Технологія і обладнання для виробництва деревно-полімерного композиту

Технологія виготовлення продукції з термопластичних деревно-полімерних композитів на перший погляд здається, досить простий - все речовини які повинні входити в композит з'єднуються в однорідний матеріал і далі з них формується конкретний виріб певної форми і види. Але, щоб реалізувати цей процес, потрібна наявність складного технічного обладнання.

1. Принцип технологічного виробництва ДПК-виробів

Основною сировиною зазначеного матеріалу є деревне волокно, базова суспензійна або гранульована смола і близько 7 видів різних аддитивов.

Формувати матеріали ДПК екструзійним способом можна за двома схемами:

  • Двостадійна - компаундування + екструзія

  • Одностадійна - прямий тип екструзії.

Двостадійна схема має на увазі в першу чергу виготовлення виробів з вихідних інгредієнтів деревополімерного компаунда. Смолу і борошно поміщають в два силоси. Підсушене борошно і смола надходять в дозуючу установку. Далі в змішувачі під впливом високих температур до наявних інгредієнтів додають необхідні аддитиви. Отриману суміш формують за типом гранул і подають в охолоджувальний пристрій.


Технологія і обладнання для виробництва деревно-полімерного композиту

Схема отримання гранульованого деревополімерна компаунда


Технологія і обладнання для виробництва деревно-полімерного композиту

Схема екструзійного участка


У екструдері гранули за допомогою електронагрівачів доводять до пластичної гомогенної маси, і за рахунок оборотів шнека матеріал надходить до філь'єри. Пропущений через фільєру профіль калібрують і розпилюють поперек або уздовж. Потім сформовану продукцію укладають на приймальний стіл.



Технологія і обладнання для виробництва деревно-полімерного композиту


Пряма схема екструзії має на увазі пряме приміщення інгредієнтів в екструзійній установці. З бункера деревне борошно надходить в пристрій сушки, після якого рівень вологості матеріалу повинен складати не більше 1%. Далі сировина переміщається в накопичувальний бункер, після якого в дозатор і змішувач. Саме в змішувачі утворюється компаунд, який транспортується в подальшому в накопичувальну ємність екструзійної установки, де остаточно перемішується і нагрівається перед етапом видавлювання через фільєру. Потім матеріал охолоджують і при необхідності калібрують. Профілі необмеженої довжини нарізають на шматки потрібних розмірів.


Технологія і обладнання для виробництва деревно-полімерного композиту


Екструзійні ДПК можуть реалізовуватися в невеликих приміщеннях за допомогою одного агрегату, а можуть виготовлятися у величезних промислових цехах, де існують цілі лінії устаткування. У великих підприємств є десятки виробничих екструдерів.

Незалежно від схеми виготовлення ДПК в будь-якому випадку потрібний рівномірний нагрів, причому кожен сегмент обладнання повинен мати свою температуру. Компанія «ТЕН24» спеціалізується на виробництві електронагрівачів для екструдерів і обладнання по обробці полімерів.

У нас ви можете знайти:

  • Кільцеві і напівкільцеві нагрівачі для циліндричних поверхонь екструдера. Залежно від типу корпусу та ізоляції нагрівальний пристрій виробляє температуру 300-350 ° С.

  • Плоскі нагрівачі для плоских поверхонь промислового обладнання. Виконуються в стандартній, П- і Г-образній формі. Подають температури до 350 ° С, не витрачаючи високої потужності. Корпус буває металевим або міканітовим. Може оснащуватися термопарою для контролю температури і мати різну кількість зазорів під пази. Варто врахувати, що чим більше отворів в нагрівачі, тим менше його поверхню нагріву.

  • Соплові нагрівачі - назва вже визначає місце установки. Мають мінімальні габарити, але відмінно справляються з високоточним нагріванням невеликих поверхонь. Не бояться заливки компаундом.



Граничні температури робочої суміші (лінія 228 градусів - температура займання деревини)
Граничні температури робочої суміші (лінія 228 градусів - температура займання деревини)

Здебільшого природні і синтетично виведені полімери при термічному навантаженні понад 100 °С схильні до деградації. Пояснюється це тим, що енергії окремих молекул досить, щоб зруйнувати міжмолекулярні зв'язки. При збільшенні температури чисельність таких молекул зростає. Наслідком є ​​скорочення молекулярних ланцюгів полімерів. Матеріал під впливом температур понад 100 ° С окислюється, і деградація молекул стає масовим явищем. Гаряча екструзія вимагає ретельного контролю температури оброблюваної суміші. Важливо прагнути до зниження температурних показників і скоротити час робочого циклу. Полімери деградують також при природному старінні композиту особливо під впливом ультрафіолету.

