Технология и оборудование для производства древесно-полимерного композита

Технология изготовления продукции из термопластичных древесно-полимерных композитов на первый взгляд кажется, достаточно простой — все вещества которые должны входить в композит соединяются в однородный материал и далее из них формуется конкретное изделие определенной формы и вида. Но, чтобы реализовать данный процесс, требуется наличие сложного технического оборудования.

1. Принцип технологичного производства ДПК-изделий

Основным сырьем указанного материала является древесное волокно, базовая суспензионная или гранулированная смола и около 7 видов различных аддитивов.

Формовать материалы ДПК экструзивным способом можно по двум схемам:

  • Двухстадийная — компаундирование + экструзия

  • Одностадийная — прямой тип экструзии.

Двухстадийная схема подразумевает в первую очередь изготовление изделий из исходных ингредиентов древеснополимерного компаунда. Смолу и муку помещают в два силоса. Подсушенная мука и смола поступают в дозирующую установку. Далее в смесителе под воздействием высоких температур к имеющимся ингредиентам добавляют необходимые аддитивы. Полученную смесь формируют по типу гранул и подают в охладительное устройство.


Технология и оборудование для производства древесно-полимерного композита

Схема получения гранулированного древеснополимерного компаунда


Технология и оборудование для производства древесно-полимерного композита

Схема экструзионного участка


В экструдере гранулы с помощью электронагревателей доводят до пластичной гомогенной массы, и за счет оборотов шнека материал поступает к фильере. Пропущенный через фильеру профиль калибруют и распиливают поперек или вдоль. Затем сформированную продукцию укладывают на приемный стол.



Технология и оборудование для производства древесно-полимерного композита


Прямая схема экструзии подразумевает прямое помещение ингредиентов в экструзивную установку. Из бункера древесная мука поступает в устройство сушки, после которого уровень влажности материала должен составлять не более 1%. Далее сырье перемещается в накопительный бункер, после которого в дозатор и смеситель. Именно в смесителе образуется компаунд, который транспортируется в дальнейшем в накопительную емкость экструзионной установки, где окончательно перемешивается и нагревается перед этапом выдавливания через фильеру. Затем материал охлаждают и при необходимости калибруют. Профили неограниченной длины нарезают на куски нужных размеров.


Технология и оборудование для производства древесно-полимерного композита


Экструзионные ДПК могут реализовываться в небольших помещениях с помощью одного агрегата, а могут изготавливаться в огромных промышленных цехах, где существуют целые линии оборудования. У крупных предприятий имеются десятки производственных экструдеров.

Независимо от схемы изготовления ДПК в любом случае требуется равномерный нагрев, причем каждый сегмент оборудования должен иметь свою температуру. Компания «ТЭН24» специализируется на производстве электронагревателей для экструдеров и оборудования по обработке полимеров.

У нас вы можете найти:

  • Кольцевые и полукольцевые нагреватели для цилиндрических поверхностей экструдера. Зависимо от типа корпуса и изоляции нагревательное устройство вырабатывает температуру 300-350°С.

  • Плоские нагреватели для плоских поверхностей промышленного оборудования. Выполняются в стандартной, П- и Г-образной форме. Подают температуры до 350°С, не затрачивая высокой мощности. Корпус бывает металлическим или миканитовым. Может оснащаться термопарой для контроля температуры и иметь различное количество зазоров под пазы. Стоит учесть, что чем больше отверстий в нагревателе, тем меньше его поверхность нагрева.

  • Сопловые нагреватели — название уже определяет место установки. Обладают минимальными габаритами, но отлично справляются с высокоточным нагревом небольших поверхностей. Не боятся заливки компаундом.



Предельные температуры рабочей смеси (линия 228 градусов - температура воспламенения древесины)
Предельные температуры рабочей смеси (линия 228 градусов - температура воспламенения древесины)

По большей части природные и синтетически выведенные полимеры при термической нагрузки более 100°С склонны к деградации. Объясняется это тем, что энергии отдельных молекул достаточно, чтобы разрушить межмолекулярные связи. При увеличении температуры численность таких молекул возрастает. Итогом является сокращение молекулярных цепей полимеров. Материал под воздействием температур более 100°С окисляется, и деградация молекул становится массовым явлением. Горячее компаундирование и экструзия требуют тщательного контроля температуры обрабатываемой смеси. Важно стремиться к снижению температурных показателей и сократить время рабочего цикла. Полимеры деградируют также при естественном старении композита особенно под воздействием ультрафиолета.

