Австрийская машиностроительная фирма MAS впервые продемонстрировала запатентованный экструдер серии NCT (New Conical Technology).

Речь идет о коническом двухшнековом экструдере с вращающимися в одном на¬правлении шнеками, который идеально подходит для переработки армированных натуральными волокнами полимерных материалов (АНВПМ). Особенно высокие механические показатели достигаются при производстве древесно-полимерных и бумажно-полимерных композиционных материалов. Другими преимуществами экструдера являются низкое потребление энергии и щадящие условия переработки материалов. Коническая конструкция экструдера позволяет перерабатывать с высокой производительностью смеси полимерных материалов, имеющие низкую насыпную плотность. Отличные результаты NCT-экструдер демонстрирует также при прямой экструзии профилей.

Экструдеры со шнеками одно-и противоположно направленного вращения

Если на стадиях предварительной подготовки полимерных материалов при¬меняются экструдеры со шнеками, вращающимися в одном направлении, то на стадиях их переработки- с вращающимися в противоположных направлениях шнеками. Экструдеры с вращающимися в противоположных направлениях шнеками входят в число наиболее эффективных смесительных агрегатов, обеспечивающих смешивание различных добавок с полимерными материалами. В работе таких экструдеров используется принцип камерной транспортировки материала, за счет чего обеспечивается высокое нагнетающее воздействие. Эта же принудительная транспортировка материала обуславливает короткое время пребывания его в экструдере. Основным недостатком этих машин является ограниченная эффективность смешивания. Кроме то¬го, при высоком давлении в радиальном зазоре между шнеками и высокой частоте их вращения может наблюдаться повышенный износ рабочих органов.

Экструдеры с вращающимися в одном направлении шнеками характеризуют¬ся открытыми в осевом направлении витками спиральной нарезки и высокими срезающими скоростями, действующими в зазоре между шнеками. Модульная конструкция этих машин обеспечивает возможность их очень гибко¬го использования. Эта же модульная конструкция позволяет индивидуально комбинировать цилиндр и шнеки в со¬ответствии с конкретными особенностями условий работы. Детали шнеков экструдера практически в любой комбинации могут закрепляться на валах шнеков. Еще одной важной особенно¬стью этих машин является высокая спо¬собность шнеков самоочищаться.

Параллельные или конические

На экструдерах с параллельными шне¬ками максимальный передаваемый крутящий момент снижается при увеличении высоты профиля нарезки с одновременным увеличением объема свободного пространства между витками нарезки шнека. В случае конических шнеков угол при вершине конуса практически устраняет обусловленную геометрическими характеристиками взаимосвязь между диаметром (расстоянием между осями) шнеков и максимальной прочностью поперечного сечения сердечника. Коническая форма шнеков позволяет, несмотря на большой объем свободного пространства, передавать значительно более высокий крутящий момент. Максимальный крутящий момент примерно в 4-5 раз выше, чем у аналогичного экструдера с параллельно располо¬женными и вращающимися в одном направлении шнеками. По сравнению с параллельно расположенными и вращающимися в одном направлении шнеками конические шнеки обеспечивают увеличенную площадь   перекрытия   витков,   что   в свою очередь обусла¬вливает стабильные условия транспортировки материала.

Это означает, что определяемое экструзионной головкой давление может быть достигнуто при бо¬лее низкой температуре перерабатываемого материала. Возможность дегазации материала при этом сохраняется. Отсюда вытекают следующие преимущества:

- лучшее качество изделий (механиче¬ские свойства), благодаря лучшей гомогенности перерабатываемого мате¬риала, прежде всего, древесно-полимерных композиционных материалов;

- уменьшенная длина зоны охлаждения, обусловленная более низкой температурой перерабатываемого материала;

- экономия энергии (меньше расход энергии на нагревании материала и, как следствие, меньшие затраты энергии на охлаждение изделий)

- возможность прямой экструзии (смешивание материалов и изготовление изделий на одном технологическом переходе) без применения насосов для подачи расплава;

- возможность перерабатывать с высокой производительностью смеси полимерных материалов, имеющие низ¬кую насыпную плотность

Новая коническая технология (NCT)

Разработанная фирмой MAS новая коническая технология (New Conical Technology= NCT), объединяет в себе преимущества экструдеров с вращающимися в одном направлении шнеками и кониче¬ских двухшнековых экс¬трудеров. Рабочие органы экструдера приводятся в движение электродвигателем переменного тока с частотным регулированием, от которого движение коническим шнекам передается через распределительный редуктор. Шнеки установлены в поворотном цилиндре, оборудованном электрической нагревательной системой и охлаждающей системой с применением масла для регулирования температуры. Цилиндр имеет загрузочный люк и дегазационное отверстие. Дега¬зация расплава полимера осуществляется с помощью вакуумирующеи системы.

Пластицирующий модуль NCT-экструдера разделен на шесть зон. Первая -это зона питания, в которой с помощью гравиметрических дозирующих весов осуществляется загрузка пере¬рабатываемого материала. Эта зона имеет относительно большой объем, позволяющий обеспечить оптимальную степень заполнения шнеков. Полное заполнение зоны расплавления достигается за счет создания обратного напора со стороны дроссельной зоны. Большая площадь поверхности шнеков обеспечивает оптимальные условия для передачи материалу необходимого для его расплавления количества энергии. Объем пространства между имеющими уменьшенный угол подъема витками шнеков в дроссельной зоне в основном определяет пластицирующую способность шнеков. За дроссельной зоной расположены смесительные элементы, обеспечивающие гомогенизацию расплава. Наличие де¬газационной зоны делает NCT-экструдер идеальным для переработки чувствительных к наличию влаги полимерных материалов. В последующей выпускной зоне обеспечивается увеличение давления расплава до требуемого уровня. За счет очень высокой степени перекрытия тесно взаимодействующих друг с другом шнеков при высоком давлении материала достигается максимально стабильная его подача и эффективная дегазация.

