Выбор и краткая характеристика основного применяемого оборудования для переработки полимерных материалов по данной технологии

Основным направлением развития переработки пластмасс литьем под давлением является переход от отдельных литьевых машин, работающих в автоматическом режиме, к участкам и цехам с полной автоматизацией технологической цепочки.

Литьевые машины с числовым программным управлением в комплексе с устройствами для автоматической подачи сырья из тары в бункер машины, для перестановки литьевых форм, для термостатирования литьевых форм, с автоматическими манипуляторами для съема и выноса из зоны формования готовых изделий, транспортерами для перемещения изделий от машины позволяют комплектовать автоматические поточные линии по выпуску литьевых изделий. [6]

В настоящее время наиболее целесообразно применять следующие технологические схемы: в полуавтоматическом и автоматическом режимах работы оборудования с распределением программ изделий по расчетным рабочим местам.

При автоматизированных производствах рекомендуется применять автоматизированные склады хранения сырья, представляющие собой систему емкостей, оборудованных указателями уровня сырья. Сырье подается к месту потребления при помощи пневмотранспорта, включающегося автоматически по вызову от литьевой машины при понижении уровня сырья в бункере или через определенные промежутки времени. [7]

При изготовлении изделий конструкционного назначения все шире находят применение литьевые термопласты, которые характеризуются комплексом ценных механических, теплофизических и диэлектрических характеристик. Широкомасштабное внедрение прогрессивных термопластов требует дальнейшего совершенствования технологии их переработки от подготовительной операции - сушки, до финишной - термообработки.

С целью совершенствования и интенсификации процесса сушки термопластов была разработана технология сушки в фонманирующем слое с одновременным облучением инфракрасными лучами. При конвекционно-лучевом теплообмене обеспечивается объемное и быстрое удаление влаги из обрабатываемых термопластов до требуемых по НТД (ГОСТ, ОСТ, ТУ) значений остаточной влажности, что позволяет исключить основные виды брака в деталях, образцах (пузыри, расслоение, трещины, "серебро, включения - продукты термоочистителной деструкции"), увеличивая их эксплуатационный ресурс в 2-4 раза. При этом производительность сушки возрастает в 10-20 раз.

Для реализации процесса сушки в качестве базового оборудования была разработана установка модели ТИС. Установка состоит из пульта управления, съемной крышкой с ИК лампами, бункера с отверстиями внизу, внутри которого расположены напорная труба и эжектор, калорифера с шестью ТЭНами, системы очистки воздуха, пневмо- и электроаппаратуры. Установка модели ТИС работает в полуавтоматическом и автоматическом режимах.

Техническая характеристика ТИС.

Производительность установки при исходной остаточной влажности до 0,5% - 15-30 кг/ч.

Время сушки - 1-4 ч.

Расход воздуха - 15 м³ /ч.

Температура воздуха - 60-130°С.

Рабочее давление воздуха - 0,2-0,5 МПа.

Емкость бункера - 25 дм².

Габаритные размеры - 900х600х1250 мм.

Масса - 200 кг.

Для исключения адсорбции горячим материалом влаги из окружающей среды высушенные термопласты из ТИС целесообразно выпускать в специальную герметичную тару или обогреваемый бункер устройства АЛЗ, входящего в состав термопластавтомата. [8]

Загрузочные бункеры применяются также с вакуумированием с целью удаления летучих веществ из перерабатываемого материала; бункеры с подогревом в токе горячего воздуха; бункеры с многоэтажными дозирующими шайбами. [26]

Автоматизация технологического процесса литья под давлением термопластов и повышение качества обеспечивается комплексом модели АЛ. В комплекс входит устройство для загрузки и сушки термопластов АЛЗ, вибрационного формования ВУ, съема деталей АЛС и пульт управления, обеспечивающий синхронную работу устройств с термопластавтоматом (например, модели ДЕ - 3127). Литье осуществляется следующим образом. Термопласты с помощью эжектора подаются из установки ТИС в обогреваемый бункер, где нагревается до заданной температуры в целях удаления остаточной влажности. Затем на расплав термопласта в узле впрыска (устройство ВУ) или форме (с размещенным УЗ преобразователем) воздействует колебательная энергия ультразвуковой частоты (18-22 кГц), обеспечивающая за счет мгновенного повышения давления, увеличения скорости течения материалов, а значит скорости сдвига. При больших скоростях сдвига быстро ориентируются сегменты макромолекул, и уменьшается вязкость термопластов. В результате УЗ воздействия происходит гомогенизация расплава, возрастает текучесть и прочностные характеристики термопластов, стабилизируется усадка отливок. Съем отливок осуществляется с помощью комбинированной системы воздухосъемников и толкателя с пружинной в форме.

