Оборудование         Изделия         Сырье         Сервис      
 
Свойства и применение
Технологии
Сырье
Аддитивы
Организация производства
Словарь терминов
Новости
События

Вакансии
Резюме

Форум

Реклама на сайте
Обратная связь

ЭКСТРУЗИЯ ДРЕВОПЛАСТИКОВ: технологии и тенденции

Сравнительно молодая технология производства изделий из древесно-полимерных композитов (ДПК) на основе термопластов сегодня переживает настоящий бум. Благодаря уникальному сочетанию в ДПК лучших свойств древесины и пластика изделия из этого материала находят все более широкое применение в различных областях. Статья рассказывает о существующих технологиях экструзии древопластиков и обозначает тенденции их развития

Экструдеры для ДПК

Для переработки древесно-полимерных композитов применяются различные типы двухшнековых экструдеров:

  • с противоположно вращающимися шнеками;
  • с сонаправленно вращающимися шнеками.

К первому типу относятся экструдеры, два шнека которых вращаются в противоположных направлениях: по часовой стрелке и против нее. Такие машины часто еще называют экструдерами встречного вращения. В оборудовании данного типа смесительный эффект минимален, при этом высоки развиваемые давления, в результате чего достигается исключительно точная дозировка и подача расплава. Применяется это оборудование для экструзии порошкообразных, чувствительных к деформации сдвига пластиков (ПВХ и других).

Экструдеры, шнеки которых враща¬ются в одном направлении, отличают¬ся высоким смесительным эффектом компонентов и гомогенизацией рас¬плава. В результате на выходе получа¬ют расплав с идеальным однородным распределением компонентов по объ¬ему. Применяются такие экструдеры в качестве непрерывных смесителей для получения многокомпонентных ком¬позитных полимерных материалов, в том числе высоконаполненных.

Попытки произвести профильное изделие из древесно-полимерного композита были предприняты еще в 80-е годы ХХ века. За основу была взята на тот момент успешно применяющаяся технология Wood-Stock™ - производства полипропеленового листа, наполненного древесной мукой. Постэкструзионное оборудование листовой линии было заменено на традиционный «хвост» линии по производству профиля. Разумеется, низкая смешивающая способность экструдера с противоположно вращающимися шнеками не могла удовлетворить требования к качеству конечного изделия. В результате неравномерного распределения компонентов по объему материала терялись такие уникальные характеристики изделий, как влагостойкость, устойчивость к микроорганизмам, появлялась нестабильность свойств.

Многостадийная экструзия

Решение указанных проблем было найдено в применении технологии многостадийной экструзии. Этот процесс подразумевает две или три технологические стадии:

  • смешение исходных компонентов в высокоскоростном смесителе (присутствует не всегда);
  • производство гранулированного древесно-полимерного композита;
  • последующая переработка гранул ДПК в изделия.

Было разработано множество вариантов данной технологии (например, некоторые производители использовали двухстадийное смешение — «горячее» и «холодное»); появились различные модификации экструдеров для производства гранул: с конусными и параллельными шнеками, встречного и противоположного вращения.

Гораздо проще дело обстояло с оборудованием, предназначенным для производства изделий из гранул. В большинстве случаев применялись двухшнековые экструдеры с противоположно вращающимися шнеками, поскольку именно они обеспечивают постоянное давление расплава, а следовательно, стабильность процесса экструзии. Правда, некоторые производители оборудования предлагали использовать для этой цели простейшие одношнековые экструдеры.

Метод двухстадийной экструзии позволил удовлетворить требования к качеству изделий, но при этом возникал ряд других проблем — как производственного, так и экономического характера. С технологической точки зрения серьезной проблемой является сохранение равномерного распределения компонентов смеси материалов по всему объему после ее приготовления. При загрузке материалов в экструдер по производству гранулы в бункере происходит расслоение смеси; особенно ярко выражен этот эффект при работе с полиэтиленом и полипропиленом, традиционно поставляемыми в форме гранул. Сложная внутрицеховая логистика требует высокой точности разработки схем материальных потоков и постоянного контроля. А наличие нескольких технологических стадий значительно увеличивает вероятность брака, вызванного человеческим фактором. Кроме того, многостадийная технология производства влечет за собой увеличенное потребление электроэнергии, большие расходы на обслуживающий персонал и необходимость в больших производственных площадях. Все это значительно влияет на стоимость конечной продукции. В результате, продукция из ДПК не может конкурировать в цене с традиционными деревянными изделиями. Это главная причина, по которой долгое время изделия из древопластиков были признаны лишь в индустрии автомобилестроения.

