Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Упаковочные материалы на основе полилактида и древесного наполнителя. Монография
.pdf
вышению эксплуатационных характеристик древесно-наполненных
композитов.
Установка для термической обработки древесного сырья содержит сушильные камеры первой и второй ступеней 1 и 2, камеру
термической обработки 3, топку 4 и камеру охлаждения 5.
Данная установка работает следующим образом. Топочные газы, образующиеся в результате сгорания древесных отходов в топке 4
обратного действия, с температурой до 800°С, охлаждаются в парогенераторе 6 до температуры 220-230°С и подаются в камеру термической обработки 3, туда же подаются предварительно высушенное древесное сыпучее сырье из сушильной камеры второй ступени 2.
Камера термической обработки 3 содержит набор вертикальных сит с увеличивающимся снизу вверх диаметром отверстий, но
постоянной суммой площадей отверстий на разных ситах для обеспечения равномерного расхода топочных газов. Сита закреплены на
внутреннем каркасе камеры термической обработки с возможностью
создания виброкипящего слоя. Сита приводятся в движение при помощи вибропривода. Подача предварительно высушенного древесного сыпучего сырья осуществляется на верхнее сито. Движение топочных газов и древесного сыпучего сырья осуществляется в попутном
направлении сверху вниз, причем происходит постоянная сепарация
древесного сыпучего сырья, определяющая время тепловой обработки
частицы древесного сырья в зависимости от ее размеров.
Сита расположены таким образом, что мелкая фракция, просеиваясь через отверстия сита, проходит более короткий путь, и тем самым сокращается продолжительность термической обработки более
мелкой фракции. Более крупная фракция перемещается на нижележащее сита с помощью мешалки через специальный проем в сите или
путем просеивания через отверстия сита и проходят более длинный
путь. Таким образом, достигается требуемая степень термической обработки крупной и мелкой фракцией.
Обработанные в течение 15-25 мин древесное сыпучее сырье
из камеры термической обработки 3 направляется в камеру охлаждения 5. Оставшиеся в топочном газе мелкие фракции обработанного
древесного сыпучего сырья вместе с топочными газами направляются
в циклон 7, где происходит их осаждение. Выходящие из циклона 7
топочные газы с температурой 120-130°С направляются на первую
ступень сушки 1, туда поступает влажное древесное сыпучее сырье из
загрузочного бункера 8 через питатель 9.
111
Сушка влажного древесного сыпучего сырья на первой ступени сушки осуществляется в среде отработанных топочных газов с
температурой 120-130°С в сушилке кипящего слоя. Движение отработанных топочных газов и влажного древесного сыпучего сырья осуществляется в противоточном направлении.
Сушилка кипящего слоя состоит из вертикальной камеры с загрузочным устройством в верхней части и разгрузочным в нижней
части, патрубка для ввода агента обработки, газораспределительной
решетки. По оси камеры размещен вал с лопастями. Применение вала
с лопастями способствует лучшему разрыхлению древесного сыпучего сырья и препятствует комкообразованию, что повышает качество
обработки за счет увеличения площади контакта с агентом обработки.
Высушенное древесное сыпучее сырье подается на вторую ступень
сушки 2.
Древесное сыпучее сырье, прошедшее тепловую обработку,
охлаждается до температуры 120°С в камере охлаждения 5 путем подачи из парогенератора насыщенного водяного пара при абсолютном
давлении не более 1,2 атм. Водяной пар, перегретый в результате
охлаждения древесного сырья, направляется на вторую ступень сушки
2, где используется в качестве агента обработки. Это обеспечивает
выравнивание влажности древесного сыпучего сырья, прошедшего
первую ступень сушки. Сушилка 2 работает аналогично сушилке 1.
4.4. Смешивание
Извлечение максимальной пользы от введения наполнителей в
полимеры зависит от достижения равномерного распределения хорошо высушенных отдельных частиц и/или волокон.
Внедрение наполнителя может осуществляться на оборудовании
или с периодическим, или с непрерывным циклом. При небольшом
объеме или в случае очень вязких продуктов, как, например, наполненных эластомеров, по-прежнему можно использовать двухлопастные
сигмовидные смесители, смесители Бэнбери или двухвалковые вальцы.
