Введение

Термопластичный полиуретан (TPU) — универсальный полимер, сочетающий свойства резины и пластика. Он обладает отличной эластичностью, высокой прочностью на разрыв и хорошей стойкостью к маслам, смазкам и абразивному износу. Мастербат TPU, содержащий концентрированные пигменты или добавки, диспергированные в несущей смоле TPU, широко используется в различных отраслях промышленности, таких как производство обуви, автомобильная промышленность, медицина и потребительские товары.

Производство мастербата TPU требует специализированного оборудования и процессов для обеспечения однородной дисперсии пигментов и добавок при сохранении уникальных свойств TPU. Двухшнековые экструдеры являются предпочтительным выбором для грануляции мастербата TPU благодаря их превосходным смесительным возможностям, высокой производительности и способности перерабатывать материалы с уникальными характеристиками TPU.

Компания Nanjing Kerke Extrusion Equipment Co., Ltd. предлагает широкий спектр двухшнековых экструдеров серии KTE, специально разработанных для грануляции мастербата TPU. Эти экструдеры оснащены передовыми шнеками, системой точного контроля температуры и эффективными системами подачи материала, что обеспечивает стабильное качество и высокую производительность.

Соотношения рецептур для различных типов мастербата TPU

Соотношение компонентов в рецептуре мастербата TPU зависит от типа мастербата и конкретных требований применения. Ниже приведены некоторые распространенные соотношения рецептур для различных типов мастербата TPU:

Color masterbatch

• Несущая смола TPU: 60–80%
• Пигменты: 15–35%
• Диспергаторы: 2–5%
• Технологические добавки (вспомогательные средства обработки): 1–3%

Например, типичная рецептура черного мастербата TPU может включать 70% смолы TPU, 25% пигмента сажи, 3% полиэтиленового воска в качестве диспергатора и 2% антиоксиданта в качестве технологической добавки.

Мастербат с добавками

• Несущая смола TPU: 70–90%
• Добавки: 5–25%
• Диспергаторы: 2–5%
• Технологические добавки (вспомогательные средства обработки): 1–3%

Например, мастербат TPU с УФ-стабилизатором может включать 80% смолы TPU, 15% УФ-стабилизатора, 3% диспергатора и 2% антиоксиданта.

Функциональный мастербат

• Несущая смола TPU: 50–70%
• Функциональные добавки: 25–45%
• Диспергаторы: 2–5%
• Технологические добавки (вспомогательные средства обработки): 1–3%

Например, мастербат TPU с электропроводностью может включать 60% смолы TPU, 35% углеродных нанотрубок, 3% диспергатора и 2% технологической добавки.

Производственный процесс грануляции мастербата TPU

Процесс производства гранулированного мастербата TPU обычно включает следующие этапы:

1. Подготовка сырья

Все виды сырья, включая смолу TPU, пигменты, добавки и технологические вспомогательные средства, тщательно взвешиваются и дозируются в соответствии с рецептурой. Перед использованием смола TPU должна быть правильно высушена для удаления влаги, которая может повлиять на качество мастербата. Затем сырье предварительно смешивается в высокоскоростном смесителе для обеспечения однородного распределения перед подачей в двухшнековый экструдер.

2. Двухшнековая экструзия

Предварительно смешанное сырье подается в двухшнековый экструдер, где оно плавится, смешивается и компаундируется при контролируемых условиях температуры и давления. Шнеки вращаются в одном направлении (соосно), создавая интенсивные силы сдвига, которые разрушают агломераты пигментов и равномерно диспергируют их по всей матрице смолы TPU.

Процесс экструзии обычно включает несколько зон нагрева с температурами от 150°C до 200°C в зависимости от конкретной рецептуры и требований к переработке. Экструдер также оснащен системой дегазации для удаления летучих примесей и влаги, которые могут повлиять на качество конечного мастербата.

3. Грануляция

После экструзии расплавленный мастербат TPU охлаждается и затвердевает в виде жгутов (стрендов), которые затем нарезаются на гранулы с помощью гранулятора. Диаметр гранул обычно составляет 2–5 мм, они имеют однородный размер и форму, что обеспечивает стабильную подачу материала при последующих этапах переработки.

