ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Аппараты для смешения красящих веществ с полимерами в расплаве из "Окрашивание полимерных материалов " Машины, используемые для окрашивания полимеров в расплаве, можно подразделить на червячные экструдеры (шнек-прессы) и червячные пластосмесители экструзионного типа (кнетер-прессы). [c.146] Червячные, или шнековые, экструдеры используются для производства полуфабрикатов и готовых изделий, для компаундирования и конфекционирования. Полимер загружают в экструдеры в виде гранул или порошка, а на заводах синтеза прямо из реактора в виде расплава. Красящие вещества подаются либо в смеси с полимерами, либо прямым дозированием непосредственно в воронку экструдера. Смесь исходных продуктов должна быть сыпучей и однородной, красящее вещество — сухим, без твердых комков. В червячном экструдере происходит расплавление полимера, смачивание пигментных агломератов, их измельчение и распределение. [c.146] Одночервячные экструдеры имеют следующие основные элементы конструкции привод, опорный узел червяка и цилиндра, включающий редуктор, цилиндр с обогревом и охлаждением, червяк (шнек), формующую головку и загрузочную воронку. В последние годы основные элементы экструзионных машин все чаще выпускают в виде сменных узлов. [c.146] После загрузки через воронку материал поступает в зону питания, уплотняется и разогревается. Функцию зоны питания как подающего звена усиливает конструкция с коническим корпусом зоны питания и пазами, сужающимися в направлении подачи. К зоне питания примыкает зона плавления, где полимер переводится в расплав. Далее следует зона дозирования, где происходит дальнейшее нарастание давления и гомогенизация, т. е. полное расплавление оставшихся в полимерном расплаве частиц, измельчение и разрушение агломератов красящих веществ, а также равномерное распределение компонентов поступившей смеси в полимере. [c.146] Обычно червяки имеют длинную и короткую зоны сжатия, глубокие выточки в зоне сжатия, необходимые для подачи нерасплавленного материала, и мелкие, обеспечивающие достаточное измельчение и диспергирование в зоне дозирования. Отношение глубины выточек в канале составляет, как правило, от 2 1 до 4 1, а при использовании патронов с пазами в зоне питания — 1,2 1. Длина червяка составляет обычно 200—250, в особых случаях — до 300—400 длина зоны дозирования приблизительно равна половине длины червяка [80, с. 105]. [c.146] Элементы, усиливающие напряжение сдвига, целесообразно помещать в конце зоны плавления. Здесь вследствие еще невысокой температуры массы вязкость и напряжение сдвига в зазоре достаточно высоки. В противоположность этому перемешивающие элементы (рис. 95) устанавливают в зоне дозирования или на наконечнике червяка — вязкость здесь ниже и, следовательно, работа, затрачиваемая на диспергирование, меньше. [c.147] Диспергирование компонентов полимерной смеси в одночервячных экструдерах зависит главным образом от характера течения материала в винтовом канале, который определяется степенью смешения или уровнем дросселирования. С увеличением уровня дросселирования диспергирование улучшается, однако одновременно растет и удельное превращение энергии, являющееся мерой напряжения сдвига и времени, необходимого для измельчения частиц. Таким образом, степень диспергирования прямо пропорциональна работе, затрачиваемой на измельчение пигментных агломератов и их распределение. Для качественного окрашивания необходим вполне определенный и весьма значительный расход энергии. В удельный энергообмен входит энергия, затрачиваемая как на дезагрегирование и распределение, так и на повышение температуры за счет рассеяния теплоты. Чем ниже температура массы, тем больше энергии необходимо для измельчения, чем выше температура массы, тем меньше энергии расходуется на распределение. [c.147] Двухчервячные экструдеры более сложны по конструкции, чем одночервячные, из-за наличия двух взаимозацепляющихся червяков и менее надежны в эксплуатации в связи с небольшим меж-центровым расстоянием, ограничивающим установку достаточно надежных упорных подшипников и зубчатых колес. Это приводит к уменьшению частоты вращения червяков и производительности машины. С этим связана также необходимость подвода значительной