Смешанный полимер с концентратом красителей следует засыпать в бункер литьевой машины небольшими порциями.
Сушка полимера при подготовке к переработке играет важное значение в достижении требуемого цвета изделий и устранении разводов на их поверхности.
Сушку полимера можно проводить отдельно или вместе с концентратом красителей (предварительно смешав), если требуется сушка концентрата перед переработкой.
Сушка полимера (отдельно или вместе с концентратом красителей) не должна приводить к изменению цвета самого полимера, в частности, к пожелтению. Изменение цвета возможно в результате термической деструкции полимера при сушке.
В случае, если полимер нетермостабилен, требуется сушка полимера под вакуумом при пониженной температуре. Сокращают продолжительность сушки.
Стадия пластикации – наиболее ответственная стадия в обеспечении равномерности окраски изделий.
Окрашивать полимеры концентратами красителей при литье под давлением можно только на литьевых машинах со шнековой пластикацией.
Для получения хорошо окрашенных изделий стадия пластикация должна обеспечить высокую степень смешения полимера с концентратом. Хорошее качество смешения достигается при высокой частоте вращения шнека N (линейной скорости V) и высоком давлении пластикации Рпл.
Частоту вращения шнека N и давление пластикации Рпл нужно устанавливать высокими одновременно. Повышение температуры материала Тп (нагревательных цилиндров) способствует достижению равномерности окраски изделий. Это связано с тем, что с повышением Тп вязкость материала снижается и распределение красителей (пигментов) в окрашиваемом материале облегчается. Чрезмерное увеличение температуры материала может привести к деструкции полимера или красителей. При этом изменяется цвет изделий.
Качество смешения красителей с полимером при пластикации можно оценить по внешнему виду струи, вытекающей при впрыске из сопла (без впрыска её в форму). При хорошем качестве смешения струя равномерно окрашена, на ней нет разводов. Только при таком качестве смешения достигается равномерное окрашивание изделий в форме.
Процессы формования оказывают влияние на равномерность окраски изделий. Это влияние зависит от конфигурации изделия, конструкции формы и технологических параметров формования.
Выбор марки полимера для окрашивания. Для получения хорошо окрашенных изделий нужно применять натуральные (неокрашенные) марки полимера. Если исходный полимер уже окрашен, например, в белый цвет, то при введении концентратов красителей получается не окрашивание, а так называемое «перекрашивание». При «перекрашивании» изделия получаются блеклыми, не ярко выраженных тонов.
«Перекрашивание» часто является причиной образования такого дефекта как мрамор, когда белые полосы на поверхности изделия чередуются с окрашенными.
Улучшению «перекрашивания» и уменьшению разводов способствует улучшение смешения полимера с концентратами красителей при пластикации. Для этого увеличивают частоту вращения шнека, давление пластикации, повышают температуру материала.
Наоборот, для получения поверхности изделия, окрашенной под мрамор, технологические параметры изменяют в противоположном направлении.
Проведенный анализ и обобщение существующих разработок показал:
· Возрастание объемов производства ПЭВД для изготовления товаров народного потребления.
· Основным направлением для повышения конкурентоспособности полимерной продукции является модификация полиэтилена как на стадии синтеза, так и на стадии переработки, окрашивания и наполнения.
Таким образом анализ литературы показал, что для совершенствования технологии изготовления полиэтиленовых труб, для расширения их ассортимента и улучшения качества рекомендуется:
– использование экструзионного оборудования при переработке;
– изменение конструкции шнека, приводящее к принципиальным улучшениям процесса, за счет внедрения в процесс захватывающей втулки, снабженной пазами. У полимерной массы появляется возможность зацепиться за пазы, что предотвращает ее одновременное вращение со шнеком;
– использование суперконцентратов для придания улучшенного внешнего вида полиэтиленовым трубам и одновременно – расширения ассортимента.
Задачей патентных исследования является исследование тенденций развития производства полиэтиленовых труб с повышенной прочностью и различной окраски.
По результатам проведенного поиска по РЖ ВИНИТИ Химия «Технология полимерных материалов», и бюллетеня «Изобретения. Полезные модели» выявлено, что ведущей страной в разработке технологии получения полиэтиленовых труб является РФ, эта страна выбрана в качестве страны поиска. Глубина поиска по источникам патентной и научно-технической документации принята 10 лет, исходя из потребности для решения поставленной задачи. Начало поиска 1 января 2006 г.
