Движущей силой экономической реальности в области производства композитов из древесины и пластмассы (WPC) является тот факт, что готовый продукт здесь стоит больше, чем натуральное дерево. Существенная часть этого уравнения приходится на долю энергозатрат.

Композит из древесины и пластмассы компенсирует свою высокую цену тем, что он обеспечивает износостойкость и предъявляет минимальные требования к материально-техническому обслуживанию в сочетании с простотой монтажа и привлекательным внешним видом. Тем не менее, все же необходимо заниматься решением задачи снижения цены до минимума.

Один из вкратце описанных здесь походов к рассмотрению и снижению энергозатрат, был принят на вооружение компанией Cincinnati Extrusion (Эрлэнгер, Кентукки), как рассказывает ее президент Ханс-Юрген Маттезиус. Недостаточно просто знать общее энергопотребление. Вам еще необходимо знать, где и когда какая часть этой энергии расходуется. Необходимо также правильно подобрать соответствующие друг другу продукт и оборудование для сведения энергозатрат к минимуму.

Энергозатраты могут стать известной переменной и основой для управления внутренними потребностями, а также ведения переговоров с поставщиками энергии. Энергозатраты могут составлять сумму, превышающую в 3.75 раза годовые инвестиционные затраты на линию экструзии, тем не менее, затраты на энергию зачастую считают маргинальным параметром. Европейский обзор обработчиков пластмасс показал, что производители трубы и профиля потребляют электричества 1,506 ватт-часов/кг, в то время как для обработки большинства полимеров необходимо всего лишь до 250 ватт-часов/кг, что показывает наличие большого потенциала повышения эффективности.

Оценка энергозатрат:

• Измерьте энергопотребление экструдера, экструзионной линии, и всей установки;

• Оцените поток энергии через всю производственную установку;

• Проанализируйте энергетическую нагрузку и энергопотребление;

• Оцените энергозатраты и возможную экономию с точки зрения продукта, отдельного экструдера и экструзионной линии;

• Оцените стоимость потребляемой энергии.

После того, как Вы осуществите эти пять операций, сформулируйте задачи в области снижения затрат, организуйте осуществление необходимых для этого действий и установите систему постоянного измерения энергии.  В соответствующем сопоставлении (в данном случае специально для линии по производству PE трубы) с использованием схемы 15-минутной нагрузки: максимально полученное снижение расхода энергии составило 40%, с 1,500 квч до 900 квч.

После того, как станут известны модели энергопотребления для каждой зоны, можно в целом ряде случаев снизить затраты за счет использования мер по управлению нагрузками. Необходимо всегда подбирать заказы/размеры так, чтобы они подходили соответствующим экструзионным линиям, определяя потенциал для экономии и слабые связи в производстве. Следует также осознавать, что, по словам Маттезиуса, из-за тех схем, по которым осуществляется ценообразование для услуг коммунального хозяйства, примерно треть счета за электроэнергию определяются максимальным потреблением энергии.

Энергосберегающая технология производства WPC

Для создания применений из композита древесины и пластмассы поставляются конические двухшнековые экструдеры  Konos 63 от компании Cincinnati Extrusion (Эрленгер, Кентукки). В компании Cincinnati говорят, что энергопотребление в них оптимизировано таким образом, что они могут затрачивать на 25% меньше энергии, чем традиционные установки. Конические машины Konos и параллельная модель Argos снабжены энергосберегающими не нуждающимися в материально-техническом обслуживании двигателями переменного тока. Преимущества таких двигателей заключаются в высокой степени эффективности и их оптимальном поведении при частичной нагрузке. Повышенная энергоэффективность также обеспечивается изоляцией цилиндра, что сводит к минимуму потери от излучения, геометрией шнека, которая оптимизирует поступление энергии в экструдер таким образом, что более низкого крутящего момента достаточно для того, чтобы получить ту же самую пропускную способность. Активное кондиционирование центральной части червяка было устранено и заменено системой IntraCool, которая перераспределяет поступающую энергию в узле пластификации так, что требуется лишь очень незначительное внешнее охлаждение. Маттезиус ссылается на компанию Tech-Wood USA (Гринвуд, Южная Каролина) как на пример компании, которая выбрала оборудование его компании для использования в уже существующем бизнесе по работе с WPC, который недавно был создан.

E-MAX двухшнековые экструдеры от Entek (Ливан, Орегон) снабжены сегментированными цилиндрами и шнеками для обеспечения энергоэффективного производства. Шнек с вращением в одном направлении предназначен для оптимизации функций смешивания, как дисперсионных, так и распределяющих. Шнеки с размерами 53, 73, 103, или 133 мм обеспечивают получение однородного готового продукта при широком выборе уровней производительности.