Расплавленная композитная смесь в цилиндре экструдера обычно обрабатывается при давлении, которое может составлять от 50 до 300 бар. Уровень давления напрямую зависит от вида смеси, конструкции экструзионной установки, формы требуемого профиля и скорости подачи расплава. Промышленные экструдеры современной сборки рассчитаны на рабочее давление до 700 бар.

Ключевым объектом, выполняющим обработку материалов ДПК, является экструдер. Далее мы подробней рассмотрим некоторые типы экструзивного оборудования.

Виды экструзивного оборудования для обработки ДПК

Работа экструдера по принципу схожа с функционалом обычной мясорубки. Шнек во время циркуляции захватывает материал, поступающий в оборудование через приемный бункер, уплотняет и перемешивает его, а затем проталкивает в фильеру.

За счет сжатия смеси в цилиндрическом отделе экструдера выделяется тепло, но для качественной переработки и создания гомогенной массы этих температур недостаточно, поэтому на данный участок оборудования устанавливают кольцевые нагреватели с термопарой.

Самые простые, недорогие и распространенные — одношнековые экструдера.

Широко используются и другие типы экструдеров, у которых шнек имеет коническую форму. Его конструкция напоминает цилиндрическое оборудование, но сам шнек и полость установки конические. Данный тип конструкции энергичней захватывает и проталкивает смесь в рабочую полость, уплотняет ее и намного быстрее поднимает давление около фильеры.



Технология и оборудование для производства древесно-полимерного композита


По уровню производительности хорошо зарекомендовали себя экструзивные установки в конструкции, которых имеется сразу два шнека разной формы. Они качественней и быстрее смешивают материал. Шнеки при этом могут циркулировать в разные стороны.

Высокая производительность и отличные смесительные свойства делают двушнековые экструдера самыми подходящими видами оборудования для прямой экструзии термопластов ДПК. Они способны осуществлять смешивание материалов и подачу готового гомогенного вещества в фильеру. Их также используют для двухстадийного процесса производства гранул ДПК.

На сегодняшний день все чаще используется методика математического моделирования процесса экструзии применяемая для расчетов и сборки экструдера и фильеры.

Моделирование

Экструзивное оборудование по обработке материалов ДПК должно иметь эффективное устройство дегазации необходимое для отвода паров и газов. Поверхности установки должны быть износостойкими. К примеру, шнек должен упрочняться молибденом, а цилиндр проходить глубокое азотирование.

Технология производства ДПК требует, чтобы влажность применяемой древесной муки составляла не более 1%. Современное же оборудование для обработки данного материала с легкостью справляется с мукой, влажность которой может доходить до 8%. Такие возможности обусловлены наличием мощной системы дегазации. Это не означает, что оборудование выполняет функцию сушилки, дегазационная система всего лишь удаляет влагу из рабочей смеси. В процессе экструзии влага должна уйти из материала, чтобы консистенция смеси была плотной, а композит имел долговечную структуру. Для изделий, которые в дальнейшем будут установлены внутри помещений, данный критерий не является обязательным, они могут быть более пористыми.


Технология и оборудование для производства древесно-полимерного композита


Экструзивное оборудование, используемое для двухстадийного процесса предварительного гранулирования ДПК, оснащается головкой гранулирования, которая располагается на месте фильеры. Данная головка на выходе из экструдера создает поток разделенных ручейков смеси небольшого диаметра. Их можно разрезать ножом для получения отрезков определенной длины.

Полноценные гранулы получаются после этапа охлаждения, которое проводят с помощью потока холодного воздуха или воды. Гранулы после охладительных работ высушивают. Их можно хранить, транспортировать и перерабатывать в элементы на последующих технологических процессах работы с ДПК экструдированием, литьем или прессовкой.

 Фильеры (головки) экструдеров

Фильера необходима для придания расплаву определенной формы. Данный инструмент является сменным элементом оборудования и может иметь различные вариации вида, которые и определяют внешний вид будущего изделия. Фильера окончательно формирует структуру материала. Она влияет на точные показатели поперечного сечения изделия, гладкость его поверхности, механические характеристики.


Технология и оборудование для производства древесно-полимерного композита


Для производства сложных профилей используются фильеры с большим сопротивлением по отношению к движению расплава. Основная задача фильеры — выравнивание объемной скорости разных потоков расплавленной массы в головке по всему сечению профиля. При изготовлении сложного профиля используется меньшая скорость, чем при выполнении простых изделий. Данный критерий стоит учитывать еще на этапе конструирования профиля.


Технология и оборудование для производства древесно-полимерного композита


При помощи двухручьевых или даже многоручьевых фильер есть возможность производить одновременно несколько профилей.

Дозирующие устройства и смесители.

