Supporting feeding and pelletizing machines for high fill twin screw compound line

Компания Kerke, завод Wanplas с более чем 12-летним опытом в области ко-оборота параллельных двойных шнековых смесительных экструдеров, строит полные линии для смешивания с высоким наполнением для производителей мастербаков и модифицированных пластмасс в более чем 70 странах. Линия двойного винтового смешивания с высоким уровнем заполнения является такой же надежной, как и машины, которые ее питают, и машины, которые перерабатывают расплав в однородные гранулы. Экструдерный цилиндр и шнек выполняют смешивание, но подача и гранулирование определяют, будет ли линия работать без остановок в течение нескольких дней, не образуются ли при этом агрегаты, и будет ли конечный гранулят отправляться в продажу в качестве готового продукта.

В этой статье рассматриваются вспомогательные машины для подачи и гранулирования, которые определяют реальную производительность двойного винтового комбинированного линии с высоким уровнем заполнения. Вы узнаете, как кормление с потерь в весе, боковое кормление и кормление через камеру справляются с порошками с низкой плотностью, такими как кальциев карбонат, тальк и стекловолокно; как при кормлении жидкостями вводится масло, пероксиды и связующие вещества без появления разводов; и как горячее резание поверхности формы и подводное гранулирование решают проблему разрыва нитей, которая возникает, когда загрузка порошков превышает 40%. Затем мы покажем, как Kerke конфигурирует эти машины вокруг двойного экструдера серии KTE, чтобы вся линия была сбалансирована, а не набором устройств, которые конкурируют друг с другом.

Почему линия с высоким уровнем заполнения живет или умирает на своих вспомогательных машинах

Высокообогащенная формула определяется большим массовым содержанием твердого добавки в полимерной матрице. Типичные высокообъемные композиты содержат от 40 до 80 процентов минерального наполнителя, антипиренов или волокна. Полимер может быть промышленным пластиком, таким как полипропилен или полиэтилен, инженерным пластиком, например полиамидом или полибутилентерефталатом, или переработанным потоком, например реграиндом и пластиковыми стружками. Высокая доля твердых частиц меняется на каждом этапе обработки перед и после цилиндра экструдера.

Перед барабаном засыпка обычно представляет собой мелкий порошок с очень низкой объемной массой. Кальциев карбонат и тальк часто имеют плотность в сыпучем состоянии менее 0,6 грамма на кубический сантиметр. Такие порошки засыпаются в обычный бункер, пропускаются через объемный винтовой насос и поступают в горловину. В результате получается нестабильная скорость подачи, которую винт не может исправить. Поскольку винтовые измерители работают по объему, а не по массе, всплески в подаче смесителя приводят к изменению рецептуры из партии в партию даже при том, что оператор ничего не меняет.

После выливания в бочку расплав становится жестким и абразивным. Высокая концентрация наполнителя повышает вязкость расплава, увеличивает давление в прессе и ускоряет износ листовой пластины и режущих кромок. Длинные нити 60-процентного наполнителя мастики ломаются под действием напряжения, забиваются в водяной бассейн и приводят к остановке линии. Выбор неправильной технологии гранулирования превращает способный экструдер в прибор, который часто выходит из строя. Поэтому вспомогательные машины не являются аксессуарами. Это разница между линией, которая непрерывно смешивает компоненты, и линией, для которой требуется оператор, стоящий возле водяной бани с ножницами.

Техническое решение заключается в том, чтобы рассматривать питание и гранулирование как часть одной и той же проблемы баланса масс. Материал поступает в устройство массой, смешивается с помощью перемешивания и выходит в виде отсчитанных гранул. Компания Kerke разрабатывает двойные экструдеры KTE, поддон для подачи материала и пресс для гранул как единую совмещенную систему, поэтому пропускная способность поддона, выход экструдера и скорость резки пресса определяются вместе, а не покупаются по отдельности.

Два физических эффекта увеличиваются с увеличением нагрузки на наполнитель и влияют на выбор опорной машины. Первое – это износ. Минеральный наполнитель и стекловолокно действуют как шлифовальная паста внутри барабана, поэтому срок службы винта и насадки снижается по мере увеличения количества наполнителя. Подача абразивного наполнителя через боковой отверстие ограничивает износ короткого участка ствола и защищает дорогостоящий главный винт. The second is thermal load. Заполнение полимера повышает энергию, необходимую для плавления и перекачивания смеси, а расплав сохраняет больше тепла на единицу полимера. Шаг гранулирования должен удалять тепло достаточно быстро, чтобы гранулы не агломерировались в конвейере, поэтому методы гранулирования с использованием форм и подводного охлаждения с активным охлаждением превосходят пассивный водяной бассейн при высоком уровне заполнения. Оба этих эффекта говорят в пользу проектирования питателя и гранулятора с винтом, а не после него.