Техническая характеристика осуществляется

для загрузки и сушки термопластов АЛЗ.

Производительность эжектора - 31-40 кг/г.

Производительность сушки в бункере - 5-10 кг/г.

Высота подачи термопластов в обогреваемый бункер - до 3000 мм.

Температура сушки - 60-120°С.

Потребляемая мощность - 1,6 кВт.

Габаритные размеры бункера или высота - 700 мм.

Диаметр верхней части - 450 мм.

Масса - 48 кг.

Техническая характеристика вибрационного устройства ВУ.

Амплитуда колебания УЗ волноводов - 3 мкм.

Количество волноводов - 4 шт.

Рабочая частота - 18-22 кГц.

Потребляемая мощность - 1 кВт.

Габаритные размеры: - вибрационной приставки - 200х290х290 мм;

генератора - 770х550х425 мм.

Время подготовки этого автоматизированного комплекса к работе составляет 30 минут. Использование автоматизированного комплекса обеспечивает повышение прочностных характеристик изделий и снижение технологических отходов. [8]

С целью дальнейшего совершенствования технологии лить под давлением термопластов был разработан гибкий производственный модуль модели МТ, который состоит из термопластавтомата (например, ДЕ 127-63Ц1), автоматизированного устройства программного управления "Микро", устройств АЛЗ и АЛС, унифицированного блока с набором форм-вкладышей. Модель функционирует автономно, осуществляет многократные циклы и может быть встроена в систему более высокого уровня ("Электроника-60", СШ-1420 и т.д.). пульт управления модулем включает восемь терморегуляторов Ш-4528 или Ш-4538 (для регулирования температуры бункер, сопла, форм), а также устройства "Микро", которое обеспечивает заданные режимы смыкания и размыкания формы, подвода и отвода сопла, набор дозы и скорости впрыска.

Использование блока с индукционным обогревом и унифицированным посадочным местом с подпружиненным фиксатором позволяет в 20-30 раз интенсифицировать процесс переналадки форм-вкладышей и обеспечить их быстрый и равномерный нагрев до заданных температур.

Режим работы элементов модуля зависит от цикличности работы и задается автономно системой управления.

Техническая характеристика модуля модели МТ.

Максимальный объем впрыска - 63 см³.

Номинальное давление литья - 180 МПа.

Наибольшая температура пластикации - 350°С.

Установленная мощность - 18 кВт.

Габаритные размеры - 3560х850х1900 мм.

Масса - 2500кг.

Использование модели МТ обеспечивает повышение качества деталей из термопластов и снижение трудоемкости их изготовления. Возможность встраивания в систему более высокого уровня позволяет создать на его основе гибкие автоматические участки и производства. [8]

Важным этапом развития производства по переработке пластмасс явилось создание и серийное изготовление на ВПО "Техника" (г. Владимир) и СПО "Прогресс" (г. Кипр) термопластоавтоматов моделей ТПА 400/100 и ЛПД 500/160 соответственно. Термопластавтоматы оснащены микропроцессорами и более совершенными гидроузлами.

Техническая характеристика ТПА 400/100.

Максимальный объем впрыска - 247 см³.

Номинальное давление литья - 164 МПа.

Наибольшая температура пластикации - 350°С.

Габаритные размеры - 5300х1340х2800 мм.

Масса - 4200 кг.

Техническая характеристика ЛПД 500/100.

Максимальный объем впрыска - 407 см³.

Номинальное давление литья - 161 МПа.

Наибольшая температура пластикации - 350°С.

Установленная мощность - до 61 кВт.

Габаритные размеры - 6880х1195х2440 мм.

Масса - 6700 кг.

Использование горизонтальных термопластавтоматов обеспечивает эффективную переработку термопластов. В настоящее время ведутся работы по усовершенствованию узла пластикации, бункера и системы управления термопластавтоматов, что позволяет расширить ассортимент перерабатываемых термопластов и повысить качество изделий на их основе.

Одним из эффективных средств автоматизированных технологических процессов литья термопластов (полиолефинов, полистиролов) является организация комплексо-механизированных производств на основе реторно- конвейерных линий (АРКЛ).

Линия модели ЛЛТ - 10-1 предназначена для литья одновременно до четырех типов термопластов с последующим получением четырех типоразмеров деталей диаметром до 40 мм, высотой до 50 мм.