Для грануляции мастербата TPU часто используется подводная грануляция, так как она обеспечивает лучшее охлаждение и позволяет получать гранулы с более гладкой поверхностью. Затем гранулы высушиваются для удаления остаточной влаги.

4. Контроль качества

Готовые гранулы мастербата TPU проходят строгие испытания контроля качества, чтобы убедиться в соответствии требуемым спецификациям. Эти испытания могут включать:

• Измерение цвета с помощью спектрофотометра для обеспечения стабильности цвета
• Анализ дисперсии под микроскопом для проверки однородности распределения пигмента
• Испытания показателя текучести расплава (MFI) для оценки реологических свойств мастербата
• Испытания механических свойств для оценки влияния мастербата на конечный продукт
• Измерение содержания влаги для обеспечения надлежащей сушки гранул

Обзор производственного оборудования

Компания Nanjing Kerke Extrusion Equipment Co., Ltd. предлагает ряд двухшнековых экструдеров серии KTE, специально разработанных для грануляции мастербата TPU. Эти экструдеры оснащены передовыми технологиями и высококачественными компонентами, обеспечивающими надежную работу и стабильное качество продукции.

Двухшнековые экструдеры серии KTE

Двухшнековые экструдеры серии KTE представляют собой соосно-вращающиеся параллельные двухшнековые экструдеры с модульной конструкцией, позволяющей легко адаптировать их под конкретные требования переработки. Ключевые особенности экструдеров серии KTE включают:

• Высокомоментный редуктор для эффективной передачи мощности
• Система точного контроля температуры с несколькими зонами нагрева
• Передовая конструкция шнеков с функцией самоочистки
• Эффективная система подачи материала с объемными или весовыми дозаторами
• Интегрированная система дегазации для удаления летучих примесей
• Удобная система управления с сенсорным интерфейсом

Технические характеристики

Model	Screw Diameter (mm)	Max. Speed (rpm)	Motor Power (kW)	Output (kg/h)
KTE-36B	35.6	500-600	18.5-22	20-100
KTE-50B	50.5	500-600	55-75	80-200
KTE-65B	62.4	500-600	90-110	200-450
KTE-75B	71	500-600	132-160	300-800
KTE-95B	93	500-600	250-315	800-1500

Настройка параметров

Настройка параметров для грануляции мастербата TPU зависит от нескольких факторов, включая тип мастербата, соотношение компонентов рецептуры и конкретное используемое оборудование. Ниже приведены общие рекомендации по настройке параметров:

Настройка температуры

Температурный профиль экструдера должен быть настроен так, чтобы обеспечить полное плавление смолы TPU при минимизации термической деградации. Типичные настройки температуры для грануляции мастербата TPU следующие:

• Зона загрузки: 150–170°C
• Зона плавления: 170–190°C
• Зона смешения: 190–200°C
• Зона нагнетания (помпы): 190–200°C
• Головка экструзионной матрицы: 190–200°C

Настройка скорости вращения шнека

Скорость вращения шнека должна быть установлена для достижения требуемой интенсивности смешения и производительности. Типичные скорости вращения шнеков для грануляции мастербата TPU находятся в диапазоне от 200 до 600 rpm в зависимости от конкретной модели и требований к переработке.

Настройка скорости подачи материала

Скорость подачи материала должна быть сбалансирована со скоростью вращения шнека для обеспечения стабильного потока материала и надлежащего смешения. Скорость подачи можно регулировать в зависимости от требуемой производительности и характеристик сырья.

Настройка давления

Давление в экструдере должно поддерживаться в подходящем диапазоне для обеспечения надлежащего плавления и смешения материалов. Типичные настройки давления для грануляции мастербата TPU находятся в диапазоне от 1000 до 4000 psi.

Стоимость оборудования

Цена двухшнековых экструдеров для грануляции мастербата TPU варьируется в зависимости от модели, характеристик и дополнительных функций. Ниже приведены приблизительные ценовые диапазоны для экструдеров Kerke серии KTE:

• KTE-36B: $35,000 – $50,000
• KTE-50B: $60,000 – $80,000
• KTE-65B: $90,000 – $120,000
• KTE-75B: $130,000 – $180,000
• KTE-95B: $200,000 – $300,000

Эти цены являются приблизительными и могут варьироваться в зависимости от конкретной конфигурации и дополнительного оборудования, такого как дозаторы, грануляторы и системы управления.

