Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Оборудование для получения и переработки полимерных материалов. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

1 / 101 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > Следующая >>>

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ДИЗАЙНА»

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ

ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Утверждено Редакционно-издательским советом

университета в качестве учебного пособия

Санкт-Петербург

2019

УДК 678.05 (075.8)

О-22

Оборудование для получения и переработки полимерных материалов: учеб. пособие / А. А. Лысенко, Л. М. Штягина, О. В. Асташкина, В. В. Марценюк – СПб.: ФГБОУ ВО «СПбГУПТД», 2019. – 90 с.

ISBN 978-5-7937-1768-7

 ФГБОУВО «СПбГУПТД», 2019  Лысенко А. А., 2019  Штягина Л. М., 2019  Асташкина О. В., 2019  Марценюк В. В., 2019

ББК 24.7-5я73 О-22

Рецензенты:

доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой

физики ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет

промышленных технологий и дизайна»

К. Г. Иванов;

доктор химических наук, профессор, ведущий научный сотрудник

Института высокомолекулярных соединений РАН

Ю. Н. Сазанов

Учебное пособие рассматривает вопросы производства полимерных материалов и изделий на их основе. Представлено современное технологическое оборудование для переработки полимерных материалов. Особое внимание уделено поэтапному рассмотрению производства полимерных материалов с указанием необходимых и задаваемых характеристик как исходных компонентов, так и конечных продуктов. Рассмотрены технологические линии и агрегаты с указанием их технологических параметров.

Учебное пособие предназначено для студентов направления

18.03.01 «Химическая технология» (для бакалавров) института прикладной химии и экологии.

УДК 678.05 (075.8)

ББК 24.7-5я73

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... 5

1. Производство полиэтиленовой пленки методом раздува ........................... 6

1.1. Описание технологического процесса ................................................... 6

1.1.1. Транспортировка и хранение полиэтилена .................................. 7

1.1.2. Дозирование, смешение сырья и плавление полиэтилена .......... 8

1.1.3. Формование рукавной пленки ..................................................... 10

1.1.4. Вытяжка пленки, намотка ............................................................ 11

1.1.5. Упаковка и сортировка полиэтиленовой пленки ....................... 12

1.2. Характеристики исходного сырья, вспомогательных материалов

и готовой продукции ......................................................................................... 13

1.3. Экструзионные линии и агрегаты для получения полиэтиленовой

пленки методом раздува ................................................................................... 14

1.4. Основные параметры технологического процесса ............................. 16

2. Производство резанных полипропиленовых нитей и ламинированных

изделий на их основе ......................................................................................... 18

2.1. Описание технологического процесса ................................................. 18

2.1.1. Экструзия ....................................................................................... 20

2.1.2. Фильтрация расплава .................................................................... 21

2.1.3. Формование ................................................................................... 21

2.1.4. Охлаждение .................................................................................... 21

2.1.5. Резка…………… ............................................................................ 22

2.1.6. Вытяжка и термофиксация ........................................................... 22

2.1.7. Намотка .......................................................................................... 22

2.1.8. Ламинирование ткани ................................................................... 24

2.2. Характеристики исходного сырья, вспомогательных материалов

и готовой продукции ......................................................................................... 26

2.3. Технологическое оборудование ............................................................ 32

2.4. Основные параметры технологического процесса ............................. 34

3. Производство нетканого материала «Спанбонд» фильерным

способом ............................................................................................................. 36

3.1. Описание технологического процесса получения «Спандбонда» .... 36

3.1.1. Транспортировка и хранение гранулята ..................................... 37

3.1.2. Сушка гранулята ........................................................................... 38

3.1.3. Смешение и дозировка гранулята ............................................... 38

3.1.4. Расплав полимера, транспортировка и фильтрация расплава

полимера………. ................................................................................................ 39

3.1.5. Формование ................................................................................... 42

3.1.6. Охлаждение и вытягивание свежесформованных нитей .......... 45

3.1.7. Укладка и транспортировка материала ....................................... 49

3.1.8. Метод термоскрепления ............................................................... 49

3.1.9. Увлажнение и сушка нетканого материала ................................ 50

3.2. Характеристика исходного сырья, вспомогательных материалов

и готовой продукции ......................................................................................... 51

3.3. Технологическое оборудование и основные параметры

технологического процесса .............................................................................. 53

4. Производство полиоксадиазольной нити «Арселон» ................................ 58

4.1. Описание технологического процесса ................................................. 58

