|
|
|
|
"ОСНОВНЫЕ
СПОСОБЫ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И КОМПОНЕНТЫ СМЕСИ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КАЧЕСТВО ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПВХ"
/техническая информация/
Данной статьей мы продолжаем по просьбе редакции серию статей по экструзионной проблематике (см. также №№ 9,10,11-12/2000г.). В ней речь пойдет о важности выбора всех компонентов смеси для экструзии оконных ПВХ-профилей. Для ПВХ одной из главных характеристик является значение коэффициента К - индикатора молекулярного веса и, тем самым, жесткости или модуля упругости. Обычно этот коэффициент проверяется и указывается в соответствии с нормами DIN. В этом случае проверяется время погружения стального шарика в раствор из циклогексанона и порошко-образного ПВХ. Чем выше значение К, тем более вязким является расплав и тем тверже и жестче получаемый оконный профиль. С другой стороны, при более высоких значениях К переработка становится более тяжелой, требуется больше энергии для пластификации, и переработка осуществляется очень близко к температурам разложения ПВХ. Для рецептур оконного профиля значение К обычно составляет 68, иногда 65, иногда 70. Например, в стандартном ПВХ российских марок С 70 58 М он составляет 70. Другим критерием качества ПВХ является форма поверхности зерен Она должна быть максимально большой, т.е. быть сильно "изрезанной бороз-дами". Этим обеспечивается хорошее "впитывание" стабилизаторов и скользящих добавок и гарантируется хорошее диспергирование аддитивов. Гладкая поверхность зерен практически не дает возможности связывания аддитивов, зерна ПВХ не охвачены стабилизаторами и скользящими добавками. Следствием этого являются местные разложения ПВХ и образование пятен (крапинок) на поверхности профиля. Насыпной вес ПВХ должен быть в пределах 580-600 г/л. Слишком малый насыпной вес ведет к пропорциональному уменьшению производительности экструдера, поскольку в экстру дере выход материала определяется объемом пластификата. С уменьшением же выхода уменьшается и степень пластификации расплава, а также заполнение междушнекового пространства, начиная с зоны сжатия (компресии). Практически, переработка ПВХ с низким насыпным весом означает недозагрузку шнеков. Таким образом, все это негативно сказы-вается на пластификации, ударной вязкости, свариваемости профилей. Точно также хорошая сыпучесть является предпосылкой для хорошей пластификации. Плохая сыпучесть ведет к уменьшению выхода и имеет те же последствия, что и малый насыпной вес. Процесс смешивания также сильно зависит от насыпного веса и сыпучести ПВХ. Так, при малом насыпном весе допустимый объем заполнения смесителя может быть значительно превзойден. Процесс смешивания при этом нарушается, .сухая смесь (dry blend) перемещается в основном только в горизонтальном направлении, в вертикальном же практически не происходит никакого перемещения, при этом не создается процесс завихрения. Следствием этого являются неравномерное диспергирование и колебания в экструзионном процессе. Слишком малая сыпучесть приводит к увеличению времени смешивания в результате более длительного опорожнения смесителя и уменьшает этим общую производительность смесителя. Рассмотрим также некоторые конкретные аспекты применения аддитивов (стабилизаторов, скользящих добавок, модификаторов, наполнителей и т.д.). Достаточная стабилизация надежно обеспечивает устойчивость белого цвета профиля. При этом даже короткие остановки из-за отключения тока, перерыва в подаче материала на 5-10 мин. не приводят к термическому разложению материала, хотя и могут вызвать его некоторое пожелтение. Весьма важна дозировка (соотношение) внутренних и внешних скользящих добавок Передозировка скользящих добавок ("пересмазанная" смесь) проявляется в том, что имеется слишком много внешних скользящих добавок, материал плохо пластифицируется и находится в порошкообразном состоянии при дегазации, наблюдаются высокое давление и низкая температура массы. Предотвращение этого возможно путем снижения количества скользящих добавок. Недостаток скользящих добавок ("недосмазанная" смесь) проявляется в слишком сильной пластификации, образовании пузырьков от перегрева на внутренних поверхностях, высоком трении в зоне выхода, высокой температуре и низком давлении массы. Предотвращение - путем увеличения количества внешних скользящих добавок. Поскольку на практике работают не с отдельными аддитивами, а с Masterbatcn (маточная смесь или суперконцентрат), то для изменения количества