Розплавлена ​​композитна суміш в циліндрі екструдера зазвичай обробляється при тиску, який може становити від 50 до 300 бар. Рівень тиску безпосередньо залежить від виду суміші, конструкції екструзійної установки, форми необхідного профілю і швидкості подачі розплаву. Промислові екструдери сучасної збірки розраховані на робочий тиск до 700 бар.

Ключовим об'єктом, який виконує обробку матеріалів ДПК, є екструдер. Далі ми детальніше розглянемо деякі типи екструзівного обладнання.

Види екструзівного обладнання для обробки ДПК

Робота екструдера за принципом схожа з функціоналом звичайної м'ясорубки. Шнек під час циркуляції захоплює матеріал, що надходить в обладнання через приймальний бункер, ущільнює і перемішує його, а потім проштовхує в фільєру.

За рахунок стиснення суміші в циліндричному відділі екструдера виділяється тепло, але для якісної переробки і створення гомогенної маси цих температур недостатньо, тому на дану ділянку обладнання встановлюють кільцеві нагрівачі з термопарою.

Найпростіші, недорогі і поширені - Одношнекові екструдера.

Широко використовуються і інші типи екструдерів, у яких шнек має конічну форму. Його конструкція нагадує циліндричне обладнання, але сам шнек і порожнина установки конічні. Даний тип конструкції енергійніше захоплює і проштовхує суміш в робочу порожнину, ущільнює її і набагато швидше піднімає тиск близько фільєри.



Технологія і обладнання для виробництва деревно-полімерного композиту


За рівнем продуктивності добре зарекомендували себе екструзийні установки в конструкції, яких є відразу два шнека різної форми. Вони якісніше і швидше змішують матеріал. Шнеки при цьому можуть циркулювати в різні боки.

Висока продуктивність і відмінні змішувальні властивості роблять двушнекові екструдера найбільш підходящими видами обладнання для прямої екструзії термопластів ДПК. Вони здатні здійснювати змішування матеріалів і подачу готової гомогенного речовини в фільєру. Їх також використовують для двостадійного процесу виробництва гранул ДПК.

На сьогоднішній день все частіше використовується методика математичного моделювання процесу екструзії, що застосовується для розрахунків і складання екструдера і фільєри.

Моделювання

Екструзійне обладнання по обробці матеріалів ДПК має мати ефективний рівень дегазації, що необхідна для відводу парів і газів. Поверхні установки повинні бути зносостійкими. Наприклад, шнек повинен упрочнятися молібденом, а циліндр проходити глибоке азотування.

Технологія виробництва ДПК вимагає, щоб вологість застосовуваної деревної муки становила не більше 1%. Сучасне ж обладнання для обробки даного матеріалу з легкістю справляється з борошном, вологість якого може доходити до 8%. Такі можливості обумовлені наявністю потужної системи дегазації. Це не означає, що обладнання виконує функцію сушарки, дегазаційна система всього лише видаляє вологу з робочої суміші. В процесі екструзії волога повинна піти з матеріалу, щоб консистенція суміші була щільною, а композит мав довговічну структуру. Для виробів, які в подальшому будуть встановлені усередині приміщень, цей критерій не є обов'язковим, вони можуть бути більш пористими.


Технологія і обладнання для виробництва деревно-полімерного композиту


Екструзійне обладнання, що використовується для двостадійного процесу попереднього гранулювання ДПК, оснащується головкою гранулювання, яка розташовується на місці фільєри. Дана головка на виході з екструдера створює потік розділених потоків суміші невеликого діаметру. Їх можна розрізати ножем для отримання відрізків певної довжини.

Повноцінні гранули виходять після етапу охолодження, яке проводять за допомогою потоку холодного повітря або води. Гранули після охолоджувальних робіт висушують. Їх можна зберігати, транспортувати та переробляти в елементи на наступних технологічних процесах роботи з ДПК екструдуванням, литтям або пресуванням.

Фільєри (головки) екструдерів

Фільєра необхідна для додання розплаву певної форми. Даний інструмент є змінним елементом обладнання і може мати різні варіації виду, які і визначають зовнішній вигляд майбутнього виробу. Фільєра остаточно формує структуру матеріалу. Вона впливає на точні показники поперечного перерізу виробу, гладкість його поверхні, механічні характеристики.


Технологія і обладнання для виробництва деревно-полімерного композиту


Для виробництва складних профілів використовуються фільєри з великим опором по відношенню до руху розплаву. Основне завдання фільєри - вирівнювання об'ємної швидкості різних потоків розплавленої маси в голівці по всьому перетину профілю. При виготовленні складного профілю використовується менша швидкість, ніж при виконанні простих виробів. Цей критерій варто враховувати ще на етапі конструювання профілю.


Технологія і обладнання для виробництва деревно-полімерного композиту


Дозуючі пристрої та змішувачі.

