ФІЗИКО-ХІМІЧНІ АСПЕКТИ ПЕРЕРОБКИ термореактивних полімерів
Термореактивними полімерами (реактопластів) називають матеріали, в яких фіксація форми при виготовленні виробів є результатом хімічної реакції утворення тривимірного полімеру («зшивання»), яку часто називають затвердінням. При цьому матеріал безповоротно втрачає здатність переходити в в'язкотекучий стан і розчинятися в розчинниках.
Нездатність сценарий реактопластів переходити в в'язкотекучий стан змушує проводити синтез термореактивних полімерів в кілька стадій. Першу стадію закінчують отриманням олігомерів (смол) з молекулярною масою 100-1000. Друга стадія-це, по суті, приготування композицій, засноване на тому, що низковязкі олігомери легко поєднуються з наповнювачем, причому навіть при 80-85%-ном наповненні композиції неотвердженим реактопласти володіють високою плинністю, що дозволяє переробляти їх традиційними методами (литтям під тиском, екструзією, контактним формуванням, пресуванням і ін)
Олігомерні композиції, в яких у якості наповнювача використовують будь-яке мелкодісперсноє речовина (крейда, тальк, деревне борошно, слюду, каолін, технічний вуглець, графіт і т. д.), називають преміксами. Реактопластів, наповнені безперервними волокнами, папером, тканиною і т. д., називають препреги. Нарешті, третя стадія - це отримання власне полімеру з тривимірною сітчастою структурою. Як правило, ця стадія поєднується з формуванням вироби і зазвичай називається затвердінням.
Олігомери в реактопластів можуть закаліть мимовільно (з тим більшою швидкістю, чим вище температура) або за допомогою поліфункціональної низькомолекулярного речовини - затверджувача. Отверждение може здійснюватися за механізмом поліконденсації (фенолоальдегідние, епоксидні, кар бамідние, кремнійорганічні смоли) і полімеризації (полиалкиленгликольмалеинаты, олігоестеракрилату, форполимера діаллілфталата).
Реактопластів виготовляють, застосовуючи в якості сполучного фенолоформальдегідні смоли (модифіковані для більшої еластичності полівінілбутірілем, бутадієн-нітрильних каучуком, поліаміду) або епоксидні смоли (модифіковані феноло-або аніліноформальдегіднимі смолами або отверждающиеся олігоефірамі); наповнювач може бути будь-яким.
Моделювання процесів переробки термореактивних полімерів має два основних аспекти: а) аналіз неізотермічного течії, що супроводжується хімічними реакціями затвердіння на стадіях пластикації і формування вироби;
б) аналіз процесів полімеризації, що супроводжуються виділенням тепла в умовах теплообміну з навколишнім середовищем.
ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ПРИЙМАННЯ, ЗБЕРІГАННЯ І ТРАНСПОРТУВАННЯ СИРОВИНИ
Хімічна промисловість поставляє сировину (термопласти і реактопласти) упакованим в один з трьох видів тари: а) мішки (поліетиленові або з крафт-паперу) масою по 25 кг, б) контейнери еластичні одноразового або багаторазового використання масою 200 кг (ємністю близько 0,5 м 3); в) цистерни (автомобільні і залізничні) ємністю 30-50 м 3.
Сировина, що надходить в мішках, із заводського складу перевозиться в цех на електрокарах, де мішки растаріваются або безпосередньо біля переробного заводу, або на растарочной установці цехового складу сировини.
Контейнери з майданчика зберігання подаються у відділення рас-таріванія, де за допомогою вантажопідйомних механізмів встановлюються на пристрої для розтарування. Конструктивно ці пристрої являють собою систему затисків для кріплення контейнера, прийомний бункер, сполучений з системою пневмотранспорту, і пристосування для відкриття клапана (при використанні оборотних контейнерів багаторазового використання) або для розрізання боковини (біля контейнерів одноразового використання). Потрапляє в прийомний бункер сировина подається пневмотранспортом в складські ємності або пересипається безпосередньо в технологічні контейнери.