внешних скользящих добавок варьируют общее количество компаунда. Но поскольку при этом меняется и количество стабилизатора, то такомуизменению ставятся нижние допустимые границы. В зависимости от изготовителя, геометрии шнеков и производительности, минимальные значения лежат в пределах 4,2-4,6 частей на 100 частей ПВХ. В сомнительных случаях рекомендуется консультироваться с изготовителем сырья. Комбинация скользящих добавок всегда рассматривается в сочетании с ПВХ и имеет рещающее значение для глянца поверхности и возможности появления отложений на фильере или калибраторе. Для увеличения глянца и пластификации добавляется оксидированный РЕ-воск в количестве 0,05-0,2 частей на 100 частей ПВХ. Уменьшения же отложений можно добиться путем добавления силикагеля. Важное значение имеют и модификаторы ударной вязкости. Это особенно важно для стойкости оконного ПВХ-профиля при очень низких зимних температурах. С увеличением вязкости, однако, снижается жесткость профиля. Следует отметить, что ранее широко приме-нявшийся модификатор EVA теперь практически полностью заменен на акрилат. Модификатор может либо уже содержаться в сухой смеси (7-8 частей), либо сополимеризироваться прививкой при полимеризации (6-7 частей). В Европе очень часто используется второй вариант, что обеспечивает более высокую равномерность показателей ударной вязкости и хорошее качество поверхности. Добавление модификаторов целесообразно в пропорции 6-8 частей, поскольку увеличение выше этого значения приводит к удорожанию рецептуры, не обеспечивая сколько-нибудь заметного дальнейшего повышения ударной вязкости. Полезно применение также добавок текучести на акриловой основе в пределах 1-2 частей, вводимых также для улучшения пластификации. При испытаниях по стандартам DIN 53753 и ISO 179/1 (двойная V-насечка, г==0,1 мм) в этом случае ударная вязкость составляет 60-70 кДж/м2 (миним. значение 40 кДж/м2). В результате добавления модификаторов увеличивается набухание ПВХ-расплава (30-60%) и усадка. Применительно к двуокиси титана, рекомендуется применять высокоустойчивые рутиловые модификации, белизна которых должна быть точно согласована уже на производственной установке с помощью пигментов. В Европе рекомендуется их применять в пропорции 5 частей на 100 частей ПВХ, в южных странах - до 8. Мелу уже было посвящено немало места в предыдущей статье ("ОД", №11-12/2000 г.). Здесь добавим, что величина частиц мела не должна превышать 2 глм. Обработка их с помощью скользящих добавок обусловливает гидрофобированме поверхности и хорошую диспергируемость расплава. При повышенных требованиях к глянцу поверхности применяются синтетические варианты мела, но они значительно более дорогие. В целом, применение мела дает положительный эффект для удельного веса, скорости охлаждения, жесткости, стоимости рецептуры и отрицательный эффект в плане износа рабочих органов и ударной вязкости профиля. Отдельно следует остановиться на процессе смешивания. Этот процесс в горячем смесителе обычно происходит при температуре 115-125 °С, в холодном - при 40-60 °С. Для выхода влаги ставятся достаточно большие фильтровальные мешки на горячем и холодном смесителях. Если в процессе работы имеют место перерывы, то в горячем смесителе зачастую образовывается конденсат. В этом случае смеситель перед запуском должен обязательно очищаться. Величина загрузки смеси в смеситель не должна превышать рекомендуемые значения. В процессе перемешивания должны обязательно четко просматриваться как горизонтальные, так и вертикальные потоки смеси. При образовании оптимального процесса завихрения всегда просматривается центральная часть перемешивающего инструмента. Отрицательные последствия переполнения смесителя: кратковременные колебания параметров процесса экструзии (вращающий момент, темпера-тура и давление массы); образование пятен в результате плохого диспергирования аддитивов; отложения в фильере и калибраторе. После приготовления смесь должна "вызревать" в течение 24 часов при температуре 15-30°С перед тем, как будет подаваться в экструдер. Рецептура и геометрия шнеков должны быть настолько согласованы друг с другом, чтобы около 70% энергии для пластификации вводилось через шнеки, т.