Главная › Новости

Смазочные вещества, процессинговые добавки

Опубликовано: 05.09.2018

Смазки играют очень важную роль в процессах экструзии (и литья под давлением) полимерных материалов. Ведь большая часть мощности привода расходуется именно на преодоление сил трения, возникающих при движении частиц рабочей смеси внутри цилиндра экструдера. От качества подбора смазок значительно зависит производительность оборудования для переработки композитов и конечные свойства получаемых изделий - внешний вид, прочность и долговечность. Характер и параметры течения процесса экструзии зависят от конструкции и размеров шнека и цилиндра.

Определяющей характеристикой шнека является его диаметр D, выбираемый в зависимости от вида и свойств перерабатываемого продукта, типа изделия и с учетом требуемой производительности экструдера. Другой важной характеристикой шнека является отношение его длины L к диаметру D. Для экструдеров, используемых в производстве ДПК , это отношение находится в пределах 6…40, t = (0,7…1,2)D; диаметр вала шнека d = (0,44…0,57)D.

При этом должно быть выполнено условие:

где ψ – угол трения продукта по шнеку. Угол наклона винтовой линии φ определяется из соотношения:

Значение угла φ зависит от коэффициента трения продукта по шнеку, и рекомендуется принять величину угла 17…22°. Если угол φ выходит за рекомендуемые границы, то требуется коррекция t.

Для перемещения рабочей смеси вдоль цилиндра необходимо, чтобы трение материала по внутренней поверхности цилиндра было больше трения его по шнеку. В противном случае материал будет вращаться вместе со шнеком, не продвигаясь в осевом направлении. Для создания различных коэффициентов трения материала о шнек и о внутреннюю поверхность корпуса применяют разную чистоту обработки поверхности, регулируют температуры корпуса и шнека и подбирают смазки.

В технике экструзии для снижения трения и обеспечения лучшего течения процесса используются специальные вещества, которые называют смазками или лубрикантами (lubrikants) и процессинговыми добавками (processing aids). Смазки особенно необходимы при экструзии древесно-полимерных композитов. Необходимость лучшей смазки объясняется высоким коэффициентом трения древесины, сложной формой древесных частиц, свойствами их поверхностей и более высоким давлением, при котором обычно осуществляется экструзия высоконаполненных композитов. Как правило количество смазочных веществ при переработке ДПК требуется несколько больше, чем при переработке обычных термопластов.

Различают внешнее трение - трение частиц о поверхности рабочих органов экструдера и фильеры, и внутреннее трение - трение частиц композиции друг об друга. Поэтому можно сказать, что смазки нужны не просто для снижения трения, но и для регулировки ( оптимизации) процесса.

При недостатке и переизбытке смазки или при неправильном сочетании внутренней и внешней смазки экструдер работать не будет. Его может "заклинить" или наоборот, шнек будет врашаться, а выхода продукта в фильеру не будет.

На практике применяются универсальные, внешние и внутренние смазки. Внутренние лубриканты (under-lubrication) улучшают текучесть рабочей смеси и способствуют повышению производительности экструдера, внешние (over-lubrication) - уменьшают трение смеси о детали экструдера и предохраняют полимер от прилипания к металлическим частям оборудования, уменьшают износ оборудования.

В идеале, внешние смазки должны быть химически плохо совместимы с полимером, слабо проникать в его структуру и работать только в области внешнего трения.

Внутренние смазки, напротив - должны равномерно распределяться внутри рабочей смеси и обеспечивать лучшую пластичность смеси, в частности индекс текучести расплава, давление расплава и др. показатели.

График напряжения расплава

График давления расплава

В качестве смазок при экструзии ДПК могут использоваться силиконы, углеводороды, перфторполимеры, воски, мыла, акрилаты, высокомолекулярные жирные кислоты и спирты, амиды жирных кислот, соли жирных кислот, сложные эфиры жирных кислот и др. смазочные материалы. Пока в древесно-полимерных композита применяются, в основном, стандартные смазки, используемые при переработки полиолефинов и ПВХ, такие как этилен бис-стереамид (ethylene bis-stearamide - EBS), стеараты цинка и др. металлов, парафиновые воски и окисленный полиэтиленoвый воск (oxidized PE). Новым направлением является использование некоторых эластомеров.

Помимо смазывающего эффекта и улучшения текучести рабочей смеси лубриканты могут оказывать воздействие и на другие свойства и качества композита. Смазки улучшают внешний вид поверхности изделия, см., например, на следующее фото:

К настоящему времени ведущие зарубежные производители лубрикантов уже опробовали свои продукты в производстве ДПК и разрабатывают новые системы, обеспечивающих повышение производительности экструдеров при переработке древесных композитов и с целью обеспечения их лучших прочностных свойств и долговечности. На диаграмме показано увеличение производительности экструдера при использовании нового лубриканта Baerolub W немецкой фирмы Baerlocher GmbH, по сравнению со стандартной смазкой на основе стеарата цинка и этиленбисстереамида.

Все смазки благоприятно влияют на водостойкость термопластичных ДПК, но как правило несколько уменьшают прочностные показатели. Смазки, содержащие ионы металлов, в частности, металлические стеараты, могут блокировать действие скрепляющих агентов, например, малеинизированных полиолефинов. С другой стороны, смазки содержащие поверхностно-активные вещества, напротив могут рассматриваться как связующие агенты, улучшающие совместимость древесины и полимерной матрицы ( например, некоторые продукты фирмы Strukturol).

Новые марки процессинговых добавок могут существенно улучшать и прочностные свойства древесно-полимерных композитов, например, Metablen A3000 является и процессинговой добавкой и отличным модификатором ударной прочности.

Ориентировочно, для ДПК на основе полиэтилена количество смазок может быть до 4 - 5 % от веса композита, для композиций на основе полипропилена 1 - 2%. Количество смазки для переработки древесно-полимерных композиций на основе ПВХ составляет от 4 до 10 частей смазки на 100 частей смолы.

При подборе количества следует учитывать состав композита, применяемое оборудование и рекомендации конкретного поставщика добавок, т.к. многие материалы сходные по составу химпродуктов могут различаться по эффективности действия и т.д.

Некоторые компании изготовители и марки процессинговых добавок приведены в таблице

Автор статьи: Абушенко Александр Викторович