Изготовление композиций на основе полимеров

Переработка полимеров в изделия заключается в выполнении ряда производственных операций, объем и последовательность которых определяются технологическими и экономическими факторами, такими как природа полимера, тип изделия, которое необходимо получить (пленка, волокна, формованные изделия и т. д.), а также количество изделий.

Как правило, для получения конкретных полимерных материалов изготавливают многокомпонентные композиции, в которые помимо полимеров входят различные специальные добавки.

Ингредиенты, вводимые в полимеры, могут быть в виде газов, жидкостей или твердых частиц, причем каждая добавка оказывает специфическое влияние на полимер.

Введение в полимерную композицию добавок или вспо­могательных материалов позволяет:

• изменить физические и химические свойства;
• предотвратить или замедлить деструкцию при старении;
• снизить стоимость материала;
• изменить цвет, прозрачность и другие оптические свойства и внешний вид;
• улучшить технологические свойства (способность к перера­ботке).

При введении добавок в полимер должно обеспечиваться получение гомогенной массы материала в наиболее пригодном для переработки на соответствующем оборудовании виде. Выбор применяемого оборудования зависит от типа полимера и метода переработки. Для перемешивания полимерной композиции используют следующее оборудование: лопастные мешалки и смесители, вальцы, закрытые смесители, смесители-экструдеры.

Основное требование, предъявляемое к процессу смешения, достижение равномерного распределения компонентов в смеси за минимально возможное время.

Простейший вид оборудования для смешения — барабанный смеситель: все компоненты загружают в барабан, который вра­щается одновременно в разных плоскостях, обеспечивая тщательное перемешивание смеси.

Лопастные смесители бывают двух видов: а) смесители с Z- и Σ-образными рабочими органами (лопастями); б) ленточные смесители. В Z- и Σ-образных смесителях роторы вращаются в двух смежных камерах с различными скоростями, обеспечивая возникновение сложного потока материала.

Роль лопастей в ленточном смесителе выполняет лента, обвивающая по спирали вал. Последний вращается в смесительной камере, выполненной в форме эллипсоидного цилиндра.

Смесители с псевдоожиженным слоем позволяют осуществлять смешение быстро и с высокой степенью диспергирования. Движение компонентов обеспечивается регулируемыми струями воздуха.

Интенсивное перемешивание компонентов происходит на пальцах при прохождении материала в зазоре между валками. Валки вращаются в противоположных направлениях, в результате чего материал втягивается в зазор. Для интенсификации процесса смешения валки вращаются с различными скоростями (с так называемой фрикцией). Максимальное значение фрикции валков составляет 1:1,4.

Рабочую температуру валков, зависящую от природы смешиваемых компонентов, поддерживают за счет циркуляции пара, воды или другого теплоносителя через внутренние полости валков.

Смешиваемый материал проходит в зазор между валками и постепенно образует сплошное полотно, охватывающее передний (рабочий) валок, температура которого поддерживается на 3—5 °С выше, чем заднего. Производительность вальцов сравнительно низка, а трудовые затраты высоки. Поэтому их использование и промышленности ограничивается специальными технологи­ческими процессами.

Интенсивное перемешивание компонентов происходит и смесителях закрытого типа. Загрузочная камера такого смесителя закрывается гидравлическим затвором. Эти машины в принципе схожи со смесителями с Z- и Σ-образными лопастями, ус­тановленными в закрытой сдвоенной смесительной камере. Хорошее перемешивание компонентов в смесителе закрытого типа достигается за счет развитой поверхности роторов, контак­тирующей с материалом, малой фрикции, относительно низкой температуры роторов, узкого рабочего зазора, создания сложной траектории потока перемешиваемых материалов.

Вальцы и смесители закрытого типа обеспечивают достаточно высокое качество смешения. Однако их использование для переработки полимеров сопряжено со значительными неудобствами из-за периодичности загрузки. Для обеспечения не­прерывного процесса необходимо использовать шнековые экс­трудеры. Одно-, двух- и многошнековые экструдеры по выходу и качеству получаемого продукта значительно превосходят смесители закрытого типа.

Гомогенизирующая способность двухшнековых экструдеров выше, чем одношнековых.