е. через посредство механической энергии (Е), и только 30% через нагрев. Эта энергия Е (Вт ч./кг) определяется следующей зависимостью: в числителе - мощность привода (кВт) х вращающий момент (%) х скорость вращения шнеков (об./мин.) х 10; в знаменателе - максимальная скорость вращения шнеков (об./мин.) х выход экструдера (кг/ч). Для оконных профилей эта величина Е должна составлять 50-70 Вт ч./кг (для сравнения можно указать, что для ПВХ-труб эта величина должна составлять 40-50, для ПВХ-плит - 70-90, а для полиэтиленовых труб - 120-140). При этом температура массы должна быть в пределах 190-200 °С, и это значение в зоне выхода должно достигаться как можно ранее. Важным критерием этого является состояние расплава в зоне дегазации: оптимальным является наличие полосы, которая снизу сплошная, а по бокам - с трещинами. В этом случае очень редко возникает такое явление как подъем материала вверх и забивание им отверстий дегазации, что ведет к пригарам и образованию черных точек на поверхности профиля. Давление массы лежит обычно в пределах 250-350 бар. У шнеков должно быть заполнение на 90-95%. Колебания значений сыпучести и насыпного веса непосредственно сказываются на производительности. Сигналом этого может служить степень заполнения шнеков. Так, при постоянных оптимальных условиях коэффициент заполнения шнеков F составляет 5 кг/ч.//об./мин. (т.е. речь идет о выходе экструдера в кг/ч, разделенном на скорость вращения шнеков, в об/мин). При коэффициенте менее 5 насыпной вес слишком мал, сыпучесть плохая, имеет место недозагрузка, происходит электростатическое заряжение порошка, температура сухой смеси слишком высока. При значительной недозагрузке (загрузка менее 70%) объем междушнекового пространства не доиспользуется, мощность пластификации падает и возникает опасность преждевременного износа шнеков, которые в зоне втягивания крутятся "всухую". В заключение рассмотрим наиболее типичные в экструзии оконных профилей проблемы, связанные, в основном, с рецептурой, их причины и пути решения. Отложения в фильере. Причинами этого могут быть, например, внезапный спад давления (и в результате, ослабление внутренних напряжений в расплаве), слишком большое количество вводимого мела. Нужно проверить, как мел и титан выдерживают эти режимы, а также может быть сгладить резкие уступы в переходах экструзионного инструмента. Отложения в калибраторе. Причина: состав скользящих добавок не соответствует качеству ПВХ - нужно менять рецептуру. При наличии влаги - проверить процесс смешивания. Неравномерное диспергирование аддитивов в смесителе. Нет отсоса аддитивов - проверить вакуумные шлицы. Матовая поверхность, отсутствие глянца. В этом случае в качестве решения данной проблемы можно повысить энергию пластификации посредством повышения температуры, заострить шнеки, изменить рецептуру путем уменьшения содержания компаунда, повысить температуру фильеры, возможно применить специальный нагрев для получения глянца. При наличии разрыва поверхности профиля в фильере - привести рецептуру в соответствие, возможно применение оксидированного РЕ-воска. Если причина - отложения в калибраторе, то возможен своевременный отсос через специальные пластины обеспечения блеска или вакуумный шлиц перед калибратором. При плохом меле - применять мел с меньшими размерами зерен, а также обработанный мел, синтетический мел, силикагель. Как вариант возможно применение гранулята. Малая ударопрочность (испытание шариком) и прочность сварного угла. Поднять энергию пластификации и температуру массы. Проверить поперечное сечение профиля в местах вероятного излома, доработать инструмент, не допускать острых кромок. При образовании усадочных раковин в срезе поперечного сечения проверить дегазацию и влажность в сухой смеси. Пятна и кратеры на поверхности. Зерна ПВХ имеют слишком гладкую поверхность, жесткие, как стекло, частички ПВХ действуют, как посторонние включения. Другой причиной могут быть загрязнения в смесителе и плохое диспергирование, особенно у ударопрочных модификаторов. При слишком малом давлении массы его можно поднять путем встраивания перфорированных пластин. Еще одни возможные причины - слишком малая энергия пластификации и отложения (см. выше). Пузырьки в профиле. Одна из причин - влажность в сухой смеси. Другая - слишком слабая дегазация (могут быть забиты отводы) и слишком много порошка в зоне дегазации. Еще одна - слишком высокая температура массы. Черные точки на поверхности. Отверстия дегазации и сухая смесь загрязнены. Износ цилиндра и шнеков. Волнистость внешней и внутренней поверхности. Причина - запаздывание с достижением необходимой температуры массы. Решение - ускорить пластификацию, поднять температуру цилиндра перед дегазацией и усилить темперирование шнеков. С помощью перфорированных пластин обеспечить большее давление массы и больший обратный поток, а