Основы экструзии: Вода, вода повсюду (но держите ее подальше от внешнего мира).

Аллан Грифф | 11 сентября 2017 г.

Наводнение в Техасе, где пластик критически важен, напомнило мне, что водостойкие пластиковые изделия — лодки, брезенты, сумки всех видов — спасают много имущества и даже жизни, но при экструзии, как в Хьюстоне и Флориде, вода часто является врагом. .

Это происходит одним из двух способов (или обоими):

«Древний моряк» Сэмюэля Тейлора Кольриджа, который сказал: «Вода, вода повсюду, и ни капли для питья», проиллюстрирован здесь Гюставом Доре. Обратите внимание, что балка мачты выглядит как шнек экструдера.

Косметический — вода, поглощенная смолой, на выходе из матрицы превращается в пар и образует пузыри, ямки или пунктирные линии на поверхности изделия. Внутри экструдера она достигает температуры значительно выше 100°C (212°F), но давление слишком велико, чтобы обеспечить кипение, и вода остается в жидкой форме до тех пор, пока ее давление не упадет при прохождении через кромки матрицы.

Как правило, все, что содержит больше 0,1% воды (бутылка с водой емкостью 16 унций в Gaylord), оставляет видимые следы, но также будут иметь значение рецептура, скорость выхода из матрицы и просадка.

Многие полимеры (такие как АБС и ПММА) поглощают из обычной атмосферы больше; другие (PS) достаточно граничны, чтобы проявляться при высокой влажности; а некоторые (ПЭ, ПП, ПВХ) вообще не впитывают влагу.

Однако это не освобождает их от ответственности, поскольку они могут содержать такие добавки, как белые или черные красители, а также наполнители, такие как древесина или карбонат кальция. Или полимеры могли намокнуть из-за хранения на открытом воздухе под дождем или в помещении под протекающей крышей или даже из трубы холодной воды над открытым бункером, на которой конденсируется вода теплого воздуха.

Химическая реакция — некоторые полимеры представляют собой конденсационные полимеры, особенно полиэфиры (такие как ПЭТ), поликарбонаты и семейство нейлонов (полиамидов). Все они производятся путем реакции -H одного мономера с –OH другого, в результате чего H-OH = H₂O = вода.* Вода удаляется в процессе производства, два свободных конца соединяются вместе, и в результате получается полимер. действительно водостойкий. Однако, если она становится достаточно горячей, например, при плавлении в экструдере, любые молекулы воды вокруг хотят вернуться туда, откуда они пришли, и, таким образом, разорвать цепь, образовавшуюся при первоначальной реакции. Количество воды, которое может серьезно повредить цепи, намного меньше, чем необходимо, чтобы избежать видимых (косметических) следов - это больше похоже на ложку, а не на бутылку на 16 унций воды в Gaylord.

Так что мы можем сделать? Двумя наиболее распространенными способами избежать этих проблем являются предварительная сушка и вентиляция. При предварительной сушке сырье нагревается горячим воздухом в бункере над экструдером или в аналогичном резервуаре рядом и непрерывно подается в экструдер. Бункер должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить достаточное время для высыхания высушиваемого материала. Таким образом, сырье горячее, но все еще твердое, и условия экструзии не такие, как при корме комнатной температуры.

При вентиляции ствол имеет отверстие — у одновинтовых примерно на 70% ниже подачи; у близнецов расположение варьируется. Винтовые конструкции отличаются от невентилируемых систем тем, что в вентилируемом месте имеются глубокие каналы, которые частично заполняются там, поэтому из вентиляционного отверстия ничего не выходит (хотя иногда это происходит). К тому времени, когда материал достигает вентиляционного отверстия, он уже достаточно горячий, чтобы выпарить находящуюся там воду, особенно если применить вакуум. Вакуум также удаляет воздух, что необходимо для большинства линий подачи порошка.

Оба процесса обычно достаточны для смол PE-PP-PS, но не обязательно для ABS, PMMA и конденсационных полимеров. Для них традиционным методом является осушающая бункер-сушилка, в которой воздух пропускают через осушитель, а затем через материал в бункере, достаточно большом, чтобы обеспечить необходимое время сушки. Это может занять до шести часов, в зависимости от смолы, размера частиц, температуры воздуха и конструкции сушилки. Существуют и другие методы сушки — замораживание, инфракрасное излучение, вакуум — но вентиляционные отверстия стали жизнеспособной альтернативой, особенно (но не только) для ПЭТ в двухшнековых машинах. Чтобы удалить достаточно влаги и свести к минимуму разрыв цепи, такие линии должны работать быстро (уменьшается время пребывания), а скорость подачи должна быть оптимизирована.