Розвантаження цистерн виробляють за допомогою систем пневмотранспорту з гнучкими патрубками, забезпеченими наконечниками для швидкого підключення еластичних патрубків до вивантажувальним патрубкам цистерн. При розтарування цистерн всередину подається стиснене повітря під тиском 0,2 МПа. Відстань складських ємностей від місця розвантаження не повинна перевищувати 25 м.
ОБЛАДНАННЯ СКЛАДІВ СИРОВИНИ
Основне обладнання, призначене для зберігання сипучих інгредієнтів, складають бункера (силоси), які залежно від призначення поділяються на бункера складського зберігання та витратні бункера систем автоматичного дозування. Ємність і число бункерів, що встановлюються на заводському складі, визначається потужністю підприємства, оскільки запас сировини на складі повинен забезпечувати 10-15-добову роботу підприємства. Ємність бункера складає від 100 м 3 і більше. Зазвичай бункер складського зберігання (рис. 1) являє собою зварний циліндр / з листового дюралюмінію діаметром близько 5 м і заввишки 10-15 м. До нижньої частини циліндра приварюється конічне днище 2. Отвір у днище діаметром приблизно 1 м перекривається шлюзовим затвором 3, через який матеріал надходить до живильнику 4. Верхня частина циліндра перекривається конічної кришкою, всередині або над якою розташовується циклон-елімінатор 5 системи пневмотранспорту. Контроль за рівнем знаходиться в бункері сировини може здійснюватися за допомогою радіаційних рівнемірів або за вагою за допомогою тензометричних силовимірювач, що визначають навантаження в опорних стійках бункера. Кут нахилу стінок днища бункера не повинен перевищувати 20 ° по відношенню до вертикалі, щоб уникнути сводообразованія і зависання в ньому сипкого сировини.
Безпосередньо під бункером встановлюється розвантажувальний пристрій, в якості якого найчастіше використовується секторний дозатор (він описаний нижче і зображений на рис. 1). При досить гарною сипучості сировини (властивої, наприклад, гранульованим пластмасам) його вивантаження з бункера можна виробляти, не застосовуючи ніяких додаткових пристроїв. У цьому випадку безпосередньо над секторним дозатором встановлюють шлюзової затвор з пневмоприводом та дистанційною системою управління.
Рис. 1. Схема бункера складського зберігання
Рис. 2. Пристрої для вивантаження матеріалу з бункера: а - з аераціокним рихлителем; б - з подвійним вібруючим конусом.
Для вивантаження з бункерів матеріалів, схильних до злежуваності, застосовують аерацію матеріалу потоком повітря і вібраційні пристрої (мал. 2). У аераційних розпушувачи (рис. 2, с) повітря подають через фільтр 5, розподільну заслінку 1 і перфоровані днище 2 в нижню частину бункера 3. Швидкість повітряного потоку повинна бути досить велика для того, щоб матеріал у бункері перейшов у псевдозрідженому стан. Під дією сили тяжіння матеріал переміщається і надходить з бункера по похилих перфорованим трубопроводах 4 безпосередньо в технологічне обладнання або на дозування.
Механічні вібраційні пристрої («активатори», або «побудители») встановлюють як поза бункера, так і усередині його. Ці пристрої включають в роботу тільки під час відбору матеріалу з бункера, тому що в противному випадку відбувається лише додаткове ущільнення матеріалу.
Розвантажувальне вібраційне пристрій з подвійним вібруючим конусом (рис. 2,6) включає в себе конічний приймач /, закріплений на стяжках 2 через віброізоляційних прокладки 3 на вихідному патрубку бункера 4. Герметичність з'єднання забезпечується еластичним ущільненням 5. Приймач 1 і встановлений в ньому конус-розсікач 9 наводяться в коливальний рух з амплітудою 10 мм і частотою до 500 Гц за допомогою механічного або гідравлічного вібратора 6. Висипається з бункера матеріал вивантажується через розвантажувальний патрубок 8 з еластичним ущільненням 7. При роботі вібратора приймач / коливається в горизонтальній площині. Завдяки цьому матеріал не зависає у вихідному конусі бункера, ліквідується його ущільнення і створюються оптимальні умови для його вільного та рівномірного руху по поверхні конуса-розсікача від його центру до периферії.