этим - лучшее перемешивание. При слишком малом перемешивающем эффекте шнеков в конце зоны выхода и слишком малых зазорах у конических шнеков - осуществить сдвиг назад. Причина может быть также в износе шнеков и местных перегревах. Подъем материала в отверстиях дегазации. Материал слишком порошкообразный и требует больше места. Шнеки слишком заполнены (например, из-за слишком большого насыпного веса), но это случается редко. Давление массы слишком высоко, или шнеки неплотны в зоне выхода, зазор слишком велик, имеет место начало износа. Снизить температуру зоны выхода. Снизить температуру шнеков. Перепроверить геометрию шнеков. Слишком малый выход. Проверить степень заполнения (насыпной вес, сыпучесть). Возможно, имеет место электростатическая заряженность. Возможен износ шнеков. Вибрация профиля в калибраторе. Возможно, это произошло из-за изменения режима выхода материала из фильеры, например, из-за смены материала, аддитивов, ПВХ. Возможно, слишком мало внешних скользящих добавок. Слишком высокая усадка (более 2%). Возможно, усилие вытяжки намного выше, чем ранее, проверить режим выхода материала из фильеры. Возможен износ фильеры/калибратора, нужно их доработать. Колебания в величине партии (шаржи) в смесителе. Проверить процесс смешивания. Обеспечить выдержку смеси в течение 24 ч. Износ цилиндра и шнеков. Возможные причины: необработанный мел, недозагруженные шнеки, химическая эрозия из-за частых остановок, например, в связи с перебоями в подаче электроэнергии. Износ фильеры и калибратора. Абразивные наполнители, загрязнения в сырье. Плохой уход (консервирование). Химическая эрозия, например, выделение НС1. Плохое качество воды (жесткость, содержание минеральных частиц).
Качество экструдируемого оконного ПВХ-профиля зависит от ряда взаимосвязанных факторов, в их числе: качество исходного сырья (ПВХ-смола); рецептура смеси (соотношение компонентов: смола и применяемые добавки); конструктивные особенности экструдера; технологическая дисциплина и др. Одним из наиболее тонких технологических вопросов экструзии ПВХ-профиля являются колебания качества исходного сырья в различных партиях поставок, а тем более переход на исходное сырье другого поставщика. В настоящее время производители оконного ПВХ-профиля готовят смесь 2-мя способами:
При 1-м способе качество готовой продукции можно изменять в достаточно ограниченном диапазоне, т.к. рецептура смеси определяется соотношением только 2-х компонентов: ПВХ-смолы и компаунда. При 2-м способе качество готовой продукции можно изменять в более широком диапазоне, т.к. рецептура смеси определяется соотношением всех компонентов. В этом случае качество смеси в значительной степени определяется квалификацией и опытом химиков-технологов, которые в зависимости от качества исходного сырья принимают решение по рецептуре смеси. Для повышения эффективности этого процесса на подготовительном этапе отрабатываются типовые рекомендации: для исходного сырья различного качества экспериментально для конкретной экструзионной линии определяют оптимальную рецептуру смеси (оценка производится по характеристикам экструдируемого ПВХ-профиля). В результате имеют набор стандартных решений для конкретных условий. Однако, даже имея типовые рекомендации, следует постоянно контролировать качество экструдируемого ПВХ-профиля, и, при необходимости, корректировать рецептуру смеси. По существу подбор рецептуры смеси производится методом "проб и ошибок", при этом, чем выше квалификация и опыт химиков-технологов, тем меньше отходы ПВХ в процессе перехода на исходное сырье другого поставщика. Эффективность ПВХ как конструкционного материала может быть реализована только в результате использования комбинации соответствующих добавок, что приводит к созданию таких свойств материала, которые могут отвечать строгим требованиям потребителя. Немодифицированные ПВХ-смолы не находят практического применения. При производстве и эксплуатации изделий из поливинилхлорида необходимо решить как минимум две задачи:
Первую задачу решают, используя стабилизаторы, вторую - применяя модифицирующие добавки. СТАБИЛИЗАТОРЫ. Другим преимуществом основных солей свинца является способность к образованию комплексов, которые необходимы для стабилизации лабильных атомов хлора. Нейтральный стеарат свинца имеет сильное смазывающее действие и его совместимость с ПВХ высока. Двухосновной фосфит свинца имеет исключительное светостабилизирующее действие. Свинецсодержащие ("однопакетные") стабилизаторы компаунды. Оловоорганические стабилизаторы.