4.1.1. Подготовка исходных мономеров ............................................... 60

4.1.2. Загрузка и растворение исходных мономеров в олеуме ........... 60

4.1.3. Синтез полимера ........................................................................... 62

4.1.4. Разбавление и гомогенизация раствора полимера ..................... 63

4.1.5. Фильтрация и обезвоздушивание прядильного раствора ......... 63

4.1.6. Формование и отделка .................................................................. 67

4.1.7. Циркуляция осадительной и промывочных ванн ...................... 68

4.1.8. Формование и вытягивание нити ................................................ 72

4.1.9. Промывка и сушка нити ............................................................... 73

4.1.10. Намотка нити и передача продукции ........................................ 74

4.2. Характеристика используемого сырья, материалов и готовой

продукции ........................................................................................................... 75

4.3. Спецификация технологического оборудования ................................ 83

4.4. Основные параметры технологического процесса ............................. 87

ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................................. 88

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .............................................................. 89

ВВЕДЕНИЕ

Получение изделий из полимерных материалов является сложным техно-

логическим процессом, сопряженным с жестким нормированием и контролем параметров на каждой стадии. Оборудование, обеспечивающее поддержание всех параметров играет главную роль в технологии. Для удобства рассмотрения всех протекающих процессов, от загрузки сырья, до получения готовой продукции каждая технология разделена на последовательные этапы, конкретное оборудование и результат (продукт), который должен быть получен на каждой стадии. В связи с этим в учебном пособии подробно рассматриваются свойства исходных компонентов, готовой продукции и, в случае необходимости, вспомогательных компонентов. Приведены технологические схемы и описание конкретного оборудования, технологические параметры и нормы контроля.

В первой главе рассматривается производство полиэтиленовой пленки

методом раздува. Полиэтилен является довольно распространенным полимером для получения различных изделий за счет простоты формования. Он находит своё применение в производстве пленок, труб, изоляции электрических кабелей, предметов домашнего обихода.

Во второй главе рассматривается производство резанных полипропиле-

новых нитей и ламинированных изделий на их основе. Основной стадией в производстве ламинированных изделий является ткачество и термоскрепление нитей. Полученные таким образом ламинированные изделия используются для изготовления так называемых «Биг-бэгов» – мягких контейнеров грузоподъемностью от 300 до 3000 кг, в основном применяемых для транспортировки сыпучих материалов.

В третьей главе рассматривается производство нетканого материала

«Спанбонд» фильерным способом. Термин «Спанбонд» используется не только для обозначения материала, но и для обозначения самой технологии производства нетканого материала из расплава полимера фильерным способом, которое затем вытягивают в воздушном потоке, укладывают на движущийся транспортёр и образуют текстильное полотно.

В четвертой главе представлено производство полиоксадиазольной нити

«Арселон». Это первое и единственное в мире термостойкое волокно на основе поли-пара-фенилен-1,3,4-оксадиазола, выпускаемое в промышленном масштабе. Высокая термическая устойчивость позволяет эксплуатировать изделия при температуре до 400 °С.

Учебное пособие состоит из введения, четырех глав, заключения, списка

библиографических источников и содержит 33 рисунка, 35 таблиц, 20 библиографических ссылок.

1. ПРОИЗВОДСТВО ПОЛИЭТИЛЕНОВОЙ ПЛЕНКИ МЕТОДОМ

РАЗДУВА

1.1. Описание технологического процесса

Полиэтилен (ПЭ) является термопластичным полимером, плавится без

разложения, поэтому целесообразно получение полиэтиленовой пленки осуществлять методом формования из расплава. Преимущества формования из расплава, по сравнению с формованием из раствора: высокая скорость формования, экологическая безвредность, так как отсутствует испарение растворителя в окружающую среду, не используется осадительная ванна, отсутствует необходимость регенерации растворителя и осадителя [1].

Основными по объемам перерабатываемых материалов и выпускаемой

продукции на сегодняшний день являются экструзионные методы получения пленок – плоскощелевая экструзия, которой получают плоские плёнки, и экструзия с раздувом, используемая для изготовления рукавных плёнок. Сущность метода заключается в формовании заготовок необходимой формы из расплава полимера с их последующим охлаждением и фиксацией формы.

