Особливості переробки стирольних пластиків

ударостійкий полістирол

Ударостійкий полістирол являє собою продукт кополімеризації стиролу з каучуком. Залежно від призначення ударостійкий полістирол, що випускається відповідно до ГОСТу 28250-89 «Полістирол. Технічні умови », має 4 групи марок, що розрізняються за величиною ударної в'язкості: полістирол сверхударопрочний, високим, середнім і низьким ударопрочности. Ударостійкий полістирол випускається термо- або светостабілізірованнимв вигляді однорідних нефарбованих або забарвлених гранул розміром 2-5 мм. Для виробництва екструзійних виробів технічного призначення рекомендується використовувати високов'язкі марки: УПМ-0503, УПМ-0508, УПС-0803Е, УПМ-0703Е, УПС-0801. Нові марки УПС-800ФМ, УПС-825Д, УПС-825Е, УПС-825ТГ з підвищеною стійкістю до утворення тріщин, стійкістю до низьких температур, важкогорючі випускаються по ТУ 2214-001-49510617-99, ТУ 2214-009-00203521-94.

Регламентовані показники ударостійкого полістиролу по ГОСТ включають масову частку залишкового мономера, допустиму вологість, механічні показники (міцність при розтягуванні, відносне подовження при розриві, ударну в'язкість по Шарпі на зразках з надрізом), технологічні характеристики (ПТР при Т = 200 0 С, Р = 5 кгс і розкид показника в межах партії). Загальні довідкові показники матеріалу наведені в таблиці 1.

Через невисоку в порівнянні з НПВХ і АБС-пластиками міцності на удар, низькою атмосферостойкости і підвищеної горючості ударостійкий полістирол в даний час рідко застосовується для виробництва профільних виробів.

АБС-пластик є продуктом прищепленої кополімеризації акрилонітрилу, бутадієну і стиролу. Матеріал має високу міцність на удар і жорсткістю, хорошою працездатністю при низьких і підвищених температурах, хорошим опором до стирання, високу хімічну стійкість, гарні діелектричні властивості. Температура застосування матеріалу від -40 до +80 0 С, короткочасно - до 100 0 С.

Таблиця 1. Довідкові показники ударостійкого полістиролу

Примітки
(1) Пофарбований матеріал не змінює кольору при опроміненні лампою ПРК-2 протягом 100 годин при температурі 50 0 С на відстані 300 мм до джерела заспівана.
(2) Матеріал не змінює кольору при витримці при T = 230 0 С протягом 20 хв.

АБС-пластики володіють підвищеною стійкістю до повзучості. Так, при кімнатній температурі модуль пружності при дії напруги 7 МПа протягом 1000 год змінюється не більше ніж в 2 рази. При більш високих температурах і рівнях напружень, особливо вище 65 0 С і 14 МПа, зниження механічних показників може бути значним і перевищувати 50%.

Вплив на властивості впливу навколишнього середовища

У звичайних умовах (при нормальній температурі і вологості) атмосферні чинники не роблять помітного впливу на властивості АБС-пластиків. Однак при підвищених температурах, вологості, різкій зміні температур, при впливі сонячного світла деталі з АБС вимагають певного захисту, так як при цих умовах змінюються механічні показники матеріалу і псується зовнішній вигляд виробів: перш за все знижується глянець деталей і відбувається зміна кольору (білі сорти жовтіють ). У деяких випадках можливе навіть розтріскування деталі або значна втрата міцності. Для поліпшення погодостойкость виробів з АБС-пластиків їх дублюють полівінілхлоридної або забарвленої поліакрілатних плівкою. Однак дублювання знижує міцність на удар, особливо при низьких температурах. Пофарбовані марки АБС дещо краще чинять опір ствию навколишнього середовища, найбільш стійкими є чорні композиції.

Хороші результати по захисту АБС від УФ-випромінювання і впливу атмосферних чинників дає покриття поверхні виробу тонким шаром ПММА в процесі соекструзії, хоча це здорожує випуск продукції. Такий метод широко застосовується при виробництві листових матеріалів. Нижній шар з АБС забезпечує листам якісне термоформування, високу ударостійкість і стійкість до низьких температур. Шар акрилу захищає АБС від УФ-променів, з бездоганною якістю поверхні з сильним блиском, підвищену хімічну стійкість. Матеріал стійкий до впливу будь-яких чинників зовнішнього середовища: після тривалої експлуатації комбінованих виробів колір матеріалу практично не змінюється. Акриловий шар захищає також поверхню листа від подряпин.