Периодические смесители позволяют управлять последовательностью
введения ингредиентов для получения желаемого продукта без применения нескольких загрузочных устройств. Недостатком этих смесителей является трудность их опорожнения; кроме того, требуется дополнительная обработка для формования конечного изделия.
112
Наполненные премиксы для прессования, в которых измельченное стекловолокно и/или сизаль вводятся в матрицу из пластика
(обычно термопластичного) параллельно с другими наполнителями,
часто готовятся в двухлопастных смесителях. Одиночное, изогнутое,
180° лезвие с относительно большим зазором между ножом и корпусом было разработано для достижения минимального разрушения волокон и более полной разгрузки с исключением тенденции к обертыванию материала вокруг центральных лопастей сигмовидных лезвий.
В большинстве методов машинного введения наполнителя в
пластмассы для получения необходимого компаунда ныне используются либо одношнековые, либо двухшнековые системы (рис.38).
Рис. 38. Экструдер для перемешивания
Как правило,в производстве многокомпонентных составов подача сырья в экструдер осуществляется в несколько этапов, что значительно облегчает процесс точного дозирования каждого из смешиваемых компонентов.
113
4.5. Таблетирование
В процессе таблетирования из пресс-материала удаляется воздух. В результате его теплопроводность по сравнению с нетаблетированным материалом становится выше. Увеличение теплопроводности
ускоряет разогрев материала в пресс-форме до вязкотекучего состояния, что позволяет интенсифицировать процесс прессования. Применение таблеток позволяет просто и сравнительно точно дозировать по
массе порошкообразный и волокнистый материал перед прессованием. Применение таблеток позволяет уменьшить размеры загрузочной
камеры пресс-формы. Таблетки легко и быстро нагреваются до нужной температуры в генераторах ТВЧ. Подогрев таблеток перед прессованием позволяет уменьшить выдержку под давлением при прессовании изделий. Применение таблеток снижает потери материала на
распыление при хранении и внутрицеховой транспортировки.
Существуют различные типы прессов для таблетирования,
причем за счет использования разнообразных пресс-форм могут быть
изготовлены всевозможные формы таблеток. Таблетирование, как
правило, осуществляется при комнатной температуре, и может быть
выполнено автоматически практически для всех сыпучих прессматериалов.
При таблетировании возможна как объемная, так и весомая дозировка, прессовщик же имеет возможность перед подачей сырья в
пресс-форму еще раз осуществить весовое дозирование, которое рекомендуется предпринимать в том случае, если таблетки получены со
склада или поставляются производителем.
4.6. Литье
Метод литьевого (инжекционного) формования термопластов
(рис. 39) заключается в том, что исходный полимерный материал в
виде гранул или порошка загружается в бункер литьевой машины, где
захватывается вращающимся шнеком (червяком) 3 и транспортируется им вдоль оси пластикационного обогреваемого цилиндра 2 в его
сопловую часть, переходя при этом из твердого состояния в состояние
расплава. По мере накопления необходимого объема расплава полимера 4 последний впрыскивается за счет поступательного перемещения шнека через специальное сопло 5 в сомкнутую охлаждаемую литьевую форму 1. Заполнивший полость формы расплав полимера
114
удерживается в ней какое-то время под давлением и остывает. Далее
литьевая форма раскрывается, готовое изделие 6 удаляется из ее полости, а цикл формования повторяется.
Рис. 39. Схема литьевого (инжекционного) формования
Метод реализуется с помощью специального оборудования,
называемого литьевыми машинами и имеет ряд преимуществ по
сравнению с другими методами формования изделий из полимеров:
высокая производительность, высокий уровень механизации и автоматизации реализуемого процесса, отсутствие этапа получения заготовки для формования изделий, небольшое количество отходов, возможность формования изделий с практически любым заданным распределением толщины стенок. К недостаткам следует отнести невозможность формования полых изделий закрытого типа (бутылок, канистр и
т.п.) и крупногабаритных изделий. Вместе с тем, как ни один другой,
этот метод имеет хорошо развитую теоретическую базу, научно обоснованные и широко применяемые в практике методы расчета и конструирования формующего инструмента для его реализации, обеспечивающие производство изделий с задаваемыми параметрами.