Экструзионно-раздувный метод имеет ряд преимуществ по сравнению с

другими методами получения полимерных плёнок [2]. К ним относятся:

 возможность получения плёнок, имеющих «сбалансированные» пока-

затели механических свойств в продольном и поперечном направлениях;

 возможность получения двуосно-ориентированных плёнок, которые

могут применяться в качестве термоусадочного упаковочного материала;

 возможность получения более прочной плёнки при той же толщине и

используемом материале, чем при плоскощелевой экструзии;

 удобство применения полученной плёнки для изготовления мешков;  низкая отходность производства благодаря исключению операции по

обрезке кромок большой ширины;

 возможность на головках сравнительно малых размеров получать

плёнки больших размеров.

Технологический процесс получения полиэтиленовой плёнки методом

раздува включает в себя следующие стадии:

 транспортировка и хранение полимера;  дозирование, смешение сырья и плавление ПЭ;  формование рукавной плёнки;  вытяжка плёнки, намотка;  упаковка и сортировка ПЭ плёнки.

Технологическая схема производства полиэтиленовой плёнки [3] методом

раздува представлена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Технологическая схема производства рукавной пленки:

1 – загрузочный бункер; 2 – загрузочный корпус; 3 – экструдер;

4 – обогреваемый фланец; 5 – сетчатый фильтр; 6 – формовочная головка;

7 – распределительная камера; 8 – свежесформованный рукав;

9 – направляющие щитки складывающего устройства; 10 – валки тянущего

устройства; 11 – направляющие ролики; 12 – пруток; 13 – намоточное

устройство

1.1.1. Транспортировка и хранение полиэтилена

На предприятие сырье поступает партиями – количество гранулированно-

го политилена одной марки и сорта массой не менее 1 тонны. Полиэтилен упакован в бумажные влагопрочные мешки. Масса нетто мешка составляет 25 кг.

Мешки с ПЭ укладываются в штабеля на деревянные поддоны для обес-

печения погрузочно-разгрузочных работ. Масса одного поддона 1250 кг (50

мешков). Поддоны электропогрузчиком подаются на склад сырья отдела материально-технического снабжения и устанавливаются на стеллажи по партиям и маркам.

Склад должен быть сухим и закрытым, туда не должны попадать прямые

солнечные лучи, температура на складе должна быть не более 30 оС, относительная влажность не более 80 %. Срок хранения ПЭ – 3 года со дня изготовления.

Всё сырьё подвергается входному контролю в центральной лаборатории

объединения (ЦЛО). С каждой партией сырья поступает сертификат заводаизготовителя. Далее необходимое количество сырья для работы производства в течение недели поступает на цеховой склад сырья. Перед переработкой мешки с полимером выдерживают не менее 12 часов в производственном помещении.

Из цехового склада сырья необходимое количество материала доставля-

ется электропогрузчиком к бункеру загрузки полиэтилена, куда машинистом экструдера производится загрузка ПЭ. Затем из бункера пневмотранспортом гранулят попадает в дозатор по гибкому гофрированному шлангу, установленному на загрузочной воронке смесителя.

1.1.2. Дозирование, смешение сырья и плавление полиэтилена

Для плавления полиолефинов, в частности ПЭ, из-за их высокой вязкости

расплавов используют плавильные устройства только экструзионного типа. Это объясняется тем, что устройства экструзионного типа создают принудительную транспортировку вязкого расплава полимера, что дает возможность значительно сократить продолжительность пребывания полимера в зоне высоких температур [4].

Для придания ПЭ плёнкам специфических свойств возможно использова-

ние УФ-стабилизатора, например, марки Arguvin UV 296LD в количестве 2 % и краситель марки СКП 103 в количестве 0,4 % от массы основного вещества (полиэтилена). Ультрафиолетовый стабилизатор необходим для предотвращения деструкции полимера под действием солнечных лучей.

Загрузка сырья осуществляется пневмотранспортом (гравиметрическая

система дозирования). После включения всасывающего подающего аппарата пневмоцилиндр открывает вакуумный трубопровод, вентилятор создает в камере разряжение (вакуум) и начинается всасывание сырья через подающий трубопровод, вызванное разряжением. Камера заполняется сырьем, количество которого определяется временем всасывания. По истечении времени всасывания пневмоцилиндр закрывает вакуумный трубопровод. Вакуум снижается и выравнивается давление. Далее открывается клапан, и сырье поступает в сырьевой бункер. Дозируемое количество регулируется только для добавочных компонентов, а для основного сырья оно неизменно. Дозирование производится дискретно (по показаниям уровня), вся система работает непрерывно. Все дозирующие устройства запускаются в работу одновременно по сигналу сигнализато-

ра уровня об опорожнении и останавливаются при сигнале о заполнении также одновременно.

