1. Введение
Грануляция суперконцентрата на основе линейного полиэтилена низкой плотности (LLDPE) является критически важным процессом в переработке полимеров, при котором такие добавки, как пигменты, стабилизаторы и наполнители, равномерно диспергируются в смоле LLDPE для создания функциональных компаундов для различных применений. Двухшнековый экструдер с управлением ПЛК стал эталонным решением для этого процесса, обеспечивая точное смешивание, эффективную дисперсию и стабильный выпуск продукции. В данной статье рассматриваются рецептуры, производственный процесс, оборудование, параметры, затраты, устранение неисправностей, техническое обслуживание и часто задаваемые вопросы, касающиеся грануляции суперконцентрата LLDPE с использованием двухшнековых экструдеров серии KTE производства Nanjing Kerke.
2. Соотношения компонентов рецептуры (различные типы)
Рецептуры суперконцентратов на основе LLDPE варьируются в зависимости от требований к применению, включая цвет, механические свойства и условия переработки. Типичная рецептура состоит из четырех основных компонентов: смола LLDPE, пигмент/концентрат, добавки и технологические вспомогательные средства. Ниже приведены распространенные рецептуры:
Цветной суперконцентрат: смола LLDPE (70–85%), пигмент/концентрат (10–25%), диспергатор (2–5%) и антиблокирующий агент (1–3%).
Функциональный суперконцентрат (например, УФ-стабилизатор): смола LLDPE (80–90%), УФ-абсорбер (2–5%), стабилизатор на основе стерически затрудненных аминов (HALS) (1–3%), антиоксидант (1–2%) и смазка (1–3%).
Наполнительный суперконцентрат (например, карбонат кальция): смола LLDPE (60–75%), наполнитель CaCO₃ (20–35%), связующее вещество (1–3%), диспергатор (1–3%) и смазка (1–2%).
Ключевыми факторами являются индекс расплава смолы (MFI), влияющий на скорость экструзии, а также совместимость добавок для предотвращения агломерации или деградации.
3. Производственный процесс (подробно)
Процесс грануляции суперконцентрата LLDPE с использованием двухшнекового экструдера включает несколько последовательных этапов:
Этап 1: Подготовка сырья
Все компоненты предварительно смешиваются для обеспечения однородности. Пигменты и наполнители высушиваются для удаления влаги, что предотвращает образование пара во время экструзии. Смолы просеиваются для удаления крупных частиц, а добавки точно взвешиваются с помощью цифровых весов для обеспечения стабильности.
Этап 2: Подача материала
Предварительно смешанные материалы подаются в двухшнековый экструдер через бункер. Скорость подачи контролируется частотным преобразователем (VFD) для соответствия производительности экструдера. Для LLDPE может использоваться гравитационный или объемный дозатор, при этом система ПЛК регулирует скорость подачи на основе обратной связи по крутящему моменту и температуре в реальном времени.
Этап 3: Экструзия и смешивание
По мере поступления материалов в экструдер они подвергаются интенсивному смешиванию, транспортировке и сдвигу в каналах шнека. Конструкция двухшнекового механизма — обычно зацепляющаяся с самоочищающимися или незацепляющимися элементами — создает высокие силы сдвига, которые диспергируют добавки в матрице LLDPE. Цилиндр разделен на температурные зоны (5–8 зон) для контроля плавления и вязкости: зона загрузки при 150–180°C, зона сжатия при 180–200°C и зона дозирования при 190–210°C для переработки LLDPE.
Этап 4: Насос расплава и фильтрация
Расплавленный компаунд проходит через шестеренчатый насос для обеспечения постоянного давления и потока, затем через фильтр-сетку (30–100 меш) для удаления примесей и агломератов. Фильтр-сетка периодически заменяется для поддержания качества продукции.
Этап 5: Гранулирование
Экструдированная нить охлаждается в водяной ванне или системе воздушного охлаждения для затвердевания полимера. Гранулятор с вращающимися ножами разрезает нить на однородные гранулы (длина 3–6 мм). Скорость работы гранулятора синхронизируется с производительностью экструдера, чтобы предотвратить обрыв нити или неравномерный размер гранул.
Этап 6: Сушка и просеивание
Гранулы сушатся в сушилке горячим воздухом при температуре 60–80°C в течение 2–4 часов для удаления остаточной влаги, затем просеиваются для отделения слишком крупных или мелких гранул. Готовая продукция фасуется и хранится.
