Разработка композита на основе более дешевых компонентов и технологической схемы его производства (стр. 7 из 9)
Технологическая схема получения композиционных материалов включает следующие стадии:
· подготовка и подача сырья в производство;
· дозирование компонентов;
· экструзия и грануляция;
· сушка и расфасовка готовой продукции;
Для получения композиционных материалов используются следующие виды сырья: гранулированный полимер (полипропилен), армирующие добавки, наполнители.
Гранулированный полипропилен вручную высыпается из мешков в бункер растарочной установки Б-6300, из которого вакуумтранспортом подается в бункер Б-8100 для промежуточного хранения.
Из бункера полимер самотеком поступает в загрузочную емкость Б-2100 через специальный штуцер, установленной на ней растарочной установки Б-2100.
Управление загрузкой емкости и выгрузкой полипропилена из нее осуществляется в автоматическом режиме по показателям уровня с помощью электропневматических задвижек.
Загрузка емкости Б-2100 может осуществляться также вручную через загрузочное отверстие растарочной установки Б-2100.
Из емкостей материалы в количестве, определенным рецептурой и производительностью экструдера, подаются непрерывными весовыми дозатороми ВД-2100 в загрузочную воронку первой зоны экструдера Э-3000.
Подготовка смеси включает в себя следующие операции:
· взвешивание определенного количества добавок на напольных электронных весах;
· загрузка компонентов в передвижные контейнеры объемом 150 л;
· смешивание компонентов непосредственно в контейнерах с помощью смесителя;
· подача контейнеров с предварительной смесью добавок к узлу загрузки в дозирующее оборудование.
От мест загрузки компонентов в контейнеры и смесители предусмотрены местные отсосы с целью исключения попадания пыли в рабочее помещение. Запыленный воздух перед выбросом в атмосферу подвергается очистке в рукавном фильтре V-7700.
Смесь добавок через систему дозирования, состоящую из непрерывных шнековых дозаторов, в которых она дополнительно перемешивается, подается в загрузочную воронку первой зоны экструдера Э-3000.
С целью предотвращения попадания пыли в рабочую зону в местах растаривания наполнителей и загрузки их в экструдер предусмотрены местные отсосы запыленного воздуха, который выбрасывается в атмосферу после очистки в фильтре V-7700.
Поступившие в двухшнековый экструдер Э-3000 компоненты плавятся, перемешиваются до гомогенного состояния, расплав проходит через экструзионную головку с фильерой для образования стренг (прутков).
Привод экструдера состоит из двигателя переменного тока с редуктором с бесступенчатой регулировкой числа оборотов. Двигатель выполнен с двойным кожухом для охлаждения циркулирующей деминерализованной водой, охлаждаемой оборотной водой.
Экструдер снабжен фильтром расплава постоянного действия, который предназначен для исключения попадания в стренги посторонних металлических включений. Система смены фильтровальных сит постоянного действия обеспечивает смену сит без сокращения активной поверхности фильтрации и без уменьшения потока расплава, с минимальными скачками давления.
Поддержание заданной температуры в зонах экструдера, системе смены сит и экструзионной головке осуществляется с помощью электрообогрева, (нагревательные элементы располагаются непосредственно у обогреваемых зон) и водяного охлаждения. Охлаждение производится деминерализованной водой (конденсатом), которая находится в рецикле и охлаждается оборотной водой в системе охлаждения. Замер температуры корпуса экструдера осуществляется во всех зонах обогрева экструдера. Температура зон экструдера и экструзионной головки регулируется автоматически через программный регулятор.
В экструдере предусмотрена зона дегазации для удаления продуктов разложения, образующихся при плавлении компонентов. Выделяющиеся пары и газы удаляются из зоны аспирации системой вакуумного отсоса. Часть веществ растворяется в деминерализованной воде вакуумных насосов и отводится в канализацию хим. загрязненных вод. Нерастворенные пары и газы от вакуумной установки отсасываются вентилятором МV-7750 и выбрасываются в атмосферу.
Полученные стренги (прутки) охлаждаются деминерализованной водой в системе из ванн В –1,2. Поверхностная влага со стренг удаляется специальным отсасывающим приспособлением S-5300. Затем стренги режутся на гранулы заданного размера в грануляторе G-5501. Гранулы просеиваются на классификационном вибросите ВС-5600 для отделения некондиционных фракций: мелкой – менее 2-х мм, крупной – более 5-мм.