Возможные проблемы в производственном процессе, их решения и методы предотвращения

Несмотря на передовые технологии и высококачественные компоненты двухшнековых экструдеров, при производстве мастербата TPU могут возникать некоторые потенциальные проблемы. Ниже приведены некоторые распространенные проблемы, их причины и решения:

Проблема 1: Плохая дисперсия пигмента

Причина: Это может быть связано с недостаточной интенсивностью смешения, неправильной конструкцией шнеков или использованием низкокачественных пигментов или диспергаторов.

Решение: Увеличьте скорость вращения шнека или скорректируйте конфигурацию шнеков для улучшения смешения. Используйте высококачественные пигменты и диспергаторы, убедитесь в их надлежащем предварительном смешении перед экструзией.

Предотвращение: Регулярно обслуживайте и очищайте экструдер, чтобы предотвратить накопление материалов, которые могут повлиять на качество смешения. Проводите регулярные испытания контроля качества для мониторинга дисперсии пигмента.

Проблема 2: Термическая деградация смолы TPU

Причина: Это может быть связано с чрезмерной температурой, длительным временем пребывания в экструдере или наличием кислорода или влаги.

Решение: Снизьте температуру экструзии или увеличьте скорость вращения шнека для сокращения времени пребывания. Убедитесь, что сырье правильно высушено перед экструзией.

Предотвращение: Используйте азотную атмосферу в экструдере для минимизации окисления. Установите систему дегазации для удаления летучих примесей и влаги.

Проблема 3: Высокий крутящий момент и энергопотребление

Причина: Это может быть связано с высокой вязкостью расплава, неправильной конструкцией шнеков или чрезмерной скоростью подачи материала.

Решение: Повысьте температуру экструзии для снижения вязкости расплава. Скорректируйте конфигурацию шнеков для улучшения потока материала. Уменьшите скорость подачи материала в соответствии с перерабатывающей способностью экструдера.

Предотвращение: Используйте ограничитель крутящего момента для защиты экструдера от перегрузки. Регулярно проверяйте и обслуживайте редуктор и другие механические компоненты.

Проблема 4: Неоднородный размер гранул

Причина: Это может быть связано с неправильной настройкой гранулятора, нестабильным потоком материала или износом ножей гранулятора.

Решение: Отрегулируйте скорость вращения гранулятора и положение ножей для обеспечения равномерной резки. Проверьте систему подачи материала для обеспечения стабильного потока. Замените изношенные ножи гранулятора.

Предотвращение: Регулярно обслуживайте и калибруйте гранулятор. Проводите регулярные испытания контроля качества для мониторинга размера и формы гранул.

Проблема 5: Отклонения цвета

Причина: Это может быть связано с непостоянным содержанием пигмента, плохим смешением или вариациями в сырье.

Решение: Используйте весовую систему подачи материала для обеспечения постоянного содержания пигмента. Улучшите процесс смешения путем корректировки конфигурации шнеков или увеличения скорости их вращения. Тестируйте сырье перед использованием, чтобы убедиться в соответствии требуемым спецификациям.

Предотвращение: Внедрите строгие процедуры контроля качества для сырья и готовой продукции. Используйте оборудование для измерения цвета для мониторинга стабильности цвета.

Проблема 6: Агломерация гранул

Причина: Это может быть связано с недостаточным охлаждением, высокой влажностью или неправильной сушкой гранул.

Решение: Увеличьте поток охлаждающей воды или снизьте скорость экструзии для улучшения охлаждения. Убедитесь в надлежащей сушке гранул перед упаковкой. При необходимости используйте антиблокирующие агенты.

Предотвращение: Поддерживайте надлежащие условия охлаждения и сушки. Храните гранулы в сухой среде.

Техническое обслуживание и уход

Надлежащее техническое обслуживание и уход за двухшнековым экструдером необходимы для обеспечения надежной работы и увеличения срока службы оборудования. Ниже приведены некоторые рекомендации по обслуживанию:

Регулярная очистка

После каждой производственной партии тщательно очищайте экструдер, чтобы удалить остатки материалов, которые могут повлиять на качество последующих партий. Используйте подходящее чистящее средство и следуйте инструкциям производителя по процедурам очистки.