Великий вплив на зовнішній вигляд екструдіруемих профілів надає якість попередньої підготовки сировини. Хоча АБС-пластики не є сильно гігроскопічними матеріалами, але при зберіганні на поверхні гранульованого матеріалу конденсується волога. Процес особливо інтенсифікується, коли холодний гранулят зі складу доставляється в виробниче приміщення з теплим вологим повітрям. Зазвичай гранули АБС-пластика містять 0,3-0,4% вологи. При екструзії вологість сировини є причиною утворення в виробах раковин, пустот, шорсткості поверхні і значного зниження міцності. Для отримання якісних профільних виробів вологість матеріалу не повинна перевищувати 0,05-0,09%. З метою усунення підвищеної вологості гранулят перед переробкою необхідно підсушувати. Оптимальним вважається режим сушіння гранул при температурі 80 0 С протягом 3 год. В бункерних сушарках з продувом гарячого повітря через товщу матеріалу для сушіння досить 2 ч. При температурі вище 80 0 С спостерігається злипання гранул, особливо поблизу металевих поверхонь, що неприпустимо, так як грудки гранул можуть перекрити живить отвір екструдера і викликати порушення технологічного процесу.

При зберіганні підсушеного матеріалу в закритих поліетиленових мішках волога зазвичай не виявляється протягом 4-5 ч. Якщо після сушки залишкова волога досить велика, то на внутрішній поверхні мішка виявляються крапельки вологи у вигляді туману. Слід мати на увазі, що при тривалій сушці змінюється плинність розплаву матеріалу. Так, ПТР гранул АБС-пластика при сушінні протягом 3 год при 70 0 С знижується на 10%, протягом 5 ч - на 30%, таким чином, тривала сушка негативно впливає на технологічні властивості матеріалу.

устаткування

АБС можна екструдувати на будь-яких стандартних екструдерах для переробки пластмас. Через високу в'язкості розплаву для переробки різних марок АБС потрібні машини з підвищеною потужністю приводу (на 25% вище, ніж для переробки ударостійкого полістиролу). Слід надавати перевагу екструдери з довжиною шнека 20: 1, 24: 1 або 30: 1, оскільки такі шнеки забезпечують більш рівномірний розподіл температур в розплаві і хороше перемішування матеріалу. Екструдери доцільно оснащувати бункерами з підігрівом матеріалу. При застосуванні екструдерів з дегазацією забезпечується більш висока якість продукту завдяки видаленню летких речовин при переробці і усувається необхідність підсушування матеріалу.

Шнек екструдера - однозаходний, з постійним кроком і прогресивно зменшується глибиною нарізки. Ступінь стиснення 2: 1-2,5: 1. АБС-пластики - високов'язкий матеріал, тому шнеки для його переробки повинні мати більш глибокі канали, ніж канали шнеків для ударостійкого полістиролу. Шнеки з дрібними каналами покращують змішання матеріалу, але сдвиговое вплив значно підвищує температуру розплаву, що може несприятливо вплинути на якість виробу і стабільність технологічного режиму переробки. У таблиці 3 наведені розміри шнеків довжиною 20D.

Поліпшення змішувального впливу досягається в шнеках з зонами інтенсів¬ного впливу на матеріал. На малюнку 1 показані можливі варіанти смесітель¬них секцій шнека одношнекового екструдера.

Таблиця 3. Розміри шнеків для екструзії АБС-пластиків

Діаметр шнека D, мм

технологічне оснащення

Для виробництва профільних виробів використовуються прямоточні головки. Для запобігання розкладання матеріалу слід уникати застійних зон в голівці. Розбухання АБС-пластиків невелика і складає по площі поперечного перерізу 1,2-1,4. Довжина формуючої частини фільєри звичайно приймається рівної 20-30 зазорам; величину зазору орієнтовно приймають рівною товщині стінки профілю. Деталі головки, що стикаються з розплавом, хромують і полірують. Калібрування профілів, як правило, здійснюється за допомогою довгомірних вакуумних пристроїв, або коротких пластин або втулок, встановлених у вакуумній ванні. Матеріал швидко набуває жорсткість при охолодженні, тому при «запуску» профілю досить охолодити екструдат в короткій вакуумної охолоджувальної втулці, щоб профіль набрав товарного зовнішній вигляд, після чого поступово встановлюють робочу швидкість екструзії, синхронізуючи подачу матеріалу шнеком і відведення вироби тягне пристроєм.