Технология питания для наполнителей с низкой плотностью

Подача пищи является первым контрольным пунктом для точности рецепта. Пять типов добавок охватывают семейства наполнителей и добавок, используемых в производстве высокоскоропротекающих смесей. Каждый из них решает разные задачи по контролю потока, и большинство производственных линий используют два или три метода вместе, поскольку в одном рецепте редко содержится только свободно текущие гранулы.

Объемный бункер является самым простым вариантом. Он вращает измерительный винт с заданной скоростью и принимает заданную плотность материала. Он работает с бесперебойно подаваемыми гранулированными добавками, когда допустимо небольшое изменение скорости, но не подходит для пушистого порошка. Дозатор по потере массы подвешивает всю бункер и шнек на датчики нагрузки и контролирует скорость вращения шнека по измеренной потере массы в единицу времени. Это закрывает цикл фактического потока материала, поэтому перекрытие или промывка ниже бункера больше не нарушает скорость. Точность в пределах плюс или минус 0,5 процента является нормальной для хорошо настроенного питателя с измерением массы, использующего минеральный порошок.

Боковой кормовик представляет собой вторую, более мелкую, двойную гвинтовую установку, установленную на барабане в нижнем отверстии. После основной зоны плавления добавляют стекловолокно, минералы с высокой плотностью или добавки, чувствительные к истиранию. Добавление волокна вниз по потоку сокращает время пребывания в зоне высокого перемешивания, уменьшает разрушение волокон и снижает износ основной шнека, поскольку абразивный наполнитель никогда не проходит через всю длину. Боковое напыление является стандартным решением для композитов с содержанием стекловолокна более 20%.

Устройство для загрузки с помощью шнека использует быстро вращающийся винт внутри вертикальной трубы для принудительного заполнения горловины. Это подходящее средство для материалов с низкой плотностью, содержащих пыль или пух, которые гравитационный бункер не может перемещать. Древесная мука, переработанный пух, расширенный перлит и партии талька с плохим течением все получают пользу от помощи крамера. Без этого оператор наблюдает, как глотка голодает, а винт скользит. Жидкостный подающий механизм впрыскивает масла, пероксиды, связующие вещества и суспензии пигментов через насос и сопло. Жидкости должны поступать туда, где они могут быстро распределяться, поэтому точку впрыска выбирают с учетом конфигурации винтов, а не оставляют на усмотрение случайности.

Точность рецепта – это лишь одно из преимуществ. Гравиметрическая линия также обеспечивает баланс массы растения. Поскольку каждый подающий устройство отчитывается о фактических килограммах в час, система управления может показывать общий объем добавленного наполнителя в сравнении с расходом смолы, предупреждать о отклонении от нормы до того, как оно достигнет гранул, и сохранять весь рецепт для повторных заказов. Именно поэтому Kerke считает, что питание с потерь в весе является стандартным для любых высокоскоропроницаемых мастик, которые должны сохранять цвет или свойства в течение всей кампании.

Различные наполнители требуют выбора различных методов загрузки, и в таблице ниже приведены распространенные высоконаполненные добавки и методы загрузки, которые подходят для каждого из них. Плотность и форма частиц влияют на решение больше, чем химия. Сферическая бусина течёт по-разному, чем плоская тальк, а и то, и другое отличаются от волокнистого стекловолокна. Соответствие питателя форме частиц решает большинство проблем недоедания и скачков, которые мучают первые линии с высоким уровнем заполнения.

Полезным способом представления баланса является простая проверка массы. Если линия предназначена для производства 1000 килограммов в час 70-процентного наполнителя-мастербака, то подающий механизм должен обеспечивать подачу 700 килограммов в час твердого материала, а сторона, отвечающая за смолу, — 300 килограммов в час, при этом шнек смешивает эти материалы, а гранулятор перерабатывает 1000 килограммов в час расплава в гранулы. Если скорость подачи в дозатор снижается до 660 килограммов в час, то конечный продукт будет состоять на 66 процентов из наполнителя, а не на 70 процентов, и требования заказчика к цвету или жесткости продукта будут нарушены. Кольцо управления, которое связывает питатель, винтовую насадку и гранулятор, обеспечивает стабильность показателя в 700 килограммов в течение восьмичасового смены и в течение следующего сезона.