энергии от внешних нагревателей для расплавления полимера. Переменная толщина стенок цилиндра экструдера является причиной неравномерного распределения температур и возникновения местных перегревов [80, с. 142]. [c.148] Экструдеры, червяки которых вращаются в одну сторону, обеспечивают лучшее качество смешения вследствие большей разницы относительных скоростей в зоне сопряжения и более высокого тепловыделения, но они имеют меньшую производительность при одинаковых геометрических размерах червяка. Уменьшение производительности объясняется худшими условиями захвата материала в зоне загрузочной воронки, так как один червяк препятствует захвату материала другим. Для исключения этого отрицательного эффекта такие экструдеры нередко выпускают с располол ением червяков в вертикальной плоскости. [c.149] Эффективность измельчения и распределения ингредиентов в двухчервячных экструдерах определяется прежде всего шириной зоны щелей и межгребневых полостей, образовавшихся вследствие зазора между червяками, и массой полимера, проходящего через щель. Для достижения хорошего смешения в продольном и поперечном направлениях необходимо, чтобы вся масса материала по меньшей мере однократно подверглась воздействию напряжения в зоне щели [84]. [c.149] Наиболее часто в двухчервячных экструдерах используют зацепляющиеся червяки (рис. 96). При этом практическое применение нашли червяки с различными углами подъема винтовой линии в зонах питания, плавления и дозирования (рис. 96,а), с постоянными размерами винтовых каналов (рис. 96,6), конические с постоянной глубиной канала и переменным шагом нарезки (рис. 96, в), с постоянной глубиной и переменным шагом в зонах питания и плавления (рис. 96, г), со смесительными элементами (рис. 96,(3) и с переменной шириной гребня нарезки (рис. 96, е). [c.149] Универсальные осциллирующие смесители нашли широкое применение в процессах окрашивания полимеров, производства красящих концентратов, а также концентратов, содержащих помимо пигментов стабилизаторы и другие добавки. Они характеризуются высокой производительностью при небольшом удельном расходе энергии, обеспечением достаточно хорошей гомогенизации, пластикации и дегазации перерабатываемых композиций при сравнительно небольшом износе червяков. Существенным преимуществом этих машин перед другими смесителями является быстрая очистка червяка в раскрывающемся корпусе. [c.151] Для приготовления концентратов пигментов используются универсальные осциллирующие смесители ЧОС типа Р (отечественные) или серии PR фирмы Buss AG (Швейцария) шести типоразмеров с производительностью от 15 до 5600 кг/ч. [c.151] Планетарные экструдеры — это смесители непрерывного действия, узел пластикации которых имеет вид планетарных валков (рис. 98). Машины имеют три зоны питания, пластикации и перемешивания. Узел пластикации и смешения состоит из центрального вала и, в зависимости от типоразмера, 6—12 планетарных валков, входящих в зацепление с центральным валом и внутренней нарезкой цилиндра. Центральный вал имеет привод, а планетарные валки свободно вращаются между цилиндром и центральным валом. Они не имеют подшипниковых опор и во время работы агрегата плавают в массе полимера. Каждый из планетарных валков представляет своего рода винтовой насос, поскольку его нарезка находится в зацеплении с центральным валом и внутренней выточкой цилиндра. Перерабатываемая смесь, попадая на питающий шнек, поступает в систему в осевом направлении, проходит основную зону и в многочисленных зазорах нарезки развальцовывается в тонкую пленку. [c.151] Материал с добавками находится в углублениях резьбы червяка и корпуса одновременно. Вектор его течения имеет составляющую в направлении оси и перпендикулярно ей. Изменяющаяся глубина резьбы вызывает послойное перемещение материала из выточки червяка в выточку корпуса и наоборот. Такому перемещению подвержена вся масса полимера, так как глубина резьбы в определенных точках сходит на нет , т. е. в этих местах не может оставаться ни одной частицы. Материал, помимо обычного в экструдерах поступательного движения, перемещается перпендикулярно оси машины, чем достигается характерное движение материала и перемешивающее действие пластосмесителя Трансфермикс . [c.152] Вернуться к основной статье