особливості переробки

Основними технологічними факторами, що впливають на якість погонажних профільних виробів і продуктивність агрегату, є температурний режим по зонах циліндра і головки екструдера, частота обертання шнека, тиск в голівці, швидкість відводу профілю, ступінь витяжки екструдата, режим калібрування і охолодження вироби.

Температурний режим переробки визначається в'язкістю матеріалу. У порівнянні з ударостійким полістиролом в'язкість АБС-пластиків вище, тому температури по зонах циліндра і головки також встановлюють трохи вище. Так, температура по зонах циліндра в напрямку від завантажувального воронки до голівки зазвичай приймається в діапазоні 180-220 0 С, а температура головки - 200-210 0 С. При переробці АБС-пластиків не завжди вдається повністю використовувати максимальну продуктивність екструдера. Підвищення частоти обертання шнека до верхньої межі може обмежувати недостатня потужність приводного двигуна, перегрів розплаву в результаті механічного розігріву, виникнення нестабільної роботи екструдера (пульсація продуктивності). Хороша якість екструдата на виході з головки досягається при порівняно високому тиску в голівці. Зазвичай тиск в 10-20 МПа досить для екструзії більшості профільних виробів. Тиск в голівці при заданій геометрії фільєри регулюється за допомогою зміни швидкості обертання шнека, зміни температури, підбором оптимальної геометрії шнека, установкою на вході в головку решітки з пакетом фільтруючих сит. Установка фільтруючих решіток і сит доцільна при виготовленні товстостінних виробів на голівках низького опору.

Мал. 1. Варіанти змішувально-диспергирующих елементів шнеків для переробки АБС:
1 - стрижнева смесительная секція;
2 - змішувальна секція Dulmage;
3 - змішувальна секція Saxton;
4 - СТМ-секція;
5 - змішувальна секція у вигляді кільцевого виступу;
6 - секція змішання Union Carbide

Число сіток при переробці АБС приймають від 2 до 6 при кількості отворів на 1 см дорівнює 40-180. При недостатньо високому тиску в голівці зменшується продуктивність екструдера, погіршується гомогенізація розплаву, може виникнути нерівномірність течії, особливо в місцях фільєри, значно віддалених від осі екструзії. При високому тиску може спостерігатися надмірне підвищення температури розплаву і зменшення формоустоічівості екструдата. Зростає також навантаження на двигун приводу.

Охолодження виробів при екструзії

При екструзії профілів, особливо разнотолщинних, потрібно забезпечити рівномірний охолодження вироби, інакше виникають термічні напруги, що викликають жолоблення виробу, відхилення від прямолінійності, скручування. Температура води в системі охолодження ванні повинна бути, по можливості, регульована, щоб температура поверхні виробу на виході з ванни становила 70-80 0 С. Температуру калібрує пристрою рекомендується підтримувати на рівні 80-90 0 С. Мінімальні залишкові напруги при екструзії труб і трубообразних профілів досягаються при використанні двосекційних ванн. У першій секції довжиною 1-1,25 м підтримують температуру води 40-50 0 С. Для зниження залишкових напруг і подальшої усадки при прогріванні труби або профілю рекомендується ступінь витяжки приймати не більше 1,10-1,15.

термічний відпал

Нерівномірний охолодження при калібруванні призводить до викривлення профілю. Часто важко підібрати умови, при яких викривлення по довжині знаходиться в допустимих межах. У таких випадках «шабельного» доводиться усувати термообробкою. У деяких випадках диференційний нагрів-охолодження ділянок профілю може усунути проблему ще в лінії. При неможливості забезпечити прийнятну прямолінійність вироби використовують термічний відпал готових профілів, для чого прямолінійні відрізки профілів щільно упаковують в шпулі або іншу тару з поганою теплопровідністю і занурюють в гарячу воду (65-75 0 С) на 30-60 хв, після чого повільно охолоджують. Можливий також отжиг в повітряної печі протягом 2-3 ч. При відпалі необхідно забезпечити відносно вільне переміщення профілів по довжині і по можливості обмежити поперечне переміщення. Основні труднощі в проведенні термообробки - знайти підходящу по довжині ванну або піч.

Редакція оплачує на договірній основі
технічні статті, маркетингові звіти, рецептури, огляди ринку
і іншу галузеву інформацію та права не її розміщення

Повне або часткове використання будь-яких матеріалів, розміщених на Plastinfo.ru,
в ЗМІ, друкованих виданнях, маркетингових звітах, дозволяється тільки за умови посилання
на «Plastinfo.ru» і в деяких випадках вимагає письмового дозволу ТОВ Пластінфо