Термопластавтоматы (ТПА) – инжекционные машины для литья разогретых пластических масс подаваемых под давлением для изготовления различных штучных изделий из полимерных материалов,
предназначены для серийного изготовления товаров народного потребления, медицинских изделий, электронных компонентов, пищевой упаковки, посуды, игрушек, корпусов бытовой техники, деталей
автомашин, ПЭТ-преформ, и др. Смотритетакже видео работы термопластавтомата.
Современные термопластавтоматы (рис. 40) представляют собой сложные технологические устройства, оснащенные разнообразными средствами автоматизированного управления параметрами технологического процесса.
115
Рис. 40. Термопластавтомат
116
По конструкции литьевые машины весьма разнообразны и
классифицируются по следующим технологическим и конструкционным признакам:
- способу пластикации: на одно-, двухшнековые, поршневые и
червячно-поршневые;
- особенностям пластикации: на ТПА с совмещенной и раз-
дельной пластикацией (предпластикацией);
- количеству пластикаторов: с одно, двумя и более пласти-
кационными узлами;
- числу узлов смыкания формы: одно-, двух- и много-
позиционные;
- конструкции привода: электро- и гидромеханические, элек-
трические;
- расположению оси цилиндра узла пластикации и плоскости
разъема литьевой формы:горизонтальные, вертикальные, угловые.
Основным классификационным признаком ТПА является усилие запирания формы (кН), то есть смыкания формы, создаваемое узлом смыкания, а также объемом впрыска, выражаемое в кубических
сантиметров расплава, которые могут быть подготовлены машиной
для однократной подачи в литьевую форму и пластикационная производительность ТПА.
Принципиально технология литья под давлением состоит в
следующем. Расплав полимера подготовлен и накоплен в материальном цилиндре ТПА к дальнейшей подаче в сомкнутую форму. Далее,
материальный цилиндр смыкается с формой, и шнек осевым движением с определенной скоростью перемещает расплав в форму. В результате осевого движения шнека форма заполняется расплавом полимера,
а шнек смещается в крайнее положение. Далее расплав в форме застывает с образованием твердого изделия.
4.7. Технико-экономическое обоснование проекта
Материальный цилиндр продолжает оставаться в положении
сомкнутом состоянии с формой. Во время охлаждения изделия в форме шнек начинает вращаться подготавливая и транспортируя расплав
полимера в переднюю зону материального цилиндра и при этом отодвигаясь назад. После накопления определенного объема расплава
(дозы) вращение шнека прекращается. Он занимает исходное положения для продолжения работы. После завершения процесса затвердева-
117
ния пластмассы форма размыкается, и изделие с помощью толкателей
Вид полимера
PLA с те-
лем 50/50
5500-6000
тель)
Удельная теплота
плавления, кДж/кг
Энергозатраты про-
композита, руб.
Себестоимость усл.
ед. продукции, руб.
Срок окупаемости,
лет
извлекается из нее. Далее цикл литья повторяется. На что еще нужно
обратить внимание при выборе термопластавтомата? Для определения
экономической эффективности внедрения предложенной установки
был проведен анализ технико-экономических показателей. Основные
исходные данные, результаты расчета экономической эффективности
и сравнительные технико-экономические показатели сушилок сведены в табл. 5.
Таблица 5. Технико-экономические показатели производства
биоразлагаемой упаковки с древесным наполнителем
Показатели
Стоимость 1 т полимерной крошки, руб.
изводства 1000 кг
PE PP PLA
6000-
6500
286,33 259,16 93 - -
1350 1175 940 980 1440
2200 2500 4300 2450 2830
8000-
8300
3,1 2,8 5,8 3,4 4,4
11000-
12000
PLA с наполните-
лем 50/50
5500-6000 (PLA)
6000-6300 (напол-
нитель)
мич. модиф.
