Подготовительные процессы оптимизации состава полимерной композиции

ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ

Актуальным является вопрос изготовления удобной и гигиеничной тары. В настоящее время упаковка продукта имеет огромное значение для качества продукции. Поскольку упаковочная тара имеет несколько разновидностей, для каждого из них присущи специфические особенности, и в связи с этим к материалу, из которой она изготавливается, предъявляются определенные требования.

Этапы разработки состава полимерной композиции, предназначенной для изготовления тары

тара экструзия литье полимерный

Разработка состава полимерной композиции, отвечающего требованиям, предъявляемым к транспортной таре, решается методом математического планирования эксперимента с применением статистического анализа. При оптимизации состава полимерной композиции находят уравнение регрессии, устанавливающее связь между физико-механическими показателями (параметром отклика Y) и составом полимерной композиции (параметрами оптимизации А',, Х_г , ..., Х„ — факторами). В общем случае такое уравнение может быть представлено в виде функции, имеющей вид (уравнения регрессии);

Y=f(Xi,X,X,).

Для получения соответствующего уравнения регрессии в виде математической зависимости необходимо оценить границы областей варьирования факторов с использованием априорной информации и выбрать интервалы варьирования. Следующим этапом является составление матрицы планирования эксперимента и получение уравнения регрессии. В результате решения уравнения (с помощью ЭВМ) определяют оптимальный состав, обусловленный необходимыми значениями физико-механических и эксплуатационных характеристик.

СМЕШЕНИЕ

После оптимизации состава важнейшей операцией является получение композиции путем смешения ингредиентов. Эта стадия в значительной степени определяет качество и эксплуатационные характеристики получаемых изделий. Назначение смешения весьма разнообразно, но главная его задача — обеспечение качественного диспергирования и перемешивания ингредиентов и полимера.

Полимерные композиции можно получать разными способами: предварительным смешением компонентов с последующей экструзией; в пласто-смесителях непрерывного действия (типа «Ко-Кнетер»); введением модифицирующих добавок непосредственно в зону расплава экструдера при его оснащении гомогенизирующими червяками специальной конструкции, а также на вальцах.

Смешение осуществляется под действием механических сил, создаваемых рабочими органами смесительного оборудования, а его качество определяется величиной деформации сдвига [24, 25]. Уже на стадии смешения вследствие сдвиговых механических воздействий в полимере протекают механо-химические процессы, которые открывают широкие возможности для модификации полимера в процессе подготовки полимерной композиции, что позволяет получать материалы с заранее заданными свойствами.

Для обеспечения качественного смешения и получения композиций, пригодных для переработки в транспортную тару, необходимо специальное оборудование. Оборудование, используемое для диспергирования и получения наполненного гранулята существенно отличается от традициейного оборудования, используемого при получении изделий из термопластов. В настоящее время для диспергирующего смешения используется следующее оборудование; вальцы; двухчервячные прессы; одночервячные осциллирующие экструдеры; дисковые экструдеры; червячно-дисковые экструдеры типа ЭЧД.

Вальцы используют в технологии переработки пластмасс для: 1) смешения ингредиентов с полимерной матрицей, при этом полимер переходит, как правило, в вязкотекучее (или пластичное) состояние; 2) пластикации материала с целью облегчения его дальнейшей переработки; 3) изготовления полуфабрикатов (листов, пленок и т. д.) и других целей.

Переработка полимерных материалов на вальцах осуществляется в зазоре между параллельно расположенными и вращающимися навстречу друг другу полыми цилиндрами — валками. Сложное комплексное воздействие, которому подвергается вальцуемый материал в зазоре между валками, позволяет осуществлять многие технологические операции, .главными из которых являются: смешение, гомогенизация, размягчение и пластикация.

Смешение на вальцах предпочитают проводить в тех случаях, когда имеют дело с высоковязкими нетермостабильными материалами, а также при введении большого количества наполнителей. Вальцевание является периодическим процессом, оно характеризуется длительностью цикла при получении композиций с заданным качеством смешения; производительность его невысока, расход энергии значителен особенно при переработке термопластов.

Одночервячный экструдер осуществляет перемешивание материала, создавая давление на него за счет преобразования вращательного момента вала в поступательное движение материала. Смесительная функция червячной машины выражена слабо. Причиной этого является то, что червячная машина осуществляет идеальное вытеснение, в то время как для качественного диспергирования необходима высокая степень смешения, которая может быть достигнута при эффективном сдвиге перемешиваемых материалов. Необходимость совмещения в червячных экструдерах функций перемещения материала под давлением с диспергированием привела к созданию удлиненных червяков (с отношением длины к диаметру до 30 и более) и усложнению их конструкции; использованию кулачков, сме-сительно-диспергирующих элементов, разрывов гребней червяка; совмещ