Гранулы полиэтилена
Гранулирование – завершающая стадия технологического процесса производства полимеров этилена. Большая часть полиэтилена используется в виде гранул – плотных частиц определенного размера.
Гранулирование решает несколько задач:
- «доводка» полимера после синтеза (дегазация, удаление остатков растворителей и примесей, гомогенизация по молекулярному весу, повышение механических характеристик),
- придание товарных качеств для рационального использования в производстве изделий,
- получение композиций с различными добавками.
Особенности полимерных материалов, полученных разными способами
Современные способы производства полимеров этилена отличаются разнообразием по типу и параметрам процесса синтеза, аппаратурному оформлению, состоянию конечного продукта. На выходе из технологической цепочки получают полимеры в виде расплавов, растворов, с включениями газообразных, жидких и твердых примесей. Производственные линии оснащаются оборудованием для дегазации, отмывки от растворителя, центрифугами, виброситами, сушилками.
Полиэтилен, получаемый способами высокого давления, – расплав с растворенными в нем низкомолекулярными продуктами и этиленом.
Полимеры, полученные методами низкого давления, содержат воскообразные низкомолекулярные фракции, остатки катализаторов Циглера-Натта, воды, растворителей (гексана, бензола, хлорбензола), промывных жидкостей (метилового и этилового спирта, высших спиртов, кислот).
Примеси ухудшают химическую стойкость, оптические, диэлектрические и прочностные свойства полиэтилена.
Преимущества товарного гранулированного полиэтилена
По сравнению с порошкообразным или чешуйчатым, гранулированный полиэтилен имеет существенные технико-экономические преимущества за счет:
- уменьшения объема более, чем в 2 раза (насыпная плотность порошка и гранул полиэтилена –0,20-0,25 г/см3 и 0,5-0,6 г/см3 соответственно), что сокращает затраты на тару, складирование, транспортировку;
- высокой сыпучести: гранулы не вызывают трудностей при дозировании, фасовке и перемещении, не электризуются, не налипают на стенки оборудования, не скапливаются в узлах агрегатов, не образуют «мертвые зоны» – своды, – приводящие к нестабильности процессов и остановам оборудования;
- минимизации потерь – гранула полностью извлекается из тарных мешков и загрузочных устройств;
- меньшей подверженности деструкции и фотостарению;
- исключения пылеобразования и улучшения условий труда.
Технологические принципы гранулирования
Гранулятор полиэтилена работает как экструдер. Полимер непрерывно перемещается вращающимся шнеком через несколько обогреваемых зон с разными температурами, расплавляется под действием сил трения и тепла. Расплав дегазируется, гомогенизируется, сжимается, нагнетается в формующую обогреваемую фильеру и продавливается через ее отверстия в виде жгутов заданного диаметра. Для предотвращения слипания жгуты орошаются водой и рубятся вращающимися ножами на отрезки установленной длины – гранулы.
Горячие гранулы охлаждаются водой в кольцевом патрубке, перемещаются в вертикальную центрифугу для отжима воды, затем – на вибросито, в сушильную камеру, и, через магнитный сепаратор и шлюзовый затвор, транспортируются сжатым воздухом в расфасовочные устройства.
Технологические параметры гранулирования (температура по зонам гранулятора, скорость вращения шнека, степень сжатия, режим охлаждения) устанавливаются в зависимости от вида и физико-механических свойств полиэтилена: плотности, температур фазовых переходов, показателя текучести расплава. Температурные режимы гранулирования для разных марок полиэтилена сильно различаются: в загрузочной воронке поддерживается температура в диапазоне 60-115 °С, в зоне формующей фильеры – 180-260 °С.
Гранулирование превращает объемный порошок полимера в плотные и прочные образования, однородные по составу, свойствам, с одинаковыми формой и размерами. При гранулировании контролируются качество и однородность гранул (форма, прочность, насыпная масса) и выход кондиционной фракции.
Оборудование линий гранулирования
Гранулирование полиэтилена – многостадийный высокоавтоматизированный процесс: подготовка сырья, смещение компонентов, собственно гранулирование и расфасовка готового продукта
Аппаратурное оформление линий грануляции может различаться в соответствии с назначением и видом перерабатываемого сырья. Технологическая цепочка может состоять из одного или нескольких экструдеров-грануляторов (с зонами дегазации или без них), устройств для резки, вакуумных загрузчиков непрерывного действия, насосов с фильтрами для расплава, вибросит, ванн охлаждения, транспортеров, бункеров для подачи сырья, мельниц.
Наиболее распространенные модели экструдеров для линий грануляции – с четырьмя зонами нагрева. Для интенсификации процесса используют восьми секционные аппараты или аппараты с несколькими вертикальными шнеками.
Приемные устройства грануляторов полиэтилена могут быть оборудованы обогреваемыми или охлаждаемыми загрузочными воронками с магнитными сепараторами и мешалками для предотвращения образования сводов.
Гранулирование позволяет получать композиции полиэтилена с различными добавками (красителями, пластификаторами, осветлителями, восками для придания блеска) высокой степени однородности для переработки в изделия конкретного назначения.
Вторичная гранула
В последние годы возрастает спрос на вторичную гранулу полиэтилена – из бытовых и промышленных отходов. Вторичный полиэтилен используется как добавка для снижения себестоимости изделий, как сырье для производства малоответственной продукции.
Технология и оборудование для гранулирования вторичного полиэтилена сложнее, чем для обычного. Специальные линии по переработке отходов (бутылок, тары, пушонки, порошка) в гранулы дополнительно комплектуются ножевыми мельницами, шредерами, линиями отмывки, установками и резервуарами для очистки и регенерации воды.
Упаковка и маркировка гранулированного полиэтилена
После сушки и испытаний на качество, гранула полиэтилена расфасовывается в мешки по 20-25 кг и маркируется.
По стандарту, гранулы полиэтилена одной партии должны иметь одинаковые цвет, геометрическую форму и размеры в любых направлениях – 2-5 мм. В одной партии полимера первого сорта допускается наличие гранул с размерами 5-8 мм и 1-2 мм (не более 0,25 % и 0,5 % соответственно).
Гранулы с дефектами: огрубленной поверхностью, посторонними включениями из-за деструкции полимера – отбраковываются.
При маркировке полиэтилена базовых марок указываются:
- способ производства (высокое или низкое давление);
- метод производства (автоклавный или газофазный синтез, синтез в трубчатом реакторе);
- способ усреднения (в расплаве или холодным смешением гранул);
- группа плотности (для полиэтилена таких групп шесть);
- показатель текучести расплава;
- назначение (для литья, экструзии, трубный, пленочный).