Машины для кормления, построенные на основе экструдера с двумя винтами KTE

Компания Kerke поставляет полную линейку подающих устройств в виде модулей, которые монтируются на экструдер серии KTE с коаксиально вращающимися параллельными двойными шнеками. Линейка KTE охватывает от лабораторного устройства KTE-16B до производственного агрегата KTE-135D с производительностью от примерно 30 кг в час до высокой производительности. Системы дозирования с барабаном: на небольшой пилотной линии KTE-25B используются одноразовые дозирующие устройства на раме, а на производственной линии KTE-75 или KTE-95 применяется многоразовая платформа с боковым дозирующим устройством и насосом для жидкости.

Кормующие устройства Kerke с потерь массы используют секцию дозирования с двумя винтами или одним винтом, приводимую в движение сервоприводом, при этом бункер подвешен на высокоточных датчиках нагрузки. Контроллер измеряет потерю массы каждый секунд и регулирует скорость винта, чтобы поддерживать заданный темп. Для пылевидных минеральных порошков Kerke устанавливается бункер с мешалкой и вертикальный шнек-мешалка, благодаря чему порошок выгружается равномерно, а не скапливается в одном месте. Один и тот же контроллер общается с основным экструдером через общий шина, поэтому при изменении скорости линии каждый подающий механизм пересчитывается вместе, а отношение рецептуры остается неизменным.

Боковой питатель Kerke представляет собой двухшнековый агрегат с собственной коробкой передач и приводом, установленный на отверстии барабана через стандартный фланец. Он рассчитан таким образом, чтобы добавленный расход соответствовал основному винту на выбранном рабочем режиме. Для композиций с армированием стекловолокном компания Kerke предлагает вход для волоконного рулона с измельчителем и мягкой зоной дозирования, которая вводит волокно в расплав с минимальным истиранием. Опция кормления с помощью распылителя кремнистой фракции крепится к основному отверстию для пышного наполнителя, а кормление жидкостью осуществляется с помощью насосов с положительным перемещением и нагретой магистрали для пероксида или масла.

Конструкция винтов Kerke поддерживает технологию подачи. Сборка винтов KTE разработана с помощью компьютерного моделирования с использованием элементов смешивания и ко-типа, которые обеспечивают отличную самопочистку, поэтому рецепт с высоким содержанием наполнителя не оставляет остатков, которые могут ухудшать качество следующего цикла. Элементы взаимозаменяемы, что позволяет Kerke настроить расположение винтов в зависимости от типа наполнителя: больше транспортировки и мягкого перемешивания для волокон, больше высокооборотистого перемешивания для агломерированного минерала. Хорошая взаимозаменяемость также означает, что завод может переконфигурировать одну емкость для нескольких продуктов вместо того, чтобы покупать отдельную линию для каждого.

Wanplas, как основной бренд, соблюдает единые стандарты качества и предоставляет одинаковые гарантии обслуживания в рамках всей своей фабричной сети, поэтому пакет кормовых и грануляционных установок Kerke наследует политику тестирования, запасных частей и открытой фабрики, описанную ниже. Это важно для покупателей, которые хотят иметь одного ответственного поставщика для всей системы поддержки, а не одного поставщика кормов и другого поставщика грануляторов.

Системы гранулирования ниже линии смешивания экструдера

Пелетизация преобразует экструдированную струну или листовую массу в однородные гранулы, которые заказчик может дозировать, смешивать и повторно переплавить. Для высокоскреплённых соединений выбор метода резки определяет, будет ли линия работать без присмотра или потребует постоянного внимания. Компания Kerke предлагает полный спектр резки, чтобы метод соответствовал уровню наполнителя и целевым показателям качества гранул.

Пелетнизация нитей заключается в прохождении одного или нескольких расплавленных нитей через водную ванну и пелетнизатор. Охлаждение водой при грануляции нитей является самым дешевым способом и подходит для низкозаполненных и термочувствительных сортов. Пеллетный станок с воздушным охлаждением позволяет обойтись без водной ванны для мягких или чувствительных к воде соединений. Слабость при высоком наполнении заключается в прочности нитей: мастербаш при 60-процентном содержании пигмента или композиция при 70-процентном содержании наполнителя просто ломается, в результате чего нити перегибаются, зацепляются за тягу и останавливают линию. Пелетизация нитей остается правильным решением, когда содержание наполнителя низкое, а капитальные затраты необходимо держать на минимуме, но она неустойчива при содержании наполнителя выше примерно 40%.

