждение гранул осуществляется воздухом за время движения их от гранулятора до бункера.
В гранулирующей головке с водяным охлаждением срезанные на решетке ножом гранулы увлекаются водой. Обезвоживание гранул производится в центрифугах, циклонах и на виброситах.