Общее описание технологии работы производства изделий из ДПК на основе HDPE, ПНД
Производство профилей (изделий) из древесно-полимерного композита на основе ПНД (HDPE) требует наличия следующих сырьевых составляющих — полимера, наполнителя (мука древесная либо мука из шелухи рисовой, подсолнечника, или бамбука), антиоксидантов, лубрикантов, минеральных наполнителей, красителей, связующего вещества.
Основные требования к сырью – низкая влажность, так как влажность напрямую влияет на качество и последующий срок службы изделий из древесно-полимерного композита.
Требования к полимеру (ПНД, HDPE) – достаточное содержание антиоксидантов и стабильный ПТР (показатель текучести расплава), который влияет на стабильность процесса экструзии профилей из древесно-полимерного композита, а следовательно на производительность и на качество ДПК. Производство ДПК на первичной грануле в принципе не рентабельно, основной задачей производителя ДПК является поиск и организация поставок вторичной гранулы стабильного качества.
Достаточное количество антиоксидантов в полимере определяет срок службы композита, его качество и долговечность через несколько лет эксплуатации. Отсутствие антиоксидантов приводит к тому, что полимер, в процессе экструзии или под воздействием ультрафиолета, в процессе эксплуатации подвергается деструкции, своего рода «выгоранию», становится хрупким, и может рассыпаться в пыль. Например, если поставить канистру на солнце, сделанную из полимера без добавления антиоксидантов — через год ее легко можно проткнуть пальцем, Экструзионные линии для производства изделий из ДПК стенка канистры просто раскрошится. Чем большее количество раз полимер был переплавлен – тем больше в него надо добавлять антиоксидантов. При каждой переплавке у ПНД показатель текучести расплава снижается, а у полипропилена наоборот.
Основные требования к наполнителю – низкая влажность и мелкий размер частиц. Приемлемая для производства влажность должна быть не более 4%, но для получения качественного древесно-полимерного композита необходима древесная мука с нулевой влажностью. Для этого муку необходимо просушить на стадии подготовки смеси ДПК в миксере, при этом, чем выше влажность, тем больше времени и электроэнергии потребуется на сушку наполнителя, а также будет быстрее изнашиваться оборудование. От размера частиц муки зависит влагопоглощение древесно-полимерного композита, чем больше размер частиц, тем выше влагопоглощение, но если добавить больше сшивающего агента и полимера, то влагопоглощение древесно-полимерного композита можно привести к норме и с крупной мукой.
В России при производстве ДПК в основном используют связующие вещества (сшивающие агенты, аддитивы) на основе ПНД (полиэтилен низкого давления, HDPE) с привитым малеиновым ангидридом (белый порошок или крупная гранула). В Китае используют более широкий спектр сшивающих агентов, в том числе не содержащих ангидрид. Основным недостатком аддитивов содержащих ангидрид является – их нейтрализация в случае, если в сырье имеется влага, а также при использовании стеаратов металлов в качестве лубрикантов. Для того, чтобы получить качественный продукт ДПК, надо хорошо просушить сырье и не использовать в производстве стеараты металлов, хотя действуют они на порядок эффективнее стеариновых кислот. Китайские аддитивы не содержащие ангидрид могут хорошо совмещать компоненты композита, даже если в наполнителе есть небольшая влажность и в качестве лубрикантов используются стеараты металлов. Также некоторые аддитивы без ангидрида содержат в своем составе лубриканты и тем самым позволяют снизить расход лубрикантов в целом, и соответственно повысить рентабельность производства.
Подготовка полимера
Для производства ДПК идеально подходит полиэтилен низкого давления – ПНД (HDPE) с низким ПТР (показатель текучести расплава). Также хорошо подходит поливинилхлорид ПВХ (PVC), с его применением, как правило, древесно-полимерный композит можно сделать дешевле, но у него есть свои плюсы и минусы. Основные плюсы ПВХ: твердость конечного продукта, низкая цена. Минусы: плохая морозостойкость, токсичность при нагреве, при аварийной остановке можно не успеть очистить шнеки, цилиндр и фильеру, и они придут в негодность, но самое плохое – испарениями отравить рабочих, а также существенное отличие ПВХ от ПНД – ПВХ выдерживает не более пяти переплавок.
Для высокой рентабельности производства очень важно использовать полимер со стабильным ПТР, однородного состава и качества. В этом случае производство будет работать с минимумом брака и будет рентабельным. В случае, когда полимер неоднородный и ПТР постоянно меняется – работать крайне сложно, трудно увеличить скорость экструзии и удерживать ее в требуемых параметрах, с сохранением качества и геометрии. При изменении ПТР вязкость расплава ДПК будет также меняться, давление в фильере будет нестабильным и для поддержания стабильной работы линии необходимо будет очень быстро реагировать на изменения и менять температуру и подачу охлаждающей жидкости. Это практически не реально, так как температура меняется не сразу, а в течение 3-5 минут. При этом обычно портиться геометрия, либо профиль раздувается и линию придется останавливать для перезапуска.
Подготовка полимера (из отходов производств) может состоять из нескольких этапов, в зависимости от качества и состояния исходного сырья. Первое, что необходимо сделать – это измельчить крупные части на мелкие кусочки, определенного размера. Для измельчения литников, обрезков труб большого диаметра лучше всего подойдет одновальный шредер с прижимной плитой. Он «отгрызает» кусочки полимера от большого куска (литника). Затем полученные кусочки можно измельчить до нужной фракции с помощью дробилки. Для измельчения канистры или подобных элементов наиболее подходит двух (четырех) вальный шредер или большая дробилка. Далее полимер необходимо отмыть и просушить. Она моет и сушит одновременно.
Затем, если сырье изначально было чистое, можно его дополнительно измельчить или сразу использовать по назначению, а если сырье содержало включения – необходимо его переплавить с помощью гранулятора полимеров и очистить расплав с помощью фильтра-сетки.
В любом случае, состав комплекта оборудования для организации производства ДПК надо определять исходя из видов, источников сырья на котором планируется работать.