Литье деталей осуществляется при непрерывном движении литьевых форм, размещенных в цепном конвейере относительно ротора инжекции и ротора выгрузки, расположенных в технологической последовательности. При движении конвейера литьевые формы последовательно перемещаются через ротор инжекции, где происходит загрузка, пластикация перерабатываемых материалов, дозировка расплавов в цилиндре с последующим заполнением форм под давлением. В роторе выброски происходит размывание формы, отделение литника, выталкивание отливок и передача их в механизм разделения изделий (деталей) по номенклатуре, очистка и смыкание форм. По мимо указанных узлов в линию входит централизованный пульт управления и гидросистема. Линия

ЛЛТ - 10-1 работает в полуавтоматическом или автоматическом режимах. [8]

Техническая характеристика ЛЛТ - 10-1.

Производительность - 100 опм/мин.

Максимальный объем впрыска - 10 см³.

Номинальное давление литья - 150 МПа.

Наибольшая температура пластикации - 250°С.

Установленная мощность - 62 кВт.

Габаритные размеры - 4690х1300х3060 мм.

Масса - 11000 кг.

Внедрение линии ЛЛТ-10-1 обеспечивает повышении производительности труда в 8-10 раз и автоматизацию процесса переработки термопластов. Линию целесообразно использовать в крупносерийном производстве (при коэффициенте загрузки оборудования ≥0,9).

Для рационального использования технологических отходов при изготовлении изделий бытовой техники применяют роторный измельчитель термопластов моделей УИ. Измельчитель состоит из корпуса с встроенными в него неподвижными ножами, в нутрии которого расположены вращающийся ротор фрезерного типа с набором секциями и ножами, номер загрузки и помола, сито, емкости для измельченного материала, пылеуловитель (циклон), а также пульт управления. Отходы термопластов (литники, бракованные детали) подают в загрузочную камеру вручную или с помощью транспортера. Непрерывное измельчение материала происходит между ножами ротора и корпуса. При необходимости возможно регулирование зазора между режущими кромками ножей ротора и корпуса в зависимости от насыпной плотности перерабатываемого материала. Степень измельчения определяется величиной отверстия сита, ограждающего снизу камеру помола. Измельчитель работает в полуавтоматическом режиме.

О преимуществах измельчителя УИ по сравнению с промышленными аналогами: измельчение всех видов термопластов, удаление пыли и летучих веществ из зоны работы; обеспечение уровня шума не более 75 дБ, подвижное перемещение оборудования.

Использование УИ обеспечивает ресурсосбережение материала до 90%.

Техническая характеристика УИ.

Производительность - до 50 кг/ч.

Получаемая измельченная фракция - не более 6 мм.

Максимальные размеры перерабатываемых пустотелых отходов 1400мм.

Потребляемая мощность - 3 кВт.

Габаритные размеры - 1050х750х1300 мм.

Масса - 230 кг.

Для эффективной переработки термопластов, их измельченную фракцию необходимо гранулировать. Установка для грануляции отходов термопластов УГОТ состоит из загрузочного бункера, червячного экструдера, охлаждающего устройства, механизма резких стренг до гранулята, пневмо- и электроаппаратуры, пульта управления. Модульность установки позволяет ей работать как автономно, так и совместно с измельчителем термопластов. Предварительно измельченные отходы термопластов подаются пневмотранспортом в бункер экструдера. В материальном цилиндре экструдера происходит непрерывная пластикация. Материал выдавливается через фильеру в виде стренг, которые охлаждаются в водяной ванне и поступают на механизм резки. Бесступенчатая регулировка скорости вращения червяка позволяет перерабатывать широкий диапазон материалов (полиолефинов, полистиролов, полиамидов и др.). Регулировка зазора между ножами и скорости вращения способствует получению гранул необходимых геометрических размеров (например, диаметр 2-4 мм, длине 3-6 мм). [8]

Техническая характеристика УГОТ.

Производительность не менее 16 кг/г.

Диаметр шнека - 80 мм.

Отношение диаметра шнека к его длине (15-20) /1.

Скорость вращения шнека - 20-100 об. /мин.

Количество зон обогрева - 3.

Потребляемая мощность не более 14 кВт.

Габаритные размеры - 2960х740х2000 мм.

Масса - 500 кг.

Использование грануметора позволяет более эффективно перерабатывать отходы термопластов, а также улучшать условия труда на производствах по переработки пластмасс. [10]

Для грануляции термопластов применяется также по мимо холодной грануляции, горячую; наибольшее распространение, особенно при больших производительностях, получил метод горячей грануляции, при которой гранулы образуются при резке горячих стренгов и последующим охлаждении их. Охлаждение бывает воздушное, в водяном кольце с подводной резкой.

Выбор способа грануляции определяется свойствами гранулированного материала, производительностью и типом экструдера, требуемой формы гранул, а качество получаемого гранулята- в основном однородностью и насыпной плотностью.

