Постановка задачи
При производстве окрашенного гранулированного компаунда, содержащего, помимо основного полимера и пигмента, и другие компоненты, например, наполнитель и добавки, возникает ряд технологических проблем, среди которых:
- неполное диспергирование пигмента в полимерной матрице;
- неполное смешивание ингредиентов композиции;
- недостаточная теплостойкость пигмента;
- неравномерное окрашивание компаунда.
Индийская компания STEER решает эти проблемы, которые, кстати, усугубляются из-за частой смены цвета компаунда, за счет использования собственных двухшнековых экструдеров с сонаправленными шнеками и так называемой фракционной геометрии (fraction geometry) запатентованных многозонных шнеков, у которых геометрические параметры каждой зоны оптимизированы под соответствующую стадию переработки полимерного компаунда (загрузка, плавление, вентиляция и т.д.).
По этой причине и технология компаундирования, опробованная на многих полимерных материалах, получила название технологии фракционной геометрии FGT (Fraction Geometry Technology).
На рис. 1 в качестве примера показана геометрия участков шнеков FGT в различных зонах двухшнекового экструдера, в котором перерабатывается окрашиваемый полимерный компаунд. Практика показывает, что, благодаря комплексному воздействию на перерабатываемый материал деформаций сдвига, растяжения, кручения, сжатия и смятия, технология FGT обеспечивает более равномерное и эффективное перемешивание, а также полную гомогенизацию расплавленного компаунда по сравнению со стандартными шнеками, обозначаемыми в дальнейшем как STD (см. также статью автора в ПМ № 11 2024 г., с. 10–12. – Прим. ред.).
Целью настоящей работы было исследование процесса окрашивания полимерного материала с использованием технологии и шнеков FGT и сравнение полученных результатов с результатами окрашивания с помощью стандартных шнеков.
Объекты и методики исследований
В качестве объекта исследования был выбран предварительно подготовленный в высокоскоростном смесителе компаунд, в состав которого входили линейный ПЭНП (ЛПЭНП), карбонат кальция (СаСО3) в качестве наполнителя, желтый пигмент и добавки – стабилизатор и смазка (табл. 1).
На рис. 2 (а) представлена схема технологической линии производства гранулированного компаунда на основе двухшнекового экструдера модели Omega 40 H компании STEER (соотношение L/D = 48, где L и D – длина и диаметр шнеков соответственно) (рис. 2, б). Многозонный экструдер, приводимый в действие от привода с высоким крутящим моментом (high torque), включает последовательно расположенные зоны загрузки компаунда (1), предварительного смешивания, плавления, вентиляции (2 и 3), окончательного смешивания, вакуумирования (4) и дозирования. На выходе из экструдера стренги компаунда попадают в ванну охлаждения, а затем в гранулирующее устройство (5), откуда гранулы (6) поступают в бункер сбора (7). Скорость вращения шнеков варьировали в пределах от 50 до 600 об/мин, температура цилиндра в зоне плавления составляла от 120 до 160 °С. Дополнительная тепловая энергия в этой зоне, необходимая для подъема температуры компаунда выше точки его плавления, поступала в компаунд за счет диссипации механической работы перемешивания материала.
В дальнейшем из полученного цветного гранулированного компаунда методом экструзионно-раздувного формования изготавливали рукавную пленку, цветовое качество которой оценивали по показателю DЕ с помощью фотоспектрометра. Этот показатель, как известно, свидетельствует о точности передачи цвета по сравнению с эталоном. Шкала DЕ включает значения от 0 до 100. При этом значение 0 говорит о полном соответствии цвета испытуемого образца эталону, а 100 – о полном искажении цвета.
Результаты исследований и их обсуждение
На рис. 3 показан внешний вид гранулированных компаундов – эталонного и полученных с помощью шнеков STD и FGT, а также соответствующих образцов рукавных пленок, изготовленных на основе этих компаундов, а в табл. 2 приведены оптимальные параметры экструзии и значение показателя DЕ цвета пленок.
Внешне гранулы, полученные по технологии FGT (см. фото у заголовка статьи и рис. 3, а), выглядели более яркими и гладкими по сравнению с гранулами, полученными по стандартной технологии. Более высокое качество цвета компаунда, изготовленного по технологии FGT, визуально подтверждал и внешний вид соответствующих пленок (см. рис. 3, б). Преимущество технологии FGT для окрашивания материала было и количественно подтверждено с помощью фотоспектрометрического анализа. Так, оказалось, что у данной пленки значение ∆E составило менее 1, что указывает практически на полное соответствие ее цвета эталонному образцу, тогда как у пленки, изготовленной по стандартной технологии – 24, что свидетельствует о существенном искажении цвета (см. табл. 2).
Кроме того, технология экструзии FGT показала ряд следующих технико-экономических преимуществ по сравнению со стандартной технологией (см. табл. 2):
- более высокая массовая производительность (50 против 40 кг/ч) при меньших значениях скорости вращения шнека (250 против 300 об/мин), потребляемой мощности (6,0 против 8,2 кВт) и удельной механической энергии (0,12 против 0,205 кВт×ч/кг);
- меньшая температура перерабатываемого расплава компаунда (170 против 183 °С) благодаря комплексному, но при этом щадящему воздействию шнеков FGT на перерабатываемый материал.
Вывод
Таким образом, предлагаемая компанией STEER технология FGT двухшнековой экструзии окрашенного пластика позволяет добиться не только более высокого цветового качества гранулята и изготавливаемой из него продукции, но и более высоких технико-экономических показателей производства по сравнению со стандартной экструзионной технологией.
С 2011 г. компания ООО «Оссбергер» занимается продажей и консультацией в сферах переработки вторичного сырья и экструзии, поиском и доставкой необходимых деталей. В настоящее время компания успешно сотрудничает с экспертами и ведущими мировыми производителями, включая STEER, которые предоставляют самые современные технологические решения для клиентов ООО «Оссбергер» – переработчиков пластмасс из России и стран СНГ.
Герхард Оссбергер, представитель компании
STEER в России и странах СНГ
+7 (985) 459–47–17; gerhard@ossberger.ru;
www.ossberger.ru
Опубликовано в журнале «Полимерные материалы» № 12 (307) 2024 г., с. 30-32.
Advantages of FGT Technology for Extrusion of Colored Plastics
P. Hadimani
The article shows that the FGT technology of twin-screw extrusion of colored plastic makes it possible to achieve not only a higher color quality of the granulate and the products made from it, but also higher technical and economic indicators of production compared with standard extrusion technology.