Товарные гранулы из-под вибросита по системе вакуумтранспорта, состоящей из приемной воронки B-6100, воздуходувки P-6100 направляются на окончательную сушку.
Для достижения гранулированным продуктом остаточной влажности менее 0,1% предусмотрена непрерывная система сушки, состоящая из приемной воронки В-6101, сушильной емкости В-6102, установки подачи и регенерации воздуха сушки, нагревателя воздуха HS-6100. Система сушки работает в автоматическом режиме.
Высушенный гранулированный композиционный материал вакуумтранспортом направляется в бункеры для готовой продукции Б-8200 и Б-8300. Предусмотрены две линии транспортировки продукта в каждый из бункеров от специальной воронки В-6200 с двумя выгрузочными штуцерами, расположенной под сушильной емкостью В-6102. На бункерах Б-8200 и Б-8300 установлены приемные циклоны VA-6201 и VA-6202. Загрузка бункеров и выгрузка из них материала производится по показателям уровня.
Из бункеров готовая продукция самотеком по двум трубопроводам (по одному из каждого бункера) поступает в приемную воронку B-8400 с двумя приемными штуцерами, расположенную над автоматической установкой для расфасовки AS-6500. Воронка снабжена указателями уровня. Выбор бункера, из которого будет производиться расфасовка, осуществляется с помощью электропневматических задвижек XSV-8200 и XSV-8300.
Производительность установки при заполнении готовым продуктом мешков разных видов следующая:
· 900 кг/ч – заполнение мешков по 25 кг.
· 1000 кг/ч – заполнение контейнеров.
Расфасованный гранулят композиционного материала электропогрузчиками направляется к местам хранения на складе готовой продукции, с которого отгружается потребителю.
5.4 Описание основного оборудования
Двухшнековый экструдер – принцип действия его основан на вращении шнеков в одинаковом направлении. Митериал непрерывно поворачивается вдоль отверстия, вокруг шнеков, имеющих форму 8. Благодаря профилю шнека, прочесывающему всю зону пространства, в котором протекает технологический процесс, достигается высокая степень гомогенизации и самоочистки.
Технические данные экструдера приведены в таблице 4.
Таблица 4. – Технические данные экструдера
| Производи-тельность, кг/час | Диаметрщнека, мм | Число оборотовшнека, об/мин | Масса, кг | МощностьОбогрева, кВт | Мощность электродвигателя, кВт |
| До 600 | 90 | 12,5–125 | 7500 | 55 | 19,2 |
Принцип работы экструдера Э-3000.
Дозированная загрузка материала в двухшнековый экструдер производится прямо через наполнительную горловину наполнительной камеры. Принудительные перемещения обеспечиваются встраиванием специального шнекового элемента со сдвигающей кромкой. Производительность зависит от свободного поперечного сечения прохода, наклона шнека и числа оборотов, а также от внешней и внутренней сил трения и помехи вращению в надсводной части шнека. Оптимальное втягивание продукта обеспечивается выбором геометрии шнековых элементов и стравливанием воздуха в последующей технологической цепи.
Пластификация, гомогенизирование и диспергирование обеспечивается за счет встраивания специальных месительных элементов.
В зоне дегазации вытягиваются потенциально имеющиеся в материале летучие компоненты.
В конце шнека в зоне вывода продукта создается давление, обеспечивающее преодоление сопротивления потока выносимого материала, а также механизма замены сит и формазадающих инструментов. Несмотря на открытие канала, достигается частично принудительное транспортирование благодаря влиянию сопротивления надсводной части.
5.5 Расчет температуры расплава в формующей головке
Технологический процесс производства композиционных материалов обусловлен такими параметрами, как температура, скорость охлаждения потока, скорость вращения шнека и потери давления в формующей головке. Температура расплава влияет на прочность, относительное удлинение, вязкость расплава и соответственно изменяются потери давления в формующей головке, производительность и степень гомогенизации расплава.
Известно, что полимеры перерабатываются при различных температурах, но для каждого метода выбираются температуры, обеспечивающие необходимые значения вязкости расплава. Поскольку формование материала происходит при выдавливании расплава через более узкую щель, то температура полимера повышается. Расчет температуры расплава основан на использовании показателя текучести расплава.
Для расчета температуры расплава при производстве композиционных материалов используем уравнение (2.1), [2]
Тэ=
, (1)