Введение

PMMA (полиметилметакрилат), обычно известный как акриловое стекло, представляет собой термопластичный пластик с высокой прозрачностью, хорошей атмосферостойкостью и механическими свойствами. Концентрат PMMA — это гранулированный продукт, получаемый путем равномерного диспергирования высококонцентрированных пигментов или добавок в несущей смоле PMMA, который может использоваться для окрашивания и функциональной модификации изделий из PMMA. Двухшнековый экструдер является основным оборудованием для производства концентрата PMMA. Он обладает отличными характеристиками смешивания, высокой производительностью и хорошей адаптивностью, что позволяет удовлетворять различные требования к рецептурам и технологическим процессам.

Соотношение компонентов рецептуры (различные типы соотношений)

Соотношение компонентов концентрата PMMA в основном зависит от типа и концентрации пигментов, типа и характеристик несущей смолы, а также требований к конечному продукту. Ниже приведены соотношения компонентов для нескольких распространенных типов концентратов PMMA:

1. Универсальный цветной концентрат PMMA: содержание пигмента обычно составляет 10% – 30%, а содержание несущей смолы — 70% – 90%. Например, соотношение компонентов черного концентрата PMMA может составлять 20% углеродной черни и 80% смолы PMMA; соотношение компонентов красного концентрата PMMA может составлять 15% органического красного пигмента и 85% смолы PMMA.

2. Высококонцентрированный концентрат PMMA: содержание пигмента может достигать 40% – 60%, а содержание несущей смолы составляет 40% – 60%. Этот тип концентрата подходит для случаев с высокими требованиями к концентрации цвета, что позволяет уменьшить количество добавляемого концентрата и снизить производственные затраты.

3. Функциональный концентрат PMMA: помимо пигментов и несущих смол, добавляются различные функциональные добавки, такие как антиоксиданты, стабилизаторы света, антипирены и т. д. Соотношение компонентов определяется в соответствии с функциональными требованиями. Например, соотношение компонентов УФ-стабилизирующего концентрата PMMA может составлять 15% пигмента, 80% смолы PMMA и 5% УФ-абсорбера.

Производственный процесс

Процесс производства концентрата PMMA включает предварительную обработку сырья, дозирование и смешивание, плавление и пластификацию, экструзию и гранулирование, а также постобработку. Ниже подробно описан производственный процесс:

1. Предварительная обработка сырья

– Сушка смолы: смола PMMA обладает определенной гигроскопичностью, поэтому перед переработкой ее необходимо высушить для удаления влаги и предотвращения таких дефектов при экструзии, как пузыри и серебристые полосы. Температура сушки обычно составляет 80°C – 100°C, а время сушки — 2 – 4 часа.

– Предварительная обработка пигментов: для некоторых труднодиспергируемых пигментов, таких как углеродная чернь и диоксид титана, требуется предварительная обработка для улучшения их диспергируемости. Методы предварительной обработки включают измельчение, модификацию поверхности и т. д.

– Предварительное смешивание добавок: смешайте различные функциональные добавки с небольшим количеством несущей смолы, чтобы обеспечить равномерное диспергирование добавок в концентрате.

2. Дозирование и смешивание

– Взаимодействие основной и боковой подачи: смола (основной компонент) подается через основной загрузочный порт, тогда как волокна и добавки с высокой температурой плавления (например, антипирены) обычно подаются через боковой загрузочный порт, чтобы избежать разрушения волокон из-за слишком длительного времени воздействия сдвигающего усилия и потери армирующего эффекта.

– Контроль времени смешивания: время смешивания в высокоскоростном смесителе (скорость вращения 800 – 1500 об/мин) обычно контролируется на уровне 5 – 8 минут. Если время слишком короткое, компоненты будут неравномерно диспергированы; если время слишком длительное, некоторые добавки могут разложиться из-за теплоты трения.

3. Плавление и пластификация

– Компоновка шнеков: различные элементы шнека выбираются в соответствии со свойствами материала. Например, для наполнения модификацией (добавление карбоната кальция) требуются блоки интенсивного сдвига и смешивания (угол смещения 30° – 45°); для повышения ударной вязкости эластомерами (добавление POE) необходимы блоки слабого сдвига и транспортировки (угол смещения 60° – 90°), чтобы избежать чрезмерного разрушения эластомера.