Одностадийный процесс

«Второе рождение» использование изделий ДПК получило после разработки принципиально новой технологии прямой экструзии. Авторами идеи выступили специалисты итальянской компании ICMA San Giorgio. Они предложили использовать двухшнековый экструдер с сонаправленно вращающимися шнеками с прямой загрузкой исходных компонентов. А также разделить зоны пластикации полимера и собственно смешения компонентов путем боковой загрузки древесной муки в зону экструдера, где полимер полностью перешел в расплав. Таким образом, время пребывания древесной муки в горячем экструдере значительно снижается, что, соответственно, уменьшает вероятность обугливания. Метод прямой экструзии обладает целым рядом преимуществ:

  • снижение энергопотребления (только один цикл нагрева/охлаждения материала);
  • увеличение срока эксплуатации оборудования за счет того, что древесная мука, обладающая ярковыраженным абразивным эффектом, сразу же обволакивается расплавом полимера;
  • возможность использования древесной муки с большим процентом влажности;
  • возможность изменять рецептуру в режиме реального времени;
  • снижение текущих расходов (энергия, трудозатраты, логистика, помещения, обслуживание).
  • Немаловажным фактором является и сохранение предприятием собственных ноу-хау, так как процесс сосредоточен внутри одного производства.

Оборудование для прямой экструзии

Объединение компаундирования с экструзией в одну стадию представляет собой сложную задачу, поскольку необходимо обеспечить качественное перемешивание компонентов при мощной дегазации расплава и вместе с тем непрерывную транспортировку большой массы материала с постоянным нагнетанием давления. Для процесса прямой экструзии используют экструдеры с удлиненными шнеками по сравнению с экструдерами-грануляторами. Зона дегазации располагается таким образом, чтобы обеспечить достаточную длину, необходимую для установления постоянного режима давления. При выборе конструкции элементов шнека необходимо учитывать не только функцию транспортировки, но также стабильность подачи расплава. Если допускается колебание массы погонного метра профиля ±10 процентов, то можно экструдировать профиль напрямую. Если же подобное отклонение недопустимо, необходимо укомплектовать экструдер насосом расплава, который нагнетает постоянное давление расплавленного материала, предотвращает волнообразность потока и обеспечивает равномерность его течения при минимальном потреблении энергии. В большинстве случаев экструзионная техника комплектуется шестеренчатым насосом расплава. Это высокоточный прибор, созданный специально для нагнетания расплава с минимальным смесительным эффектом, который обеспечивает снижение флуктуации давления на порядок, то есть если колебание давления было на уровне ±150 psi, то с использованием шестеренчатого насоса расплава оно составит ±15 psi. Стоит также отметить, что присутствует увеличение температуры в шестеренчатом насосе — в среднем на 5°С. При этом время пребывания расплава в насосе составляет 1-2 секунды. Альтернативой шестеренчатому насосу расплава может служить обыкновенный одношнековый экструдер, смонтированный на конце двухшнекового экструдера. Время пребывания расплава в одношнековом экструдере составляет приблизительно 20 секунд, правда, это оборудование не требует такого интенсивного технического обслуживания, как шестеренчатый насос расплава.

Сегодня существует тенденция постепенного перехода с двухстадийной технологии производства на одностадийную. При этом можно наблюдать ярко выраженное разделение по региональному признаку: практически все ведущие европейские производители оборудования предлагают технологию прямой экструзии, причем при наличии различных вариаций данной технологии везде используется разделение на зону пластикации полимера и зону ввода древесной муки непосредственно в расплав. Среди азиатских производителей (за исключением Японии) превалируют предложения по многостадийной схеме. Правда, стоит отметить появление на рынке оборудования для прямой экструзии ДПК от китайских компаний-производителей. Таким образом, значительное усовершенствование экструзионных систем, развитие программного обеспечения и разработка новых рецептур в последние годы делают прямую экструзию ДПК более предпочтительной, чем многостадийный процесс

ВИЗЫ в КИТАЙ
VISAinCHINA.ru