Смазка

Регулярно смазывайте редуктор, подшипники и другие движущиеся части для снижения трения и износа. Используйте рекомендованную смазку и соблюдайте интервалы смазки, указанные производителем.

Осмотр и замена деталей

Регулярно осматривайте шнековые элементы, цилиндр и другие компоненты на наличие признаков износа или повреждений. Своевременно заменяйте изношенные или поврежденные детали во избежание дальнейшего повреждения оборудования.

Калибровка и регулировка

Регулярно калибруйте систему контроля температуры, систему подачи материала и другие компоненты для обеспечения точной и стабильной работы. Корректируйте настройки оборудования по мере необходимости для оптимизации производственного процесса.

Обучение и повышение квалификации

Обеспечьте надлежащее обучение и инструктаж операторов, чтобы они понимали устройство и принципы работы оборудования. Регулярно информируйте операторов о новых технологиях и лучших практиках для повышения их навыков и знаний.

FAQ

В: В чем разница между двухшнековым и одношнековым экструдером для грануляции мастербата TPU?

О: Двухшнековые экструдеры обеспечивают превосходные возможности смешения по сравнению с одношнековыми, что делает их более подходящими для производства мастербата TPU. Два шнека создают интенсивные силы сдвига, которые разрушают агломераты пигментов и равномерно диспергируют их по всей матрице смолы TPU. Двухшнековые экструдеры также имеют более высокую производительность и могут перерабатывать более широкий спектр материалов.

В: Можно ли производить мастербат TPU с использованием одношнекового экструдера?

О: Хотя производство мастербата TPU возможно на одношнековом экструдере, качество мастербата может быть менее стабильным по сравнению с продукцией, полученной на двухшнековом экструдере. Одношнековые экструдеры имеют ограниченные возможности смешения, что может привести к плохой дисперсии пигмента и непостоянству цвета. Для производства высококачественного мастербата TPU рекомендуется использовать двухшнековый экструдер.

В: Каково рекомендуемое отношение L/D для двухшнекового экструдера, используемого для грануляции мастербата TPU?

О: Рекомендуемое отношение L/D (длина к диаметру) для двухшнекового экструдера, используемого для грануляции мастербата TPU, обычно составляет от 36:1 до 48:1. Это отношение обеспечивает достаточное время пребывания для надлежащего плавления, смешения и дегазации материалов.

В: Как можно улучшить дисперсию пигментов в мастербате TPU?

О: Для улучшения дисперсии пигмента вы можете: (1) использовать высококачественные пигменты и диспергаторы, (2) обеспечить надлежащее предварительное смешение сырья, (3) скорректировать конфигурацию шнеков для увеличения интенсивности смешения, (4) оптимизировать температуру экструзии и скорость вращения шнека, а также (5) использовать двухшнековый экструдер с передовой технологией смешения.

В: Каковы основные области применения мастербата TPU?

О: Мастербат TPU широко используется в различных отраслях промышленности, включая производство обуви, автомобильную промышленность, медицину и потребительские товары. Типичные области применения включают подошвы обуви, детали интерьера автомобилей, медицинские изделия и потребительские продукты, такие как чехлы для телефонов и спортивное оборудование.

Заключение

Производство мастербата TPU требует специализированного оборудования и процессов для обеспечения однородной дисперсии пигментов и добавок при сохранении уникальных свойств TPU. Двухшнековые экструдеры, такие как серия Kerke KTE, являются предпочтительным выбором для грануляции мастербата TPU благодаря их превосходным смесительным возможностям, высокой производительности и способности перерабатывать материалы с уникальными характеристиками TPU.

Понимание соотношений рецептур, производственных процессов, характеристик оборудования и потенциальных проблем при грануляции мастербата TPU позволяет производителям оптимизировать свои производственные процессы и выпускать высококачественный мастербат TPU, отвечающий жестким требованиям различных отраслей промышленности.

При надлежащем техническом обслуживании и уходе двухшнековые экструдеры могут обеспечивать надежную работу и стабильное качество продукции на протяжении многих лет, что делает их ценным вложением для производителей мастербата TPU.