– Распределение температуры: от зоны загрузки до головки матрицы температура обычно имеет распределение «низкая – высокая – низкая». Температура в зоне загрузки (зона 1) относительно низкая (на 10 – 20°C ниже температуры плавления смолы), чтобы предотвратить преждевременное плавление материала и образование «мостов»; температура в зоне сжатия (зоны 2 и 3) поднимается выше температуры плавления (например, 180°C – 220°C для PMMA), чтобы обеспечить достаточное плавление; температура в зоне гомогенизации (зоны 4 и 5) немного ниже (на 5 – 10°C ниже, чем в зоне сжатия), чтобы избежать деградации материала из-за чрезмерного нагрева.

– Скорость вращения шнека: чем выше скорость вращения шнека, тем сильнее усилие сдвига и равномернее смешивание, но короче время пребывания материала (обычно 30 – 90 секунд для двухшнековых экструдеров). Обычно скорость вращения шнека контролируется в диапазоне 300 – 600 об/мин, а конкретная скорость регулируется в соответствии со свойствами материала и требованиями рецептуры.

4. Экструзия и гранулирование

– Подводная резка: подходит для высоковязких и липких материалов (таких как PMMA). Поверхность матрицы погружается непосредственно в теплую воду (температура воды 50 – 80°C), а ножи вращаются с высокой скоростью (300 – 1000 об/мин). Гранулы охлаждаются и формируются в воде, их поверхность гладкая и без заусенцев. Однако стоимость оборудования высока, и температуру воды необходимо строго контролировать. Если температура воды слишком низкая, гранулы склонны к растрескиванию; если температура воды слишком высокая, гранулы склонны к слипанию.

– Воздушное охлаждение жгутов с последующей резкой: подходит для материалов с низкой вязкостью и высокой прочностью (таких как PP и PE). После экструзии материала в виде жгутов он сначала затвердевает через ванну охлаждения (температура воды 15 – 25°C), а затем направляется в резак (скорость вращения 50 – 200 об/мин) тянущим устройством. При эксплуатации следует обращать внимание на «скорость вытяжки жгутов». Если скорость слишком высокая, жгуты легко истончаются или даже рвутся; если скорость слишком низкая, жгуты скапливаются, что приводит к неравномерному размеру гранул.

5. Постобработка

– Сушка и обезвоживание: гранулы после подводной резки имеют влагу на поверхности, которую необходимо удалить с помощью центробежной сушилки (скорость вращения 1000 – 2000 об/мин) или сушилки с псевдоожиженным слоем (температура входящего воздуха 60 – 80°C). Если влага остается, гранулы склонны к комкованию при хранении и будут образовывать «водяные знаки» при литье под давлением.

– Просеивание и сортировка: удаление слишком крупных или слишком мелких гранул с помощью вибрационного грохота (размер ячейки сетки 10 – 20 меш) для обеспечения равномерного размера гранул.

Обзор производственного оборудования

1. Двухшнековый экструдер

Модульные параллельные соосно-вращающиеся двухшнековые экструдеры серии KTE компании Nanjing Kerke Extrusion Equipment Co., Ltd. являются идеальным оборудованием для производства концентрата PMMA. Экструдеры этой серии имеют модульную конструкцию. В зависимости от системы перерабатываемых материалов и технологической рецептуры можно рационально спроектировать отношение длины к диаметру, конструкцию цилиндров, компоновку шнеков, материал шнеков и цилиндров, способ загрузки, расположение и количество зон вакуумирования, метод электрического управления и т. д., чтобы обеспечить многофункциональную и многоцелевую переработку полимерных материалов.

– Основные технические параметры: на примере модели KTE – 50B диаметр шнека составляет 50,5 мм, отношение длины к диаметру — 28 – 60, скорость вращения шнека — 400 – 600 об/мин, мощность двигателя — 45 – 75 кВт, а производительность — 120 – 280 кг/ч.

– Особенности: обладает отличными характеристиками смешивания, обеспечивающими равномерное диспергирование пигментов и добавок в несущей смоле; высокая производительность, отвечающая потребностям крупномасштабного производства; хорошая адаптивность, позволяющая перерабатывать различные типы рецептур концентратов PMMA; простота эксплуатации и обслуживания.

2. Другое оборудование

– Высокоскоростной смеситель: используется для предварительного смешивания сырья, обеспечивая равномерное диспергирование каждого компонента.

– Сушильное оборудование: такое как вакуумная сушилка, сушилка с псевдоожиженным слоем и т. д., используемое для удаления влаги из сырья.

– Резак: разрезает экструдированный материал на равномерные гранулы. Существуют различные типы, такие как подводный резак и резак для воздушного охлаждения жгутов.

– Вибрационный грохот: используется для просеивания и сортировки с целью удаления некондиционных гранул.