Рис.3. Черв'ячне розвантажувальний пристрій.
Крім аераційних розвантажувальних пристроїв і вібросит в деяких випадках застосовують черв'ячні розвантажувальні пристрої (рис. 3). При обертанні черв'яка 1 матеріал, що знаходиться в приймальному вікні бункера 2, захоплюється його витками і переміщається до розвантажувального патрубка 3. Для регулювання і стабілізації продуктивності перед розвантажувальним патрубком розташовують циліндричний ділянку 4 довжиною не менше одного діаметра черв'яка. Радіальний зазор між внутрішньою поверхнею жолоби і зовнішнім діаметром черв'яка б повинен вибиратися таким чином, щоб компенсувати всі неточності збірки і прогин черв'яка; при цьому черв'як не повинен стикатися з поверхнею жолоба. Слід, однак, уникати дуже великих значень радіального зазору щоб уникнути заклинювання або защемлення в зазорі частинок вивантажується матеріалу, так як при цьому можуть виникати надмірні згинальні зусилля і дуже великі гальмівні моменти.
Об'ємну продуктивність черв'ячного розвантажувального пристрою можна визначити за формулою
(2.1)
Кут 9 т дорівнює
Тертя в зазорі між матеріалом і кромкою витка черв'яка і між матеріалом і жолобом проявляється по-різному. При гладкою циліндричною поверхні жолоба матеріал ковзає по ній, при цьому ефективна площа перерізу матеріалу, що транспортується збільшується, а продуктивність трохи зростає. Шорстка поверхня і великий зазор призводять до зсуву матеріалу по циліндричній поверхні радіусом R B. При цьому на стінці жолоби утворюється шар практично нерухомого матеріалу.
Пневмотранспорт
Пневмотранспорт отримав особливо широке поширення за останні тридцять років, і в даний час він практично повністю витіснив на підприємствах з переробки пластмас всі інші види транспорту (конвеєри, транспортери). Широке застосування пневмотранспорту пояснюється наступними причинами: 1) можливістю переміщення сипучих матеріалів у горизонтальному, похилому і вертикальному напрямках; 2) герметичністю трубопроводів і відсутністю втрат матеріалів, що транспортуються; 3) порівняльною простотою конструкції, обслуговування та експлуатації при незначних площах і обсязі будівель; 4) можливістю повної автоматизації процесу транспортування та розподілу матеріалу по бункерах; 5) можливістю поєднання транспортування матеріалу з його сушінням підігрітим повітрям.
Пневматичні транспортні установки (рис.4) можуть бути усмоктувальними (вакуум-транспорт) і нагнітальними (пневмотранспорт). Принципової різниці між цими системами немає, оскільки в обох випадках рушійною силою є різниця тисків на вході і на виході з трубопроводу, що забезпечує потрібну швидкість повітряного потоку.
У нагнітальних системах джерело рухомого повітря (вентилятор, повітродувку або компресор) розташовують на початку установки, а під всмоктуючих системах (вакуум-насос) - в кінці, біля місця вивантаження. У першому випадку перепад тисків у системі може досягати 0,3 МПа, так як більш щільний повітря краще підтримує перемішується матеріал, що особливо важливо при великій довжині трубопроводів. У другому випадку максимальний перепад тисків не перевищує 0,04 - 0,05 МПа, тому такі системи застосовують для транспортування сировини на невеликі відстані.
Усмоктувальна пневмотранспортних установках (рис. 4, а) складається з вакуум-насоса 7, приймального сопла 2, трубопроводу 3, циклона-отделителя 4, фільтра 5 і шлюзових затворів 8. Вакуум-насос створює розрідження в системі.
