Winner - декинг "премиум класса" по экономичной цене!
Главная страница / Статьи / Смазочные вещества, процессинговые добавки

Смазочные вещества, процессинговые добавки

Смазки играют очень важную роль в процессах экструзии (и литья под давлением) полимерных материалов. Ведь большая часть мощности привода расходуется именно на преодоление сил трения, возникающих при движении частиц рабочей смеси внутри цилиндра экструдера. От качества подбора смазок значительно зависит производительность оборудования для переработки композитов и конечные свойства получаемых изделий - внешний вид, прочность и долговечность. Характер и параметры течения процесса экструзии зависят от конструкции и размеров шнека и цилиндра.

Конструкция шнека

Определяющей характеристикой шнека является его диаметр D, выбираемый в зависимости от вида и свойств перерабатываемого продукта, типа изделия и с учетом требуемой производительности экструдера. Другой важной характеристикой шнека является отношение его длины L к диаметру D. Для экструдеров, используемых в производстве ДПК , это отношение находится в пределах 6…40, t = (0,7…1,2)D; диаметр вала шнека d = (0,44…0,57)D.

При этом должно быть выполнено условие:

Диаметр вала шнека

где ψ – угол трения продукта по шнеку. Угол наклона винтовой линии φ определяется из соотношения:

Угол наклона винтовой линии

Значение угла φ зависит от коэффициента трения продукта по шнеку, и рекомендуется принять величину угла 17…22°. Если угол φ выходит за рекомендуемые границы, то требуется коррекция t.

Для перемещения рабочей смеси вдоль цилиндра необходимо, чтобы трение материала по внутренней поверхности цилиндра было больше трения его по шнеку. В противном случае материал будет вращаться вместе со шнеком, не продвигаясь в осевом направлении. Для создания различных коэффициентов трения материала о шнек и о внутреннюю поверхность корпуса применяют разную чистоту обработки поверхности, регулируют температуры корпуса и шнека и подбирают смазки.

В технике экструзии для снижения трения и обеспечения лучшего течения процесса используются специальные вещества, которые называют смазками или лубрикантами (lubrikants) и процессинговыми добавками (processing aids). Смазки особенно необходимы при экструзии древесно-полимерных композитов. Необходимость лучшей смазки объясняется высоким коэффициентом трения древесины, сложной формой древесных частиц, свойствами их поверхностей и более высоким давлением, при котором обычно осуществляется экструзия высоконаполненных композитов. Как правило количество смазочных веществ при переработке ДПК требуется несколько больше, чем при переработке обычных термопластов.

Различают внешнее трение - трение частиц о поверхности рабочих органов экструдера и фильеры, и внутреннее трение - трение частиц композиции друг об друга. Поэтому можно сказать, что смазки нужны не просто для снижения трения, но и для регулировки ( оптимизации) процесса.

При недостатке и переизбытке смазки или при неправильном сочетании внутренней и внешней смазки экструдер работать не будет. Его может "заклинить" или наоборот, шнек будет врашаться, а выхода продукта в фильеру не будет.

На практике применяются универсальные, внешние и внутренние смазки. Внутренние лубриканты (under-lubrication) улучшают текучесть рабочей смеси и способствуют повышению производительности экструдера, внешние (over-lubrication) - уменьшают трение смеси о детали экструдера и предохраняют полимер от прилипания к металлическим частям оборудования, уменьшают износ оборудования.

В идеале, внешние смазки должны быть химически плохо совместимы с полимером, слабо проникать в его структуру и работать только в области внешнего трения.

Внутренние смазки, напротив - должны равномерно распределяться внутри рабочей смеси и обеспечивать лучшую пластичность смеси, в частности индекс текучести расплава, давление расплава и др. показатели.

График напряжения расплава

График напряжения расплава

График давления расплава

График давления расплава

В качестве смазок при экструзии ДПК могут использоваться силиконы, углеводороды, перфторполимеры, воски, мыла, акрилаты, высокомолекулярные жирные кислоты и спирты, амиды жирных кислот, соли жирных кислот, сложные эфиры жирных кислот и др. смазочные материалы. Пока в древесно-полимерных композита применяются, в основном, стандартные смазки, используемые при переработки полиолефинов и ПВХ, такие как этилен бис-стереамид (ethylene bis-stearamide - EBS), стеараты цинка и др. металлов, парафиновые воски и окисленный полиэтиленoвый воск (oxidized PE). Новым направлением является использование некоторых эластомеров.

Помимо смазывающего эффекта и улучшения текучести рабочей смеси лубриканты могут оказывать воздействие и на другие свойства и качества композита. Смазки улучшают внешний вид поверхности изделия, см., например, на следующее фото:

Смазки улучшают внешний вид поверхности изделия

К настоящему времени ведущие зарубежные производители лубрикантов уже опробовали свои продукты в производстве ДПК и разрабатывают новые системы, обеспечивающих повышение производительности экструдеров при переработке древесных композитов и с целью обеспечения их лучших прочностных свойств и долговечности. На диаграмме показано увеличение производительности экструдера при использовании нового лубриканта Baerolub W немецкой фирмы Baerlocher GmbH, по сравнению со стандартной смазкой на основе стеарата цинка и этиленбисстереамида.