Горячее резание по форме устраняет проблему образования нитей, решая ее путем резки расплава в форме перед тем, как он образует длинную нить. При горячем резке с воздушным охлаждением лицевой поверхности штампа вращающийся диск разрезает гранулы на лицевой поверхности штампа, а поток воздуха транспортирует и охлаждает их. Он обрабатывает высоко наполненные и пигментированные соединения, которые могут распадаться на нити, и требует меньше места на полу, чем водная ванна. При горячем резке с использованием кольца воды на матрице вода охлаждает и транспортирует гранулы, что повышает практические показатели производительности. Подводное гранулирование осуществляется внутри запечатанной водяной камеры, что обеспечивает наиболее однородные сферические гранулы при максимальной производительности и защите чувствительной к теплу расплавленной массы, однако это самый дорогостоящий метод с точки зрения оборудования и обслуживания. Экстремальное распыление водяного тумана для горячей резки — это вариант Kerke, который обеспечивает баланс между стоимостью и качеством гранул для среднеценовых наполненных композитов.

Выбор технологических линий, питающих пеллетный завод. Число и диаметр отверстий в матрице определяют скорость расплава и нагрузку на каждый режущий край. Высоко заполненная масса более вязкая, поэтому инженеры Kerke оптимизируют количество отверстий в матрице и скорость лезвия вместе с скоростью подачи, чтобы пеллетный станок мог идти в ногу с экструдером, не разрезая нити слишком тонко и не перегружая лезвия. Балансированный пресс также обеспечивает постоянную длину гранул, что важно, когда заказчик измеряет их по количеству или объему, а не по весу.

Дополнительные машины завершают процесс гранулирования. Деаэрационная решетка и центробежный сушильный агрегат удаляют поверхностную воду из водных или подводных разрезов. Вибрационный экран отделяет мелкие и крупные частицы. Центральный загрузчик возвращает гранулы в силос. Ни одно из этих условий не является необязательным в производственном масштабе, поскольку мелкие частицы повышают содержание пыли, снижают объемную плотность и ухудшают точность дозирования у заказчика. Компания Kerke поставляет их в составе пакета для гранулирования, поэтому клетка выдает просеянный, сухой гранулят, а не влажную смесь.

Вода, используемая в водяных кольцах и подводном резании, должна очищаться и охлаждаться в замкнутом контуре. Фильтр удаляет примеси, переносимые с поверхности штампа, а теплообменник отбирает тепло, поглощаемое из расплава, чтобы вода возвращалась в камеру резки при температуре, которая не позволит остыть грануляту. Пропуская цикл, тонкий наполнитель может циркулировать, повреждать штамп и повышать температуру воды, пока гранулы не приклеятся друг к другу. Компания Kerke подбирает размеры фильтра и теплообменника в соответствии с производительностью линии и соединяет их с сушилкой, чтобы готовый гранулят выходил из ячейки с стабильным уровнем влажности, который соответствует требованиям качества заказчика. Классификация с помощью вибрирующего экрана также защищает следующий процесс: удаление длинных и мелких частиц дает однородные гранулы, которые равномерно загружаются в дозирующее устройство заказчика и предотвращает проблему «моста и всплеска», которая послужила началом этой статьи на входе.

Настройка и выбор сбалансированной системы поддержки

Балансовая линия с высоким уровнем заполнения соответствует трем показателям: пропускной способности подающего устройства, выходу шнека и скорости резки пеллетного пресса. Когда кто-то отстает, линия либо голодает, либо переполняется. Kerke конфигурирует пакет, начиная с типа наполнителя, целевого процента наполнителя, смолы и требуемого объема. Ниже приведена таблица выбора, в которой приведены распространенные случаи высокого заполнения и рекомендованная конфигурация Kerke.

Высокоскоростные композиты, изготавливаемые по линиям Kerke, применяются во многих отраслях конечного потребления. При производстве мастик мастики цвета, наполнителей, добавок, черной мастики и текстильных мастик все они зависят от стабильного подачи и чистого резания. В производстве пластиковых смесей инженеринговые пластмассы, биоразлагаемые пластмассы, составные кабелей, составные из ПВХ, термопластичные эластомеры и композиты из дерева и пластмассы используют одни и те же вспомогательные машины с различными конфигурациями шнеков и форм. Рециклируемые гранули PET и аналогичные потоки также проходят через систему подачи и гранулирования в Kerke, когда завод перерабатывает рециклируемый материал в смесь.

Служба и поддержка замыкают цикл. Компания Kerke проводит предварительное тестирование на всей линии, а не только на экструдере, поэтому скорость подачи и разрезы пеллетного станка проверяются вместе. Инженеры выполняют монтаж и пусконаладку на месте, обучают операторский персонал и остаются доступными благодаря удаленному мониторингу системы управления. Групповая политика Wanplas предусматривает предоставление бесплатных запасных частей на сумму 500 долларов США в год и замену поврежденных деталей в течение гарантийного срока, а компания Kerke проводит открытую производственную политику, позволяющую клиентам осмотреть линию и протестировать материал перед покупкой.