Конструкционные изделия должны обладать в первую очередь постоянный состав и равномерную структуру. Технология ДПК требует большого внимания к средствам дозирования, перемешивания и подачи. При обработке ДПК могут использоваться самые различные схемы реализации указанных работ. Дозирование можно осуществить одним из следующих способов:

  1. Простой метод объемного дозирования — высыпание материала в емкость с определенными размерами (бочки, ведра и т.д.)

  2. Дозирование на весах.

  3. Непрерывная методика объемного дозирования. Чаще всего осуществляется за счет дозатора шнека, где регулировка порции происходит на основе изменений скорости подачи устройства.

  4. Комбинированный способ дозирования. Одни составляющие компоненты могут дозироваться одними методами, а другие — другими.


Технология и оборудование для производства древесно-полимерного композита


Объемное дозирование значительно дешевле остальных, а самым точным методом является все же весовое дозирование. Непрерывная методика отлично подходит для автоматизированных процессов переработки ДПК.

Смешивание всех компонентов может происходить холодным или горячим способом. Горячие компаунды направляют сразу в оборудование экструдера, где происходит их формовка или в гранулятор и охладитель для образования гранул.

Гранулы в основном характеризуются стабильной насыпной массой и поддаются точному дозированию в больших объемах. Порошки и древесную муку этими же способами лучше не дозировать, т. к. результат будет неточным. Вещества подобные до пыли, и органические жидкости имеют склонность к возгораниям и взрывоопасны. Древесная мука подходит под данную категорию материалов.

Смешивать компоненты можно разными способами. Справиться с этим помогут разные устройства, начиная от простых мешалок и заканчивая сложными автоматизированными системами на больших предприятиях.

Питатели

Древесная мука характеризуется плохой сыпучестью и маленькой насыпной плотностью. Даже если шнек вращается с очень высокой скоростью, он не может захватывать достаточно рыхлой муки. Для решения данной проблемы была разработана система принудительного питания экструдера. Материал подается в загрузочную зону под давлением для обеспечения достаточной его плотности. Тип принудительного питания обычно изготавливается под конкретные виды смеси.

Охладитель.

По стандарту производственный цикл экструзии заканчивается охлаждением готового изделия. Обычно для охладительных работ применяют водяные системы. Горячее изделие под холодными струями воды сбрасывает температуру и приобретает конечную форму и характерные параметры. Данная технология используется, когда нет высоких требований к качеству поверхности профиля и точности его формы. Если все же необходимо придать некоторые точные характеристики изделию в дальнейшем можно прибегнуть к шлифовке или облицовке. Для получения высокоточных и качественных профилей используют калибраторы. Еще один вид охлаждения позволяющий получать более точные изделия — естественное воздушное охлаждение. Проводят его на рольганге.

Калибраторы.

Температура профиля на выходе после формовки может составлять до 200°С. Во время охлаждения происходит термоусадка, и изделие меняет свои параметры. Калибратор необходим для принудительной стабилизации профилей во время охладительных работ.

Калибрующие системы по типу охлаждения бывают водяными и воздушными. Но, есть и калибраторы смешанного типа, которые лучше способны прижимать профиль к своим формирующим поверхностям. К самым точным относятся вакуумные установки калибрования. В водяных системах калибровка осуществляется за счет приставки фильеры с водяным вихревым охлаждением.

Тянущее устройство и отрезная пила.

Только что сформованное изделие, которое еще не прошло этап охлаждения характеризуется повышенной хрупкостью и легко поддается деформированию. Чтобы облегчить его протяжку через калибратор, применяют специальное гусеничное тянущее устройство.

Изделие захватывается гусеничными траками и вытягивается из калибрующего устройства с задаваемой стабильной скоростью. Существуют также и валковые тянущие инструменты.

Разделение длинного профиля на отрезки определенной длины обеспечивает подвижная дисковая маятниковая пила. Во время распила она двигается одновременно с профилем, а затем принимает исходное положение. Пилы бывают также продольными. А тянущее устройство может находиться в одной установке с пилой.

Приемный стол

Приемные поверхности могут иметь разные варианты конструкции и уровень механизации. Зачастую применяются самые простые варианты гравитационных сбрасывателей.

Отделочные работы.

В основном профиля ДПК после экструзивной формовки не требую специфических доработок. Но, при некоторых применениях все же нужно проводить некоторую отделку для придания эстетики.

Упаковка

Полностью готовый и обработанный профиль обтягивают специальной пленкой и фиксируют полипропиленовой или металлической лентой. Для ответственных элементов может создаваться дополнительная защита в виде картонных прокладок или полиэтиленовой пленки. Маленькие профиля помещают в жесткую упаковку в виде обрешеток или картонных ящиков.





Возврат к списку


.