Экструзия древесно-полимерных композиционных материалов (ДПКМ)

При переработке древесно-полимерных композиционных материалов влажность исходного сырья (смеси из¬мельченной древесины и полимерного материала) имеет очень важное значение. Экс¬трудер в этом случае должен обеспечивать не только отличную гомогенизацию материала, но и эффективную дегазацию расплава. Конические NCT-экструдеры фирмы MAS с вращающимися в одном направлении шнеками в максимальной степени соответствуют этим требованиям, так как одинаковое направление вращения шнеков гарантирует эффективное диспергирование.   При этом волокнистые частицы смеси разрыхляются и одновременно материал получает достаточное для отделения воды количество энергии. Большая площадь поверхности дегазационной зоны способствует интенсивному удалению газов, благодаря чему в экструдере без осложнений можно осуществлять дегазацию  древесно-полимерных смесей с высоким содержанием влаги. Плотность получаемого экструдата составляет 1,2 кг/дм3. Интенсивному разрыхлению волокнистого компонента способствует также высокая частота вращения шнеков - до 250 мин-1.

Коническая форма шнеков обеспечивает максимально высокую стабильность подачи материала при переработке древесно-полимерных смесей без предварительного гранулирования. Таким образом. NCT-экструдеры могут быть использованы для прямой переработки порошкообразных материалов. По механическим свойствам изготавливаемые изделия превосхо¬дят продукцию, получаемую на второй стадии процесса переработки на экс¬трудерах с противоположным направлением вращения шнеков. Производительность экструдера NCT 55 достигает 350 кг/ч при изготовлении сплошных профилей и 400 кг/ч при изготовлении гранулята (из смеси древесины и полипропилена). Производительность экструдера NCT 90 при¬мерно в два раза выше. В дополнение к этому NCT-экструдер фирмы MAS отличается высоким сроком службы. Это обусловлено одинаковым направлением вращения шнеков, при котором не возникают раздвигающие усилия в зоне их взаимодействия.

Экструзия бумажно-полимерных композиционных материалов (БПКМ)

С применением бумаги и картона уже в течение ряда лет изготавливаются дублированные материалы (например, упаковки типа Tetra Рак) и бумажно-полимерные композиционные материалы (БПКМ). Создание последних позволяет расширить сферу применения армированных натуральными волокнами полимерных материалов, благодаря их более высокой устойчивости к воздействию светопогоды. В частности эти материалы менее склонны к потемнению и набуханию по сравнению с материалами на основе древесины. Такое вторичное сырье как бумага содержит значительно меньше лигнина и силиката, чем древесные опилки. Первое из этих веществ не отличается высокой термостойкостью и может придавать полу чаемым на его основе материалам повышенную хрупкость. Силикат вызывает повышенный износ перемещающихся узлов и технологической оснастки экструдеров и литьевых машин. Содержащиеся в бумаге наполнители не представляют опасности для оборудования, так как они имеют низкую твердость и также применяются при переработке полимерных материалов. Особыми преимуществами обладает бумага с полимерными покрытиями, так как содержащийся в подобных изделиях полимерный материал обеспечивает известную прочность соединения волокон и может быть достигнуто равномерное распределение обоих материалов, существенно различающихся по свойствам.

Еще одним аргументом в пользу применения бумаги является простая подготовка этого сырья к переработке. В то время, как древесные опилки перед переработкой приходится измельчать, просеивать и высушивать, для перевода бумажного сырья в пригодную для переработки форму достаточно его измельчить.

За счет применения волокон можно ожидать существенного повышения прочностных свойств изделий. При ис-пользовании чистых отходов бумаги или картона (например, плакатной бумаги) модуль упругости увеличивается до 2500 МПа, т. е. в два раза по сравнению с чистым полимерным материалом, максимальное напряжение при изгибе составляет 28 МПа, а ударная вязкость (по Шарли, без надреза) - 9 кДж/м2. Материалы из смеси бумаги с полиэтиленом характеризуются высо¬ким удлинением при изгибе (6%) и ударной вязкостью (10,7 кДж/м2). Наиболее высокими показателями жесткости обладают материалы из от¬ходов бумаги, содержащих полисти¬рол: максимальная жесткость при изгибе - 40 МПа, модуль упругости -3300 МПа. Эти показатели могут быть дополнительно улучшены путем более эффективной подготовки волокнистого материала и применения промоторов адгезии.

Заключение

Конический NCT-экструдер с вращающимися в одном направлении шнеками обладает всеми преимуществами параллельных экструдеров с вращающимися в одном направлении шнеками. В то же время, благодаря конической форме шнеков он в состоянии создавать более высокое давление и воспринимать повышенные крутящие моменты. Обобщая вышеизложенное, можно сформулировать следующие преимущества NCT-экструдеров при переработке армированных натуральными волокнами полимерных материалов:

-большой объем зоны загрузки;
-высокий крутящий момент шнеков -5.000 Нм;
-частота вращения шнеков - до 250 MHH-1(NCT55);
-производительность - до 450 кг/ч при производстве гранулята (NCT 55);
-возможность прямой переработки флейка (гранулирование не требуется);
-высокоэффективная гомогенизация материала

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

www.newchemistry.ru