Настройка параметров

1. Настройка температуры: в соответствии с температурой плавления смолы PMMA, термостойкостью пигментов и требованиями процесса температура каждой зоны устанавливается рационально. Обычно температура зоны загрузки составляет 160°C – 180°C, температура зоны сжатия — 180°C – 220°C, температура зоны гомогенизации — 170°C – 210°C, а температура головки матрицы — 170°C – 190°C.

2. Настройка скорости вращения шнека: в соответствии с вязкостью, рецептурой и требованиями к производительности материала устанавливается соответствующая скорость вращения шнека. Обычно она регулируется в диапазоне 300 – 600 об/мин.

3. Настройка скорости подачи: в соответствии со скоростью вращения шнека и требованиями к производительности регулируется скорость подачи, чтобы обеспечить равномерную и стабильную подачу материала в экструдер.

4. Настройка степени вакуума: во время процесса экструзии включается система отсоса газов и устанавливается соответствующая степень вакуума для удаления летучих веществ и влаги из материала и повышения качества продукта. Степень вакуума обычно составляет 0,06 – 0,09 МПа.

Цена оборудования

Цена двухшнековых экструдеров серии KTE компании Nanjing Kerke Extrusion Equipment Co., Ltd. варьируется в зависимости от модели и конфигурации. Ниже приведены ориентировочные цены некоторых моделей:

1. KTE – 20B: цена составляет от 18 000 до 22 000 долларов США.

2. KTE – 36B: цена составляет от 42 600 до 45 000 долларов США.

3. KTE – 65B: цена составляет от 45 000 до 55 000 долларов США.

4. KTE – 75B: цена составляет от 60 000 до 100 000 долларов США.

Цены на другое оборудование сильно различаются из-за разных брендов, моделей и конфигураций. Конкретная цена должна уточняться в соответствии с фактическими потребностями.

Проблемы, которые могут возникнуть в процессе производства, их решения и методы предотвращения

1. Проблема: появление пузырей при экструзии

– Анализ причин: это связано главным образом с наличием влаги или летучих веществ в сырье, которые испаряются при нагревании во время экструзии, образуя пузыри; также причиной может быть плохая вентиляция экструдера, из-за чего летучие вещества не удаляются своевременно.

– Решение: полностью высушить сырье, чтобы обеспечить содержание влаги менее 0,1%; проверить систему отсоса газов, чтобы обеспечить беспрепятственный выход газов, и при необходимости увеличить степень вакуума.

– Метод предотвращения: строго контролировать процесс сушки сырья, регулярно проверять рабочее состояние системы отсоса газов и своевременно устранять засорения в зоне отсоса газов.

2. Проблема: неравномерный цвет концентрата

– Анализ причин: плохая дисперсия пигмента может быть вызвана недостаточной предварительной обработкой пигмента, недостаточным временем смешивания, нерациональной компоновкой шнеков и т. д.; также причиной может быть неравномерная подача, приводящая к неравномерному распределению пигментов в материале.

– Решение: полностью провести предварительную обработку пигментов, например, измельчение и модификацию поверхности; увеличить время смешивания для обеспечения равномерного диспергирования пигментов; скорректировать компоновку шнеков для усиления эффекта сдвига и смешивания; проверить систему подачи, чтобы обеспечить равномерную и стабильную подачу.

– Метод предотвращения: выбирать пигменты хорошего качества и с хорошей диспергируемостью; строго соблюдать технологические требования при операциях смешивания и экструзии; регулярно проверять работу системы подачи и своевременно регулировать скорость подачи.

3. Проблема: низкая производительность экструдера

– Анализ причин: это может быть связано со слишком низкой скоростью вращения шнека, слишком медленной скоростью подачи, высокой вязкостью материала и т. д.; также причиной может быть сильный износ шнеков экструдера, приводящий к снижению эффективности транспортировки.

– Решение: при необходимости увеличить скорость вращения шнека и скорость подачи; скорректировать рецептуру для снижения вязкости материала; проверить износ шнеков и своевременно заменить сильно изношенные шнеки.

– Метод предотвращения: рационально устанавливать скорость вращения шнека и скорость подачи в соответствии со свойствами материала и требованиями процесса; регулярно проводить техническое обслуживание экструдера и своевременно заменять изношенные детали.

4. Проблема: шероховатая поверхность экструдированных жгутов

– Анализ причин: это может быть связано со слишком высокой температурой экструзии, приводящей к деградации материала; также причиной может быть нерациональная компоновка шнеков и чрезмерное усилие сдвига, приводящее к разложению материала; кроме того, причиной может быть засорение головки матрицы, приводящее к плохой экструзии материала.

