Гранулирование полимерных композиций

Композиции, полученные смешением, перед изготовлением изделий обычно подвергают гранулированию. Гранулирование — это превращение полимера в сыпучий зернистый продукт, состоящий из однородных по размеру частиц.

Гранулы могут иметь форму цилиндра, шара, чечевицы, куба или прямоугольной пластинки. Но в одной партии форма гранул и их размеры должны быть одинаковыми. Размеры гранул влияют на насыпную плотность полимера и задаются при гранулировании в зависимости от метода переработки полимера. Так, для литья под давлением на машинах с малой глубиной нарезки шнека диаметр гранул должен быть 1,5- 3 мм, а на машинах со шнеками с большой глубиной канала 2- 5мм.

Метод гранулирования выбирается в зависимости от требуемой формы гранул с учетом вязкости расплава. Обычно гранулы цилиндрической или чечевицеобразной формы из высоковязких полимеров изготавливают методом выдавливания расплава через цилиндрические отверстия с последующей отрезкой расплава экструдата на решетке вращающимся ножом.

При горячей резке, когда срезаются жгуты в виде расплава, нож должен перемещаться по торцу решетки без значительного зазора. Срезанные части экструдата подхватываются струями сжатого воздуха и транспортируются с помощью пневмотранспорта в бункер. Охлаждение гранул при этом осуществляется воздухом за время движения их от гранулятора до бункера. В некоторых случаях срезанные гранулы охлаждаются на вибротранспортере, а затем загружаются в бункер.

Общий вид установки грануляции горячим способом показан на рис. 4.6. Установка состоит из экструдера 7, бункер которого оснащен мешалкой с электродвигателем 6, и устройства для резки и охлаждения гранул. Выдавливаемый через грануляционную головку расплав сре­зается ножом, вращаемым электродвигателем 3, непосредственно на торце головки. Сжатым воздухом, нагнетаемым вентилятором 4, гранулы пре­дохраняются от слипания, после чего подаются в нижнюю часть вибро­транспортера 2. Поднимаясь по вибротранспортеру, гранулы охлажда­ются и загружаются в тележку 1 для дальнейшей транспортировки.

A

Рис.4.6. Экструзионная установка для грануляции полимеров горячим методом с охлаждением гранул на вибротранспортере.

Схема срезания расплава показана на рис. 4.7.

Рис. 4.7. Устройство для гранулирования полимеров с горячей резкой: 1,2 - цилиндр и шнек экструдера; 3 - нож: 4 - решетка гранулятора; 5 — кожух гранулятора.

Иногда для исключения прилипания гранул, к решетке и ножу в места среза расплава подают струю водяного пара, а гранулы для быстрого охлаждения сразу же погружают в холодную воду. Однако при жид­костном охлаждении необходима последующая сушка гранул.

Диаметр гранул, получаемых при горячей резке экструдата, зависит от размеров отверстий решетки гранулятора и от коэффициента эластического восстановления струи расплава.

От избыточного давления, возникающего внутри экструдата, торцевая поверхность гранул в процессе срезания расплава становится сфери­ческой.

При получении коротких гранул дефор­мация торцовой стенки расплава несколько больше, чем при изготовлении длинных гранул.

Длина гранул обычно изменяется в зависимости от скорости вращения ножей и производительности экструдера.

При грану­ляции отходов полимера на входе в головку обязательно нужно устанав­ливать сменный пакет фильтрующих сеток, чтобы исключить попадание посторонних включений. Поскольку сетки быстро засоряются, то пакет сеток устанавливают в поворотном секторе, см. рис.4.8.

При засорении пакета сеток, производительность экструдера снижают до минимума, слегка ослабляют болтовые соединения корпуса головки 1 и цилиндра экструдера 4, а затем поворачивают сектор 2, в котором расположены два пакета

Рис.4.8. Грануляционная головка со сменными фильтрующими пакетами сеток: 1 — корпус головки; 2 — сектор с пакетами сеток; 3 — пакет сеток; 4 — цилиндр экструдера.

При гранулировании маловязких полимеров (полиамид, лавсан) экструдат вначале охлаждают, а затем с помощью тянущего устройства направляют в режущее устройство. Этот способ более энергоемок, так как резка жгутов в охлажденном состоянии требует дополнительной затраты энергии, кроме этого требуется сушка гранул.

При холодной грануляции диаметр гранул изменяют за счет вытяжки расплава тянущим устройством, а длину гранул скоростью вращения ножей барабана.

При использовании экструдеров для модификации полимеров операции сме­шения и гранулирования обычно совмещаются.

Термореактивные полимерные материалы гранулируют при комнат­ной температуре или при нагревании путем механического уплотнения. Для этого применяются зубчатые роторные грануляторы или рифленые вальцы. Пресс-порошок заполняет пазы и при вдавливании выступов второго валка уплотняется.