Оловоорганические меркаптиды. Серосодержащие стабилизаторы на основе бутилолова. Оловоорганические карбоксилаты. Стабилизаторы на основе метилолова. Комбинированные оловоорганические стабилизаторы. Кальций/цинксодержащие стабилизаторы. Твердые кальций/цинксодержащие стабилизаторы. Пастообразные кальций/цинксодержащие стабилизаторы. Жидкие кальций/цинксодержащие стабилизаторы. Барий/цинксодержащие стабилизаторы. СО-СТАБИЛИЗАТОРЫ. Хелаторы. Стабилизаторы - Киккеры. СМАЗКИ. ДОБАВКИ. Оптические отбеливатели. Антистатики. Антиоксиданты. Двуокись титана. МОДИФИКАТОРЫ. Акриловые вспомогательные добавки (модификаторы перерабатываемости).
ПЛАСТИФИКАТОРЫ.
Прогноз развития рынка ПВХ-подоконника в России. Как отмечалось ранее, ситуацию на рынке пластиковых подоконников определяют тенденции рынка конструкционного ПВХ профиля, который в последнее время является одним из самых быстро растущих. В 2004 г. объем рынка конструкционного ПВХ-профиля России составил 230989 тонн, что на 25,4 % больше емкости рынка 2003 г. В целом развитие рынка конструкционного пластикового профиля обусловлено, прежде всего, увеличением масштабов строительства нового жилья, а также реконструкцией и капитальным ремонтом нежилого фонда. Так, плановое увеличение строительства жилья может привести к увеличению потребления пластикового профиля к 2010 г. на 95,1 % по отношению к 2004 г. (среднегодовой темп прироста потребления составляет около 16 %). Следует также отметить, что основные надежды по увеличению объемов жилого строительства связывают с развитием ипотеки. Рост же строительства и реконструкции нежилого фонда будет способствовать среднегодовому росту рынка оконного профиля на уровне 2,9 %. Кроме того, рынок пластиковых окон также тесно связан с ростом доходов населения (индивидуальные заказчики пластиковых конструкций), рост которых к 2008 г. ожидается на уровне 35-40 % по отношению к 2004 г. (среднегодовой темп прироста потребления составляет около 10 %). С учетом данных тенденций, а также объемов потребления представленных групп, среднегодовой рост рынка конструкционного пластикового профиля ожидается на уровне 18 %. Исходя из взаимосвязи рынков конструкционного пластикового профиля и ПВХ подоконников, развитие последнего можно представить в следующем виде.
В натуральном выражении рынок пластиковых подоконников с 2004 г. до 2008 г. возрастет на 93%, при этом средний темп роста составит 17,9%. В денежном выражении рост рынка будет более высоким, учитывая инфляционный рост и неизбежные колебания в структуре потребления пластиковых подоконников рынком. Таким образом, в ближайшее время производство пластиковых подоконников будет достаточно рентабельным и в краткосрочной перспективе на рынке ПВХ-подоконников сложится следующая ситуация:
Для дополнительных контактных сведений: |
|
Отправить сообщение дл:
varandei@yahoo.com с вопросами
и замечаниями об этом веб-узле.
|