Під дією атмосферного тиску сипкий матеріал 1 разом з повітрям засмоктується через сопло 2 в трубопровід 3 і надходить в цик лон-елімінатор, в якому швидкість повітряного потоку різко знижується і відбувається осадження матеріалу. Повітря, що містить дрібний пил, очищається у фільтрі 5 і, пройшовши через осушувач 6, надходить у вакуум-насос, звідки він викидається в атмосферу. Матеріал з циклону-отделителя і фільтра надходить через шлюзові затвори 8, забезпечують достатньо надійну герметизацію системи, до секторних дозатора 9.
Нагнітальна пневмотранспортних установках (рис. 4,6) складається з повітродувки /, калорифера 2, бункера-силосу 3, секторного дозатора 4, трубопроводу 5, циклона-отделителя 6 і повітряного фільтра 7. Нагнітається повітродувкою повітря проходить через калорифер 2 в трубопровід 5, в який з бункера 3 сипкий матеріал подається секторним живильником 4. Повітряний потік підхоплює матеріал і транспортує його по трубопроводу в циклон-елімінатор 6, де і відбувається його осадження. Вивантаження матеріалу з циклону 6 і повітряного фільтра 7 проводиться через шлюзові затвори 8.
Живильника і ДОЗАТОРИ ДЛЯ СИПУЧИХ МАТЕРІАЛІВ
Механізми для дозування сипучих матеріалів поділяються на дозатори для великошматкових, крупно-і дрібнозернистих, а також порошкоподібних матеріалів. За характером дії дозатори поділяють на устрою безперервної дії (потокові) і циклічного дії (порційні). Регулювання продуктивності дозаторів може здійснюватися зміною обсягу дозатора, зміною швидкості або перерізу потоку пропонованого матеріалу, причому регулювання може бути як дистанційним, централізованим, так і з індивідуального пульта управління вручну.
Дозатори безперервної дії складаються з механізмів, що забезпечують переміщення матеріалу; первинних датчиків, контролюючих витрату і перетворюють вимірювану величину у керуючий сигнал, апаратури, яка видає закон управління; виконавчих механізмів; контрольно-вимірювальних та реєструючих приладів, а також допоміжних конструктивних елементів.
За принципом дозування розрізняють об'ємні та вагові дозатори. Вибір конструкції дозатора для конкретного технологічного процесу визначається фізичними властивостями дозованого матеріалу, продуктивністю процесу та вимогами до точності дозування. З фізичних властивостей дозованого матеріалу найбільше значення мають: щільність, однорідність гранулометричного складу, схильність до злежування і ущільнення.
По конструкції дозатори безперервної дії поділяють на секторні, лоткові, тарілчасті, стрічкові, вібраційні та черв'ячні. Найбільш широке поширення в підготовчих виробництвах знайшли секторні (об'ємні) дозатори. До їхніх переваг слід віднести низьку вартість і простоту в експлуатації. Основним їх недоліком у порівнянні з ваговими дозаторами є менша точність дозування.
Секторні дозатори застосовують для дозування гранульованих і сипучих порошкоподібних і кускових матеріалів з розміром частинок до 30 мм. Секторний дозатор (рис. 5) складається з циліндричного корпусу 1, в якому розташований секціонованими ротор 2, який має регульований електричний привід. Дозується матеріал під дією своєї ваги зсипається через патрубок 4 з бункера і по черзі заповнює секції ротора. При обертанні ротора секції, що опиняються над розвантажувальним патрубком 3, вивантажуються, і матеріал надходить у приймач. Отвір А, що з'єднує внутрішню порожнину ротора з атмосферою, служить для скидання надлишкового тиску. Шибер 6, що приводиться в дію пневмоциліндром 5, служить для перекриття доступу матеріалу до дозатора при його ревізії або ремонті. Годинна об'ємна продуктивність секторного дозатора Q (м 3 / год) визначається за формулою
де а, - обсяг однієї секції (відсіку), м 3; i - Число секцій; N - частота обертання, об / хв; - коефіцієнт заповнення (Ч г = 0,8-0,9).