наполните-
(PLA)
8300-9000
(наполни-
В результате технико-экономического анализа, была выявлена целесообразность применения древесного наполнителя в производстве биоразлагаемых упаковок на основе PLA. По данным таблицы
видно, что стоимость гранул PLA на рынке составляет примерно
11000–12000 руб./т. Однако в случае добавления 50% древесного
наполнителя стоимость получаемого композита значительно снижается за счет уменьшения количества связующего. Таким образом, введение в состав композита древесного наполнителя позволит сократить
расход PLA более чем в 2 раза.
118
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящее время в мире особо остро стоит вопрос об
уменьшении потребления невозобновляемых природных ресурсов.
Совокупность различных факторов, в частности, рост цен на нефть,
повышение интереса во всем мире к возобновляемым ресурсам,
нарастание обеспокоенности в связи с выбросами парниковых газов,
особое внимание к утилизации отходов возродили заинтересованность
в биополимерах и эффективных способах их производства. В России
также стали уделять этому вопросу самое пристальное внимание.
В ходе данной работы авторами проведены экспериментальные исследования, по итогам которых были получены физикомеханические характеристики древесно-наполненных композитов,
позволяющие в дальнейшем их применение в производстве дешевых
биоразлагаемых упаковок.
В результате PLA упаковка с добавлением древесного наполнителя обеспечит высокую скорость ее биодеградации снижая тем
самым экологическую нагрузку на окружающую среду. При этом стоимость такого композита будет сравнима со стоимостью синтетических полимеров, получаемых из невозобновляемых источников энергии. Проведенный расчет себестоимости единицы продукции позволил, таким образом, сделать вывод об актуальности рациональности
предлагаемой технологии.
119
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Граб Б. Тенденции развития упаковочной индустрии в сле-
дующем тысячелетии/ Б. Граб – М.: Полиграфия, 1999. №4. С.70-72.
2. Стефанов С. И. Путеводитель в мире полиграфии /
С.И. Стефанов – М.: Унисерв, 1998. – 320 с.
3. Самарин Ю. Н., Сапошников Н. П. Синяк М. А. Допечатное
оборудование/ Ю. Н. Самарин и др., изд-во МГУП, 2000.
4. Амангельдыев А. А. Пельменная палитра. Как стимулировать спрос с помощью упаковки/ Амангельдыев А. А. – Пакет, 2004.
№1. С.11-16.
5. Аксенова Т. И., Ананьев В. В., Дворецкая Н. М./Технология
упаковочного производства / Т. И. Аксенова и др. М.: Колос, 2002. –
184 с.
6. Ефремов Н. Ф. Тара и ее производство / Н. Ф. Ефремов–
Учебное пособие. М.: МГУП, 2001.
7. Гротов А. Проектирование упаковки в среде САПР
MarbaCad / А. Р. Гротов–Полиграфия №3 2001.
8. Каверин В.А., Феклин К. П. Выбор, изготовление, испыта-
ния тары и упаковки/ Каверин В.А. и др. М.: 2002.
9. Киппхан Г. Энциклопедия по печатным средствам инфор-
мации. Технологии и способы производства / Г. Киппхан – М.: МГУП
2003.
10. Варепо Л. Г. Производство бумаги из бумаги, картона и
гофрокартона /Л. Г. Варепо –учеб. пособие. Омск: Изд-во ОмГТУ,
2002. – 200с.
11. Миронова Г. В., Осипова Г. И. Организация полиграфиче-
ского производства / Г. В. Миронова – Конспект лекций. М.: Изд-во
МГУП «Мир книги», 1998. – 94с.
12. Тасекеев М.С., Еремеева Л.М., Производство биополиме-
ров как один из путей решения проблем экологии и АПК Аналит.
Обзор /М.С. Тасекеев – Алматы: НЦ НТИ, 2009. – 156 с.
13. Берштейн В.А., Егоров В. М. Дифференциальная скани-
рующая калориметрия в физикохимии полимеров /Берштейн В.А.
и др. – Л.: Химия, 1990. – 256 с.
14. Пер. Ю. с англ. Спб.: Научные основы и технологии /
Ю. Пер. – 2013. – 464 с.
15. Энциклопедия полимеров/ Под ред. В.А.Кабанова – М.:
«Советская энциклопедия», 1974, т. 2. – 827 с.
120
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]