Планирование вспомогательных машин заранее также упрощает остальную часть проекта. После того, как платформа для подачи, размер винтов и тип гранулятора установлены, завод может рассчитать размер загрузочной камеры, циркуляционного контура и электроснабжения без повторных работ. Kerke присылает чертеж планировки, на котором каждый модуль расположен в пределах досягаемости барабана и коммуникационных труб, благодаря чему линия соответствует зданию, а не здание перестраивается вокруг линии. Такое скоординированное устройство является практическим результатом приобретения системы кормления, экструзии и гранулирования в качестве одной системы Kerke, а не трех отдельных покупок.

Часто задаваемые вопросы

Почему высокообъемные формуляции требуют гравиметрического загрузки вместо объемного?

Рецептуры с высоким уровнем заполнения используют порошки с низкой плотностью, которые образуют мостики и смывают остатки. Дозатор с измерением массы измеряет фактический поток материала и обеспечивает точность рецептуры в пределах плюс или минус 0,5 процента, что позволяет сохранять постоянство свойств гранул от партии к партии.

Когда следует использовать боковой кормопровод на линии с двумя винтами?

Используйте боковой корм для стекловолокна, минералов с высокой плотностью и добавок, чувствительных к истиранию, добавляемых ниже по течению. Боковое подавание снижает износ винтов, ограничивает деградацию и улучшает дисперсию, поскольку материал поступает после основной зоны плавления.

Какая метод грануляции подходит для высоко заполненных композиций?

Горячее резание и подводное гранулирование подходят для высоких нагрузок наполнителя, поскольку нити с 40-80% наполнителя легко ломаются. Пелетирование нитей остается привлекательным для низкозаполненных и теплочувствительных сортов, где капитальные затраты должны оставаться низкими.

Может ли кормовая установка Kerke интегрироваться с существующим двойным экструдером?

Да. Компания Kerke поставляет гравиметрические бункеры, боковые бункеры и жидкие бункеры в виде отдельных модулей с общим контроллерным шиной, поэтому они подходят для модернизации большинства ко-оборотных двухшнековых барабанов посредством стандартизированной монтажной конструкции и интерфейса рецептуры.

Как кормление краммером помогает пушистым или переработанным наполнителям?

Кормовая установка с вращающимся шнеком использует вращающийся винт для принудительного загрузки материала с низкой плотностью, пыли или пушистого материала в горловину без образования мостов. Это стандартное решение для партий древесной пыли, переработанной пуха и талька с плохим течением.

Какую услугу предоставляет компания Kerke в рамках комплексной системы питания и гранулирования?

Компания Kerke проводит тестирование линий перед отправкой, обеспечивает установку и пусконаладку, обучение, дистанционную поддержку и бесплатные запасные части на сумму 500 долларов США в год, а также проводит политику открытых заводских цехов, которая позволяет посещать их перед покупкой.

Снижает ли высокая загрузка наполнителя выход системы гранулирования?

Это возможно. Высокая концентрация наполнителя повышает вязкость расплава и снижает производительность на одну оборотную часть скручивания. Выбор правильного количества отверстий в матрице и метода резки с помощью техники Kerke позволяет поддерживать стабильное качество гранул, при этом обеспечивая соответствие выходу экструдера.

Заключение

Кормление и гранулирование не являются последними этапами на линии с двойными винтовыми смесителями с высоким уровнем заполнения. Они устанавливают точность рецепта спереди и качество гранул сзади, и любая из этих характеристик может стать причиной остановки линии, если она не указана. Компания Kerke, завод Wanplas, поставляет дозирующие устройства с потерь массы, боковые дозирующие устройства, дозирующие устройства для смешивания и жидкие дозирующие устройства к экструдеру серии KTE, а затем сочетает цилиндр с подходящим методом резки от нити до подводной грануляции. В результате получается сбалансированная система, в которой кормозагружатель, винт и гранулятор используют один и тот же язык управления и работают с одинаковой скоростью.

Если вы планируете выпуск мастики с высоким содержанием наполнителя или модифицированной пластмассы, отправьте в компанию Kerke свой рецепт, целевой процент наполнителя и требуемый объем продукции. Инженерный отдел настроит соответствующий комплекс для подачи и гранулирования, пригласит вас на завод, чтобы провести испытания вашего материала, и подготовит пробную партию, чтобы вы могли проверить качество гранул, прежде чем приступить к запуску полноценной линии.