Одним из примеров использования экструдера Entek при изготовлении применений из WPC является работа компании FiberTech Polymers из Санта Аны, Калифорния, которая установила 73-мм двухшнековый экструдер Entek на своем обрабатывающем предприятии в Онтарио, Калифорния. Система обрабатывает отходы картона и пластмассы, создавая пригодный для использования продукт, а это непростая задача, как считает Даррен Трауб, вице-президент и главный инженер FiberTech. Линия FiberTech по изготовлению ограждений, кромок и строительных продуктов включает TimberWolf и SmartEdge. Линия для производства ограждений TimberWolf  изготавливает доски ограждения, направляющие подложки, столбы, готовые панели и крыши для столбов, все это поставляется с широким диапазоном цветов, стилей и поверхностных покрытий.

Предварительное высушивание и поточная вентиляция используются компанией Krauss-Maffei (Флоренция, Кентукки) в качестве энергосберегающего подхода к высушиванию материала. Прежде всего, необходимо тщательно управлять условиями хранения. Затем древесная мука или какое-либо иное натуральное волокно подается из хранения, подогревается, смешивается и высушивается. Такая обработка позволяет удалить большую часть влаги. Любая остаточная влага испаряется во время обработки в экструдере 36D  с обратным вращением и двойной вентиляцией. В компании K-M рассматривают WPC как быстро растущий рынок, который включает не только материалы для настилов, но также и оконные профили, обкладку, системы ограждений и прочие виды профиля.

Экструдер TC86 от компании Cincinnati Milacron Extrusion Systems (Батавия, Огайо) является основным компонентом системы "Plug & Play", которая эффективно использует энергию при передаче тепла от шнека к материалу. Шнеки большого диаметра (176 мм конусность к 86 мм при отношении длины и диаметра 27:1) оптимизируют площадь поверхности питательной зоны. Большие конические двойные шнеки создают сжатие и необходимые низкие параметры сдвига при смешивании. Система стоит около $1 миллиона и работает с композитами WРC при концентрации волокна до 70% и производительности до 635  кг в час. Конусность конструкции шнека позволяет иметь большую зону питания для использования легких насыпных материалов. Естественное сжатие при обработке приводит к тому, что древесная мука "пропитывается" и полимеры правильно смешиваются перед удалением летучих продуктов.  Глубокая нарезка шнека оптимизирует смешивание при уменьшении усилия сдвига. Конический цилиндр с обшивкой из вольфрама используется для высоко абразивных рецептур WPC.

Энергоэффективное высушивание осуществляется за счет использования вакуумного отсоса, который вытягивает любые летучие вещества из экструзионной системы, созданной компанией Process Technologies Inc.- PTi (Аврора, Иллинойс) для производства настилов и ограждений с помощью сочетания восстановленной древесины и пластмассы. Экструдер Trident 10000 Series может производить до 6000 фунтов в час. У одношнекового экструдера имеется нарезной цилиндр с закаленной поверхностью, а также силовой цилиндр гидравлического штранг-пресса с  системой охлаждения с теплозащитной рубашкой. Цилиндр с жидким охлаждением сочетается с патентованным двухступенчатым смешивающим шнеком.

Предназначенные для использования с предварительно компаундированными гранулами  натурального волоконного композита, одношнековые экструдеры от American Maplan смешивают гранулы маточных смесей с различными основными полимерными материалами. В компаундированные гранулы могут также входить микро-ингредиенты, такие как вспенивающие вещества, концентраты красителей, средства, способствующие адгезии между смолой и наполнителем, а также смазочные вещества. Одношнековые экструдеры обеспечивают производительность до 2,300 фунтов в час. Двухступенчатые планетарные экструдеры от Maplan с производительностью до 6,000 фунтов в час, используются там, где жизненно важное значение имеет высокая тепловая и дисперсионная однородность.

Двухшнековые экструдеры с противоположным вращением от Maplan предназначены для прямой экструзии профиля из основных (полимеры и натуральное волокно) и вспомогательных (добавки) потоков материалов с производительностью до 2,800 фунтов в час. Отдельные сырьевые материалы в оптимальном режиме вводятся в экструдер через системы питания с потерей веса. Экструдер пластифицирует основной материал и смешивает натуральное волокно и более мелкие ингредиенты, чтобы обеспечить однородную инкапсуляцию для волокна.

Компания Davis-Standard (Покатук, Ро-Айленд)  поставляет линию Woodtruder для работы с WPC, в которую входят двух- и одношнековые экструдеры, узел смешивания и прочее вспомогательное оборудование. Волокно сначала помещается в установку предварительного высушивания. Пластмассы плавятся отдельно. Это не допускает сгорания волокна при расплавлении. Эти материалы смешиваются, и остающуюся влагу или летучие вещества удаляют вакуумным отсосом. Расплавленная пластмасса полностью инкапсулирует волокна.

C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка ДПКТ можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок древесно-полимерных композиционных материалов в России».

Polymery.ru