Лоткові дозатор (рис. 6) складається з лотка (або труби) 1, закріпленого безпосередньо на вібраторі 2. Дозується матеріал надходить на лоток через патрубок 3, в ньому розташована заслінка 4, змінюючи положення якої, можна регулювати товщину шару пропонованого матеріалу. Вібратор призводить лоток в коливальний рух, напрям якого складає кут р з напрямком руху матеріалу. Частоту коливань вибирають таким чином, щоб вся система робота ла в зарезонансном режимі. Привід дозатора може бути хутра ническим, пневматичним, електромагнітним або магнітно-реєстраційних.
Рис. 2 .7 Одночервячний дозатор.
Годинна об'ємна продуктивність лоткового дозатора Q (м 3 / год) визначається за формулою
(2.22)
де s - площа перетину лотка, м 2; А - амплітуда коливань вібратора, м; (о-частота коливань вібратора, с -1, К - коефіцієнт заповнення лотка (Я = 0,6 - ^ 0,8; менше значення відповідає порошкам , більше - гранульованим полімерам).
Продуктивність лоткових дозаторів регулюють, змінюючи товщину шару, амплітуду та частоту коливань. Оскільки масова продуктивність в значній мірі залежить від сипучості і насипної густини матеріалу, що змінюються на практиці в досить широких межах, лоткові дозатори зазвичай використовують в тих випадках, коли до точності і відтворюваності дози не пред'являють особливо високих вимог (транспортування матеріалів з витратних ємкостей, харчування вагових дозаторів, просіювання, промивка і сушка виробів). До переваг лоткових дозаторів відносяться мала інерційність, простота чищення, мале забруднення дозованого матеріалу і великий діапазон продуктивності (від кількох кілограмів до кількох сотень тонн на годину). Недоліки у неможливості транспортування липких матеріалів, в значних пульсаціях і високому рівні шуму.
Черв'ячні дозатори застосовують для транспортування та дозування дрібнозернистих, гранульованих і порошкоподібних матеріалів, схильних до сводообразованію. За кількістю черв'яків розрізняють одно-і двухчервячние дозатори, причому останні застосовують для дозування матеріалів, схильних до налипання на нарізку черв'яків, оскільки в двухчервячних дозаторах здійснюється взаємна самоочищення знаходяться в зачепленні черв'яків.
Одночервячний дозатор (рис. 7) складається з корпусу 7, усередині якого на опорах 2 встановлений черв'як 1. Дозується матеріал надходить до черв'яку через завантажувальний патрубок 4 і * вивантажується через розвантажувальний патрубок 6. Для запобігання попадання матеріалу, що транспортується в підшипники черв'яка на його кінцях поблизу розвантажувального і завантажувального патрубків розташовують відбійну нарізку 3 та 5 довжиною 1-1,5 витка. Черв'яки одночервячних дозаторів можуть мати як суцільну, так і переривчасту нарізку. Крок гвинтової нарізки зазвичай становить 0,8-1,5 діаметру черв'яка.
Об'ємну продуктивність одночервячного дозатора Q можна розрахувати за формулою
де D - Зовнішній діаметр черв'яка; d - Діаметр сердечника; / - крок нарізки; е - осьова товщина нарізки;
Для точного дозування сипучих матеріалів застосовують вагові дозатори, які можуть бути безперервної або періодичної дії. Конструктивно вагові дозатори можуть виготовлятися стрічкового, черв'ячного або роторного типу. Продуктивність таких дозаторів контролюють зважуванням матеріалу, що знаходиться в бункері або на подаючому механізмі дозатора. Найбільш поширені вагові дозатори безперервної дії з стрічковими живильниками продуктивністю від 0,5 до 20 000 кг / ч. Точність дозування становить від 0,5 до 4% годинної продуктивності. Управління дозаторами може здійснюватися як з дистанційних пультів, так і вручну.