Конструкційні вироби повинні мати в першу чергу постійний склад і рівномірну структуру. Технологія ДПК вимагає великої уваги до засобів дозування, перемішування і подачі. При обробці ДПК можуть використовуватися найрізноманітніші схеми реалізації зазначених робіт. Дозування можна здійснити одним із таких способів:

  1. Простий метод об'ємного дозування - висипання матеріалу в ємність з певними розмірами (бочки, відра і т.д.)

  2. Дозування на вагах.

  3. Безперервна методика об'ємного дозування. Найчастіше здійснюється за рахунок дозатора шнека, де регулювання порції відбувається на основі змін швидкості подачі пристрою.

  4. Комбінований спосіб дозування. Одні складові компоненти можуть дозувати одними методами, а інші - іншими.



Технологія і обладнання для виробництва деревно-полімерного композиту


Об'ємне дозування значно дешевше інших, а найточнішим методом є все ж вагове дозування. Безперервна методика відмінно підходить для автоматизованих процесів переробки ДПК.

Змішування всіх компонентів може відбуватися холодним або гарячим способом. Гарячі компаунди направляють відразу в обладнання екструдера, де відбувається їх формування або в гранулятор і охолоджувач для освіти гранул.

Гранули в основному характеризуються стабільною насипною масою і піддаються точному дозуванню у великих обсягах. Порошок і деревне борошно цими ж способами краще не дозувати, тому результат буде неточним. Речовини подібні до пилу, і органічні рідини мають схильність до спалахів і вибухонебезпечні. Деревне борошно підходить під цю категорію матеріалів.

Змішувати компоненти можна різними способами. Справитися з цим допоможуть різні пристрої, починаючи від простих мішалок і закінчуючи складними автоматизованими системами на великих підприємствах.

Живильники

Деревне борошно характеризується поганою сипучістю і маленькою насипною щільністю. Навіть якщо шнек обертається з дуже високою швидкістю, він не може захоплювати досить пухке борошно. Для вирішення даної проблеми була розроблена система примусового харчування екструдера. Матеріал подається в завантажувальну зону під тиском для забезпечення достатньої його щільності. Тип примусового харчування зазвичай виготовляється під конкретні види суміші.

Охолоджувач.

За стандартом виробничий цикл екструзії закінчується охолодженням готового виробу. Зазвичай для охолоджувальних робіт застосовують водяні системи. Гарячий виріб під холодними струменями води скидає температуру і набуває кінцеву форму і характерні параметри. Дана технологія використовується, коли немає високих вимог до якості поверхні профілю і точності його форми. Якщо все ж необхідно надати деякі точні характеристики виробу в подальшому можна вдатися до шліфування або облицювання. Для отримання високоточних і якісних профілів використовують калібратори. Ще один вид охолодження дозволяє отримувати більш точні вироби - природне повітряне охолодження. Проводять його на рольганге.

Калібратори.

Температура профілю на виході після формування може становити до 200 ° С. Під час охолодження відбувається термоусадка, і виріб змінює свої параметри. Калібратор необхідний для примусової стабілізації профілів під час охолоджувальних робіт.

Калібрувальні системи за типом охолодження бувають водяними і повітряними. Але, є і калібратори змішаного типу, які краще здатні притискати профіль до своїх формуючих поверхонь. До найточніших відносяться вакуумні установки калібрування. У водяних системах калібрування здійснюється за рахунок приставки фільєри з водяним вихровим охолодженням.

Тягнучий пристрій і відрізна пила.

Тільки що сформований виріб, який ще не пройшов етап охолодження характеризується підвищеною крихкістю і легко піддається деформації. Щоб полегшити його протягання через калібратор, застосовують спеціальний  тягнучий пристрій.

Виріб захоплюється гусеничними траками і витягується з калібруючого пристрою з заданою стабільною швидкістю. Існують також і валкові інструменти.

Поділ довгого профілю на відрізки певної довжини забезпечує рухлива дискова маятникова пила. Під час розпилу вона рухається одночасно з профілем, а потім приймає вихідне положення. Пили бувають також поздовжніми. 

Приймальний стіл

Приймальні поверхні можуть мати різні варіанти конструкції і рівень механізації. Найчастіше застосовуються найпростіші варіанти гравітаційних скидачів.

Оздоблювальні роботи.

В основному профілю ДПК після екструзівного формування не жадаю специфічних доробок. Але, при деяких застосуваннях все ж потрібно проводити деяку обробку для додання естетики.

Упаковка

Повністю готовий і оброблений профіль обтягують спеціальною плівкою і фіксують поліпропіленовою або металевою стрічкою. Для відповідних елементів може створюватися додатковий захист у вигляді картонних прокладок або поліетиленової плівки. Маленькі профілі поміщають в жорстку упаковку у вигляді риштувань або картонних ящиків.





Дивитися усі статі


.

Задати питання

Логотип ТЕН 24
Для того, щоб купити нагрівачі або надіслати електронною поштою питання заповніть форму або просто зателефонуйте за телефонами