Диаграмма производительности экструдера

Все смазки благоприятно влияют на водостойкость термопластичных ДПК, но как правило несколько уменьшают прочностные показатели. Смазки, содержащие ионы металлов, в частности, металлические стеараты, могут блокировать действие скрепляющих агентов, например, малеинизированных полиолефинов. С другой стороны, смазки содержащие поверхностно-активные вещества, напротив могут рассматриваться как связующие агенты, улучшающие совместимость древесины и полимерной матрицы ( например, некоторые продукты фирмы Strukturol).

Новые марки процессинговых добавок могут существенно улучшать и прочностные свойства древесно-полимерных композитов, например, Metablen A3000 является и процессинговой добавкой и отличным модификатором ударной прочности.

Ориентировочно, для ДПК на основе полиэтилена количество смазок может быть до 4 - 5 % от веса композита, для композиций на основе полипропилена 1 - 2%. Количество смазки для переработки древесно-полимерных композиций на основе ПВХ составляет от 4 до 10 частей смазки на 100 частей смолы.

При подборе количества следует учитывать состав композита, применяемое оборудование и рекомендации конкретного поставщика добавок, т.к. многие материалы сходные по составу химпродуктов могут различаться по эффективности действия и т.д.

Некоторые компании изготовители и марки процессинговых добавок приведены в таблице

Фирма-изготовитель Наименование Комментарий
Baerlocher GmbH Baerolub W лубрикант на основе металлических стеаратов для ДПК на основе полиолефинов
  Baerolub WPT and EW series Lubricant one-packs for use with coupling agents
  Baeropan: однопакетный стабилизатор для ДПК на основе ПВХ
Clariant Cesa-process 9102 лубрикант (флуороэластомер) для ДПК на основе полиолефинов
  Cesa-process 8593 и 8633 смазочные системы для ДПК на основе полиолефинов
  Cesa-process 8477 лубрикант (жирный эфир) для ДПК на основе полиолефинов
Chemtura смазки на основе жирных кислот серия лубрикантов для ДПК на основе полиолефинов, в т.ч. стеараты, амиды и эфиры
  Marklube серия лубрикантов (внешние и внутренние смазки) для ДПК на основе ПВХ
  Kemamide лубриканты для ДПК на всех типах смол
  Kemester лубриканты для ДПК на всех типах смол
Ferro Corp.Polymer Add. Division. SXT 2000 смесь металлических стеаратов и неметаллических лубрикантов для ДПК на основе полиолефинов
  SXT 3000 лубриканты не содержащие металлических стеаратов
Honewell Corp. A-C® OptiPak™, в т.ч.: Семейство аддитивов спроектированных специально для экструзии ДПК
  A-C® OptiPak™ 100 Серия лубрикантов, обеспечивающая повышение производительности и снижение затрат
  A-C® OptiPak™ 300 Серия многофункциональных аддитивов, обеспечивающих повышение изгибной прочности и водостойкости
Lonza Group EBS (Acrawax C) лубрикант для ДПК на всех типах смол
  Glycolube WP-2200 лубрикант для ДПК на основе полиэтилена и полипропилена
  линия стереамидных лубрикантов стереамидные лубриканты, улучшают дисперсию древесных частиц в полимерной матрице
Mitsubishi Rayon Metablen A3000 Acrylic-modified polytetrafluoroethylene (PTFE), акрилированный политетрафлуороэтилен - процессинговая добавка c эффектом связующего агента и модификатора ударопрочности
Reedy International Safoam WSD лубрикант и антиоксидант
  Safoam WLB внешний лубрикант для композитов на основе PVC, PP и HDPE
  Saftec AS процессинговая добавка, лубрикант и тепловой стабилизатор. Обеспечивает лучшую дисперсность , предохраняет от деградации и обесцвечивания. Хорошо подходит для вспененных изделий. Обеспечивает эффект уже при минимальном количестве (1%).
  Saftec WLB (Wood Lubricant Blend) WLB - Wood Lubricant Blend, процессинговая добавка для вспенивающихся ДПК. Предотвращает проявление эффектов разрывов кромок и крокодильей кожи. Не содержит веществ блокирующих действие вспенивающих агентов.
Struktol TPW 101 лубрикант общего назначения
  TPW 104 лубрикант для ДПК на основе полиолефинов
  TPW-113 неметаллический лубрикант для ДПК на основе полиолефинов
  TPW-012, лубрикант универсальный ( внутренний и внешний) для ДПК на основе ПВХ
  TR-251 лубрикант для ДПК на основе ПВХ
  SA0012 лубрикант для ДПК на основе ПВХ, однопакетный

Автор статьи: Абушенко Александр Викторович