4. Описание производственного оборудования (Двухшнековый экструдер: серия Nanjing Kerke KTE)
Двухшнековый экструдер серии KTE производства Nanjing Kerke — это надежная высокопроизводительная машина, предназначенная для производства суперконцентратов на основе LLDPE. Ключевые особенности включают:
Конфигурация шнеков экструдера: серия KTE обычно использует шнеки с соотношением длины к диаметру (L/D) 36:1, включающие секцию транспортировки, секцию сжатия и секцию дозирования. Элементы шнека изготовлены с высокой точностью, имеют зацепляющиеся витки и смесительные элементы (например, месильные диски, пальцы) для обеспечения тщательной дисперсии и однородного смешивания.
Система управления ПЛК: оснащена контроллером Siemens или Mitsubishi, система контролирует и регулирует температуру, давление, скорость шнека и скорость подачи в реальном времени. Человек-машинный интерфейс (HMI) позволяет операторам устанавливать параметры, просматривать данные производства и удаленно устранять неисправности.
Цилиндр и нагрев/охлаждение: цилиндр имеет рубашку для контроля температуры с керамическими нагревателями и зонами водяного охлаждения. Температурные зоны управляются независимо для поддержания требуемого профиля температуры расплава.
Система подачи: двухшнековый дозатор с регулируемой скоростью и бункер со смотровым окном обеспечивают стабильную подачу материала. Опционально могут быть добавлены боковые дозаторы для жидких добавок или компонентов с высокой вязкостью.
Дополнительные компоненты: включает редуктор с высокоточными косозубыми шестернями, головку экструзионной матрицы со сменными формующими инструментами, гранулятор водяного охлаждения и систему охлаждения после экструзии.
5. Настройка параметров
Оптимальные настройки параметров для экструдера серии KTE зависят от типа суперконцентрата и характеристик смолы. Типичные настройки для суперконцентрата LLDPE (MFI = 2–5 г/10 мин при 190°C/2,16 кг):
Скорость шнека: 150–300 об/мин (регулируется в зависимости от производительности и вязкости расплава). Более высокие скорости увеличивают сдвиг, но могут вызвать перегрев; более низкие скорости улучшают дисперсию, но снижают производительность.
Температурные зоны цилиндра (°C): Зона 1 (загрузка): 140–160, Зона 2: 160–180, Зона 3: 170–190, Зона 4: 180–200, Зона 5: 190–210, Зона 6: 190–205 (зона дозирования).
Температура головки матрицы: 190–210°C (поддержание однородности расплава для формирования равномерной нити).
Скорость подачи: 50–200 кг/ч (варьируется в зависимости от модели; KTE-65 может обрабатывать до 200 кг/ч, KTE-95 — до 500 кг/ч). ПЛК регулирует скорость подачи для поддержания постоянного крутящего момента (50–70% от максимального), чтобы предотвратить перегрузку.
Скорость гранулятора: 100–300 об/мин (синхронизирована с производительностью экструдера; обычно в 1,5–2 раза выше скорости шнека экструдера).
Температура водяного охлаждения: 20–30°C (обеспечение затвердевания нити без термического шока).
6. Цены на оборудование (Двухшнековый экструдер в долларах США: серия Nanjing Kerke KTE)
Цены на двухшнековые экструдеры серии KTE производства Nanjing Kerke варьируются в зависимости от модели и конфигурации. Ниже приведены приблизительные цены завода-изготовителя (в долларах США) для стандартных конфигураций (без вспомогательного оборудования, такого как грануляторы и сушилки):
KTE-65 (диаметр шнека 65 мм): $80,000 – $120,000 (в зависимости от длины цилиндра, системы управления и опциональных функций, таких как боковые дозаторы).
KTE-95 (диаметр шнека 95 мм): $150,000 – $220,000 (более высокая производительность, больший цилиндр и более массивная конструкция).
Основные факторы стоимости: индивидуальные конструкции шнеков, модернизация ПЛК (например, Siemens S7-1200 по сравнению с базовым ПЛК), грануляторы водяного охлаждения и системы охлаждения после экструзии могут увеличить затраты на 10–30%.
Общие инвестиции: для полной производственной линии (экструдер, дозатор, гранулятор, сушилка, система охлаждения) ожидайте затраты в размере $150,000 – $350,000 для малых и средних предприятий.
7. Распространенные проблемы производства и решения
Проблема 1: Неравномерная дисперсия цвета
Причины: плохое смешивание из-за низкой скорости шнека, неправильной конфигурации шнека или агломерированных пигментов.
Решения: увеличьте скорость шнека (на 15–20 об/мин), замените смесительные элементы на более агрессивные месильные диски или предварительно диспергируйте пигменты в растворителе перед добавлением в LLDPE. Замена фильтр-сетки также может помочь удалить агломераты.