Плавление, пластификация и гомогенизация сырья происходит в экстру-

дере путём взаимодействия скорости вращения шнека, геометрии шнека и подвода и отвода тепла в цилиндре.

Экструзия полиэтилена осуществляется на одношнековой машине. На

рис. 1.2 приведена схема одночервячного шнекового экструдера.

Рис. 1.2. Схема одношнекового экструдера:

1 – загрузочная воронка; 2 – шнек; 3 – цилиндр; 4 – расплавопровод;

5 и 6 – нагреватель; 7 – муфта; 8 – привод к мотору; 9 – редуктор

Транспортировка материала производится через питающее отверстие по-

средством шнека и цилиндра. Материал шнека и цилиндра – азотированная сталь. Объем выпускаемой продукции регулируется путём изменения скорости вращения шнека. Шнек состоит из трех основных зон: зоны питания, зоны плавления и дозирующей зоны.

Одной из важнейших характеристик шнека является отношение длины к

диаметру L/D. Отношение длины червяка к диаметру составляет от 20 : 1 до 30 : 1. При отношении длины к диаметру шнека 30 : 1 снижается пульсация равномерно нагретого материала и обеспечивается лучшее смешение, а следовательно, и большая однородность расплава. При применении экструдеров, у которых отношение длины к диаметру шнеков меньше 20 : 1, возникают трудности в установлении стабильных температур по зонам. При использовании экструдеров, у которых отношение длины к диаметру шнека выше 30 : 1, также возникают трудности в установлении стабильных температурных режимов по зонам. Главная функция червяка – транспортировка материала и превращение его в гомогенный расплав.

По мере приближения к головке машины площадь поперечного сечения

канала шнека уменьшается, такое устройство позволяет компенсировать изменение плотности при переходе полимера из твёрдого в вязко-текучее состояние.

Экструдер оснащен 7 зонами обогрева, температура каждой зоны под-

держивается с помощью электрических обогревателей, мощностью нагрева – 30 кВт.

Рабочие температуры в экструзионной машине устанавливаются с таким

расчётом, чтобы они были достаточными в зоне интенсивного сдвига. Температура постепенно повышается в направлении от загрузочной зоны к фильтрующим сеткам. Самая низкая температура у бункера (140 °С), так как не должно происходить преждевременного оплавления гранул, вызывающего образование неоднородного расплава, который в следующей зоне экструдера с трудом поддается гомогенизации.

В обогреваемом цилиндре экструдера полимер расплавляется, проходя

последовательно все зоны нагрева, и гомогенизируется с помощью специальной геометрии шнека. Для защиты от прикасания и для теплоизоляции цилиндр полностью закрыт облицовкой.

Выходящий из экструдера расплав подается при помощи создаваемого в

экструдере давления через адаптер к сетчатому фильтру, где осуществляется фильтрация расплава.

1.1.3. Формование рукавной пленки

Формование ПЭ плёнки происходит путём продавливания расплава ПЭ

через кольцевую фильеру с последующим охлаждением расплава потоком воздуха и образованием полимерной плёнки [5].

Получение невытянутых плёнок является очень ответственной операцией

в технологическом процессе производства, так как от их качества зависит способность к вытяжке и в конечном счёте потребительская ценность готовой продукции. Хорошее качество невытянутой полиэтиленовой плёнки может быть достигнуто благодаря равномерному охлаждению расплава на выходе из фильеры. При этом в образующейся плёнке происходят важные процессы кристаллизации и предварительной ориентации.

Технические характеристики фильеры:

 диаметр – на выбор (60, 80, 100, 120, 150, 200 мм);  кольцевой зазор выходного отверстия – 1,4 мм;  число зон контроля – 3.

Расплавленный полимер должен быть распределен вдоль щелевого зазора

фильеры равномерно. Щели фильеры регулируется с помощью регулирующих винтов для исключения разности толщины в поперечном направлении образующейся плёнки.

После выхода расплава из кольцевой щели формовочной головки он охлаждается и образуется рукав, которой через направляющие щитки складывающего устройства поступает на валки тянущего устройства. Наружное охлаждение рукава осуществляется воздухом, подаваемым вентилятором в распределительную камеру. Направление потока воздуха регулируется кольцевой диафрагмой, расположенной по периметру формовочной головки. Количество воздуха, подаваемого на охлаждение рукава, регулируется шибером, установленным на вентиляторе обдува.

1 / 101 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]