Поиск проводился по фондам ЭТИ СГТУ и в Интернете: www.fips.ru по следующим материалам:
| Предмет поиска | Цель поиска информации | Страны поиска | Классификационные индекса: | Наименование источников информации, по которым проводился поиск | |
| Научно-техническая документация | Патентная документация | ||||
| Способы изготовления полиэтиленовых труб | Создание полиэтиленовых труб с повышенной прочностью и различной окраски для расширения ассортимента | РФ | МПК6 F16L 9/08 – 9/12МПК7 B29D 23/00 | Реферативный журнал «Химия. Технология полимерных материалов».№1,1996 – №2, 2006 | «Изобретения»№1, 1996 – №18, 1996№1, 1998 – №36, 1998№1, 1999 – №24, 1999«Изобретения. Полезные модели»№1, 2000 –№20, 2006www.fips.ruс 1995 по 2006 года |
1.3 Характеристика исходного сырья, вспомогательных материалов и готовой продукции
Качественные показатели полиэтилена низкого давления марки 277–73 соответствуют ГОСТ 16338–85 [33, 34] и приведены в таблице 1.3.
| № п/п | Наименование показателя | Значение показателей |
| 1 | Плотность, г/см3 | 0,958–0,964 |
| 2 | Показатель текучести расплава, г /10 мин | 17,6–25,6 |
| 3 | Разброс показателя текучести расплава в пределах партии, % не более | 18 |
| 4 | Количество включений, шт. не более | 5 |
| 5 | Массовая доля золы, % не более | 0,03 |
| 6 | Массовая доля летучих веществ, % не более | 0,09 |
| 7 | Содержание стабилизатора, % не менее | - |
| 8 | Запах и привкус водных вытяжек, балл, не более | 1 |
В качестве красителя предлагается использовать суперконцентраты (СКП 101 – красный, СКП 501 – синий, СКП 301 – желтый). Качественные показатели, которых соответствуют ТУ 2243 – 001 – 23124265 – 2000 и приведены в таблице 1.4.
Физико-механические характеристики готовой продукции – напорных труб из ПЭВП марки 277–73 (ГОСТ 16338–85), для хозяйственного-питьевого водоснабжения приведены в таблице 1.5.
| № п/п | Наименование показателя | Значение показателя |
| 1 | Внешний вид | Гранулы размером 2–5 мм. Количество гранул размером менее 2 мм и более 5 мм менее 1%. |
| 2 | Цвет (оттенок) окрашенного полимера | Соответствует цвету образца. |
| 3 | Качество окрашивания | Равномерное окрашивание по тону без разводов и включений более 0,5 мм |
| 4 | Насыпная плотность, г/см3 | 2,5 |
| 5 | Термостойкость, °С, не менее | 200 |
| 6 | Миграционная стойкость | Миграция отсутствует |
| 7 | Показатель текучести расплава концентрата не менее г/10 мин | 2,5 |
| 8 | Коэффициент трения статический, не более | 0,25 |
Таблица 1.5. Характеристика готовой продукции
| № п/п | Наименование показателя | Значение показателя |
| 1 | Предел текучести при растяжении, МПа, не менее | 17,0 |
| 2 | Разрушающее напряжение при растяжении, МПа, не менее | 11,0 |
| 3 | Относительное удлинение при разрыве, % не более | 400 |
| 4 | Ударная вязкость без надреза, кДж/м2, не менее | 4,1 |
| 5 | Температура хрупкости, °С | от – 50 до – 70 |
1.4 Описание технологического процесса
Технологический процесс изготовления изделий состоит из следующих стадий [34]:
- Подготовка сырья (сушка).
- Формование трубы экструзией.
- Охлаждение труб.
- Механическая обработка изделий.
Исходный материал из бункера для хранения направляется в сушилку гранул для удаления поверхностной влаги из полимера. Загрузка сырья проводится через загрузочный бункер экструдера 1.
Принцип работы экструдера состоит в том, что в нагреваемом материальном цилиндре вращается шнек, который уплотняет, расплавляет и гомогенизирует полимерную массу, затем выдавливает ее сквозь выходное отверстие формующей головки. Все эти технологические процессы происходят внутри материального цилиндра. Поэтому шнек разделен на несколько зон (зона питания, зона сжатия или плавления, зона дозирования или гомогенизации). Разделение шнека на зоны следует из поставленных перед экструдером задач.
В одношнековом экструдере движение материала в зоне питания происходит за счет сил трения между полимерной массы между, стенкой цилиндра и шнеком.
Принципиальных улучшений удалось добиться с внедрением в процесс захватывающей втулки, снабженной пазами. У полимерной массы появляется возможность зацепиться за пазы, что предотвращает ее одновременное вращение со шнеком. Пустоты между частицами сыпучего продукта заняты воздухом. Перед полным расплавлением полимера этот воздух необходимо выдавить или отсосать. Этого можно добиться постоянным уменьшением глубины нарезки при ее неизменном шаге (шнек с уменьшающейся длиной канала), или же за счет уменьшения шага витка (шнек с дегрессивным шагом).