Профилактика: используйте предварительно смешанные концентраты пигментов с высоким качеством дисперсии и поддерживайте стабильную скорость подачи, чтобы избежать колебаний времени смешивания.
Проблема 2: Непостоянство размера гранул
Причины: изменения скорости экструдера, неравномерная температура головки матрицы или изношенные ножи гранулятора.
Решения: откалибруйте ПЛК для поддержания постоянной скорости шнека и подачи; проверьте температурные зоны головки матрицы и отрегулируйте нагреватели/охладители; замените изношенные ножи на острые, равномерно расположенные лезвия.
Профилактика: регулярно проверяйте головки матриц на предмет засоров и очищайте их растворителем перед остановкой; планируйте заточку ножей каждые 500–1000 часов работы.
Проблема 3: Закупорка экструдера
Причины: перегрузка экструдера материалами с высокой вязкостью, посторонние предметы в подаче или неправильные настройки температуры, вызывающие деградацию материала.
Решения: уменьшите скорость подачи, удалите посторонние предметы и увеличьте температуру цилиндра в зоне загрузки для снижения вязкости расплава. Если произошла закупорка, измените направление вращения шнека на обратное, чтобы устранить затор.
Профилактика: установите металлодетектор в линии подачи, обеспечьте правильную сушку материала и используйте частотный преобразователь (VFD) для ограничения скорости подачи при запуске.
Проблема 4: Колебания давления расплава
Причины: засоренная фильтр-сетка, неравномерная температура цилиндра или непостоянная скорость подачи.
Решения: замените фильтр-сетку, отрегулируйте температурные зоны цилиндра и откалибруйте дозатор для поддержания постоянного потока материала.
Prevention: Monitor screen pack pressure drop (aim for <100 bar) and replace screens every 2-4 hours of operation; use a melt pressure transducer to detect early blockages.
8. Техническое обслуживание и уход
Ежедневное техническое обслуживание: очистите бункер и витки шнека, проверьте уровень масла в редукторе и убедитесь, что все блокировки безопасности работают исправно.
Еженедельное техническое обслуживание: осмотрите и затяните приводные ремни, очистите ножи гранулятора и откалибруйте дозаторы. Проверьте точность датчиков температуры цилиндра.
Ежемесячное техническое обслуживание: замените масло в редукторе, осмотрите элементы шнека на предмет износа и очистите головку матрицы и фильтр-сменник. Проверьте программное обеспечение ПЛК на наличие обновлений.
Ежегодное техническое обслуживание: проведите капитальный ремонт шнека и цилиндра (восстановление поверхности при износе), замените подшипники и выполните полную центровку системы. Смажьте все движущиеся части высокотемпературной смазкой.
Долгосрочный уход: храните экструдер в сухой среде, когда он не используется, накройте открытые компоненты для предотвращения скопления пыли и держите запасные части (шнеки, фильтр-сетки, ножи) под рукой для быстрой замены.
9. Часто задаваемые вопросы
В1: Каков минимальный размер партии для производства суперконцентрата LLDPE на экструдере серии KTE?
О1: Минимальный размер партии обычно составляет 50–100 кг в зависимости от модели экструдера. Для меньших партий может потребоваться ручная регулировка скорости подачи и скорости шнека.
В2: Может ли экструдер серии KTE перерабатывать LLDPE с высоким MFI?
О2: Да, серия KTE может перерабатывать LLDPE с MFI до 10 г/10 мин при 190°C/2,16 кг, но смолы с более высоким MFI могут потребовать более низкой скорости шнека для предотвращения перегрева.
В3: Как часто следует заменять фильтр-сетку?
О3: Фильтр-сетки следует заменять каждые 2–8 часов в зависимости от типа суперконцентрата и нагрузки добавок. Контролируйте перепад давления на фильтр-сетке для определения момента замены.
В4: Подходит ли серия KTE для непрерывного производства?
О4: Да, серия KTE разработана для круглосуточной непрерывной работы при надлежащем техническом обслуживании и обеспечивает срок службы оборудования более 10 лет.
10. Резюме
Двухшнековый экструдер с управлением ПЛК, особенно серия Nanjing Kerke KTE, предоставляет эффективное и надежное решение для грануляции суперконцентратов LLDPE. Оптимизируя рецептуры, параметры процесса и техническое обслуживание оборудования, производители могут достичь однородной дисперсии, стабильного качества и высокой производительности. Ключевые преимущества включают точный контроль смешивания, снижение энергопотребления и адаптивность к различным типам суперконцентратов. Хотя начальные затраты на оборудование значительны, долгосрочная окупаемость инвестиций в сочетании с улучшенным качеством продукции делает серию KTE выгодным вложением для переработчиков полимеров.