Для грануляции полипропилена с заданной производительностью не целесообразно применение водокольцевой грануляции, обеспечивающей помимо требуемой производительности высокое качество получаемых гранул, простоту конструкции фильеры, отсутствие забивания фильеры даже при низкой производительности, незначительный износ рубящих ножей благодаря образованию тонкой пленки расплава на фильере, низкими капитальными и эксплуатационными затратами. На этой установке можно получать тарообразные, линзообразные и цилиндрические гранулы диаметром 0,3-0,6 см. длина гранул может регулироваться частотой вращения вала с рубящими ножами.

Безопасная работа обеспечивается системой отключения машины при повышения давления: реле контроля частоты вращения и датчик расхода воды и вала отключает установку при разрыве приводного ремня, концевой выключатель между фильерой и кожухом предотвращает аварии при открытом кожухе гранулятора.

Подводная грануляция применяется главным образом для термопластов, которые налипают на фильеру и ножи, - прозрачный пластифицированный полистирол, полипропилен и его сополимеры и др. Однако эти установки применяют для высокопроизводительных производств (14-17 тонн/год). Прутки, выходящие из фильеры, рубятся вращающимися ножами непосредственно у фильеры, затем гранулы снизу подхватываются водой и транспортируются к холодильнику, затем к сушилке.

Техническая характеристика установок для водокольцевой грануляции типа WRG-230, для подводной грануляции типа UG-200 (11).

WRG-230 UG-200 (11)

Мощность привода 7,5 кВт 24 кВт.

Максимальная производительность

по ПВХ, кг/г:

по полиэтилену высокого давления 800 5000

по полиэтилену низкого давления 800 4000

по пропилену 600 3500

по пропилену 700 4000

Проблема утилизации полимерных отходов является одной из важнейших, однако хранение их переработки целесообразен лишь тогда, когда существует действительная технология и высокопроизводительное оборудование. Между тем в настоящее время нет четких путей эффективной переработки полимерных отходов, особенно "мягких", а также определение производительности и мощности установок, учитывающих конструктивные параметры режущих узлов и свойств перерабатываемых материалов, в том числе высокоэластичных. К "мягким" относятся: полиэтилен высокого, среднего, низкого давлений, полипропилен пластифицированные и полужесткие материалы на основе поливинилхлорида, резины.

Предлагаются универсальные технологии, позволяющие перерабатывать широкий спектр полимерных отходов, в том числе "мягких", отличающиеся достаточно высокой производительностью при относительной простоте конструктивного оформления энергосбережения.

Техническая и экономическая эффективность использования универсальной установки для измельчения "мягких" полимерных отходов состоит в заметном расширении сырьевой базы за счет возврата в производства "мягких" отходов и соответственно улучшить экологическую обстановку благодаря исключению вывоза этого вида полимерных отходов на свалку. [12]

Вообще проблема утилизации отходов в России за рубежом весьма актуальны и поскольку в современном мире существует свыше четырехсот видов пластмассовых отходов. Учитывая специфические свойства полимерных материалов - они не подвергаются гниению, коррозии, проблема их утилизации носит прежде всего экологический характер. Универсального решения экологической проблемы даже в экологически-развитых странах не найдено.

Комплексных линий по производству оборудования для переработки отходов в России нет. Только завод "Кузполимермаш" изготавливает отдельные узлы технологической линии переработки отходов: агломираторы, дробилки, сушки, линии грануляции термопластов.

Ориентировочная стоимость оборудования для линии грануляции отходов мощностью до 600 тонн/год без стадии отмывки составляет от 25тыс. долларов США.

Анализ европейского и мирового опыта показал, что экологические производства, т.е. производства касающиеся восстановления и улучшения окружающей среды, которые включают в себе процессы повторного использования материала дают выручку в размере более 300млрд. Евро/год в одном европейском союзе.

Однако решение проблемы утилизации отходов полипропилена связана не только с организацией дробления, мойки и перегрануляции, но и с обеспечением вторичному сырью физико-механических свойств, максимально приближенных к свойствам полимера, так как полипропилен претерпевает изменения, негативно влияющие на их структуру. [13]

Основным способом борьбы с термоокислительной деструкцией полипропилена является введение в них антиоксидантов или стабилизаторов. В настоящее время некоторые зарубежные фирмы, в частности, Швейцарская фирма "Сиба", выпускает рецептуры стабилизаторов, содержащих еще и ряд ингредиентов, позволяющих не только предотвратить дальнейшую деструкцию полимеров, но и в некоторой степени, восстановить их свойства. Эти комплексные рецептуры получили название рециклизаторов. Их вводят в количестве от 0,2-0,4% от массы полимера. Наиболее рациональным способом введения рециклизаторов в полимеры, является использование их концентратов, особенно многофункциональных концентратов, содержащих несколько аддитивов, каждый из которых выполняет в полимере свою конкретную функцию.