– Решение: снизить температуру экструзии во избежание деградации материала; скорректировать компоновку шнеков для снижения интенсивности сдвига и смешивания; очистить головку матрицы, чтобы обеспечить ее беспрепятственную работу.

– Метод предотвращения: строго контролировать температуру экструзии, избегая слишком высоких температур; выбирать соответствующую компоновку шнеков в соответствии со свойствами материала; регулярно очищать головку матрицы для предотвращения ее засорения.

Maintenance

1. Ежедневное техническое обслуживание

– Очистка оборудования: после ежедневного производства своевременно очищайте поверхность и внутреннюю часть экструдера, смесителя, резака и другого оборудования для удаления остатков материала и загрязнений.

– Проверка оборудования: проверяйте различные компоненты оборудования, такие как шнеки, цилиндры, система подачи, система резки и т. д., чтобы обеспечить их нормальную работу; проверяйте электрическую систему, гидравлическую систему и т. д., чтобы обеспечить надежное соединение и отсутствие утечек.

– Смазка оборудования: в соответствии с требованиями руководства по эксплуатации регулярно смазывайте различные точки смазки оборудования, чтобы обеспечить плавную работу подвижных частей оборудования.

2. Регулярное техническое обслуживание

– Еженедельное обслуживание: проверяйте трансмиссионную систему оборудования, такую как редуктор, шкивы и т. д., чтобы обеспечить их нормальную работу; очищайте фильтры для предотвращения засорения.

– Ежемесячное обслуживание: проверяйте уплотнения оборудования, такие как уплотнительные кольца, прокладки и т. д., и заменяйте их в случае повреждения; проверяйте систему охлаждения оборудования, чтобы обеспечить ее нормальную работу.

– Ежеквартальное обслуживание: проводите комплексный осмотр и регулировку различных компонентов оборудования, таких как зазор шнеков, зазор ножей резака и т. д.; проводите испытание изоляции электрической системы, чтобы обеспечить ее безопасность и надежность.

– Ежегодное обслуживание: проводите полную разборку, очистку и капитальный ремонт оборудования, заменяйте сильно изношенные детали; проводите испытания производительности оборудования, чтобы убедиться, что его различные показатели соответствуют требованиям.

FAQ

1. В: Каков срок годности концентрата PMMA?

О: При сухих и герметичных условиях хранения срок годности концентрата PMMA обычно составляет 12 – 24 месяца. По истечении срока годности характеристики концентрата могут ухудшиться, поэтому рекомендуется использовать его в пределах срока годности.

2. В: Как выбрать подходящую рецептуру концентрата PMMA?

О: Выбор подходящей рецептуры концентрата PMMA требует учета многих факторов, таких как тип и концентрация пигментов, тип и характеристики несущей смолы, требования к конечному продукту и т. д. Рекомендуется проводить достаточные испытания и оценки перед выбором рецептуры, чтобы обеспечить ее рациональность и осуществимость.

3. В: Что делать, если при литье под давлением концентрата PMMA наблюдается разница в цвете?

О: Сначала проверьте качество концентрата, чтобы убедиться в его равномерном цвете; проверьте параметры процесса литья под давлением, такие как температура, давление, скорость впрыска и т. д., чтобы обеспечить их стабильность и рациональность; проверьте пресс-форму для литья под давлением, чтобы обеспечить ее чистоту и отсутствие загрязнений. Если проблема с разницей в цвете сохраняется, возможно, потребуется скорректировать рецептуру концентрата или заменить концентрат.

4. В: Как улучшить диспергируемость концентрата PMMA?

О: Для улучшения диспергируемости концентрата PMMA можно принять следующие меры: выбирать пигменты хорошего качества и с хорошей диспергируемостью; полностью проводить предварительную обработку пигментов, например, измельчение и модификацию поверхности; оптимизировать процесс смешивания, увеличивать время смешивания и улучшать эффект смешивания; корректировать компоновку шнеков для увеличения интенсивности сдвига и смешивания.

Заключение

Двухшнековый экструдер играет важную роль в производстве концентрата PMMA. Его отличные характеристики позволяют удовлетворять различные требования к рецептурам и технологическим процессам, а также производить высококачественный концентрат PMMA. В процессе производства необходимо строго контролировать соотношение компонентов рецептуры, производственный процесс и параметры оборудования, усиливать техническое обслуживание оборудования и своевременно решать проблемы, возникающие в процессе производства, чтобы обеспечить бесперебойное течение производства и стабильность качества продукции. Одновременно следует постоянно оптимизировать производственный процесс и рецептуру, повышать эффективность производства и характеристики продукта, удовлетворяя растущий рыночный спрос на концентрат PMMA.