Уже в течении многих лет очень хорошо зарекомендовали себя установки по переработки отходов термопластов, представляющие собой комбинацию из узла разрывания, экструдера с гранулирующей головкой.

Технические преимущества этих установок:

прямая комбинация узла разрывания и одношнекового экструдера означает экономию промежуточного транспортирования и складирования материала;

загрузка экструдера подогретым уплотненным материалом приводит к тому, что можно использовать более короткий экструдер, обеспечить меньший износ шнека и цилиндра и снять термическую нагрузку и окисление материала;

возможность переработки материалов с влажностью до 4%, а на установках с вакуумом и двойной дегазацией до 8%.

Экономические преимущества:

очень хорошее соотношение цены и производительности;

экономия до 40% энергии по сравнению с многоступенчатой переработкой;

компактное незанимающее много места исполнение;

пластифицированный, великолепно отфильтрованный в расплавленном состоянии гомогенный гранулят, мало уступающий по своим качествам первичному.

Производительность установок такого типа от 100 кг/г до 2000 кг/г.

Основная задача при проектировании и изготовлении оборудования для переработки отходов является исключение по мере материала при изготовлении изделия и обеспечение максимального возврата материалов в процесс.

В настоящее время на заводе ЗАО "Атлант" (Беларусь) изготавливаются серии дробилок:

1. дробилка передвижная БЗС 0090М.

2. дробилка БЗС 0131.

3. дробилка БЗС 0139.

Эти дробилки относятся к типу малооборотистых.

Особенность этих дробилок - низкий уровень шума (менее 70 дБ), незначительное содержание пыли, что обеспечивается низкой скоростью вращения инструмента (28 об. /мин), самозатачивающиеся инструменты, который гарантирует продолжительную эксплуатацию дробилки без переточки инструмента. [14]

За рубежом проблема утилизации отходов является одной из наиболее острых проблем современной цивилизации. С целью ее решения в последнее время предпочтительное развитие получает производство биоразлагаемых полимеров: Biopol, Bioceta, EcoPlato, Bioplast, Bionolle, Ecoflex и другие. Также важным направлением в США и Европе является рециклирование отходов пластмасс и получения материалов, продуктов или изделий пригодных к дальнейшему использованию. [15]

Ассортимент термопластавтоматов, выпускаемых в России, также постоянно обновляется например, Красноярский машиностроительный завод наладил выпуск термопластавтоматов моделей ДК 160-01, ДК 250, ДК 400. ТПА традиционно выполнены в горизонтальной компоновке со встроенным гидроприводом механизмами запирания, впрыска и узлом пластикации. Технические характеристики и параметру соответствуют лучшим аналогам известных зарубежных фирм, а стоимость существенно ниже. С 2001 года ТПА комплектуются системой управления, разработанной НПК "Кранавтоматика" (Красноярск). На СУ ТПА осуществляется цифровая индикация диагноза неполадок, отображающая не сработавший элемент, а также обеспечивается функционирование блокирующих устройств, повышающих безопасность обслуживающего персонала и безаварийную работу ТПА. [16]

Исходя из выше сказанного, при изготовлении вкладышей для придания антистатических свойств вводится концентрат антистатической добавки марки Т 0021/01, ТУ 2243-001-231-24265-2000.

Для уменьшения продолжительности цикла литья под давлением вкладышей ТПА KuASY, а соответственно уменьшение энергоемкости процесса, увеличение производительности ТПА, уменьшение себестоимости изделия рекомендуется применение бункера с устройством загрузки материала в токе горячего воздуха, которое состоит из нагревательного элемента и вентилятора, подающего горячий воздух противотоком в загрузочный бункер ТПА.

Для организации линии по переработки отходов используется: установка универсальная для измельчения полимерных отходов, экструдер ZSK-57, водокольцевой гранулятор WRG-230, барабанная сушилка. Линия обеспечивает необходимую производительность, энергоемкость, качество получаемого гранулята, который подается в технологический процесс.

Для обеспечения автоматизации процесса при транспортировки материала применяется пневмотранспортная установка.

Совершенствование технологии переработки прогрессивных термопластов необходимо вследствие широкомасштабного их внедрения и расширяющегося применения, поскольку они обладают комплексом ценных механических, тепло-физических и диэлектрических характеристик. [10]