Технологічна схема переробки чи утилізації
Методом екструзії одержана полімерна композиція на основі відходів зонтичної тканини, яка вміщує поліетилентерефталат і поліамід, здатна до подальшого формування. Розроблена технологічна схема, яка включає попередню агломерацію тканини. Визначені параметри агломерації тканини.
Екструзія являє собою технологічний процес отримання напівфабрикатів, або виробів. Черв’ячні машини, які серійно випускаються, реалізують процес екструзії і в основному призначені для приготування розплавів полімерів, а також для наповнення, змішування, забарвлення, дегазації розплавів полімерів, грануляції та інших процесів. Взагалі технологічний процес екструзії складається із таких операцій: підготовка сировини, екструзії, прийому і складування готової продукції. Для найбільш точного визначення режимів переробки й оптимізації процесу необхідно знати технологічні властивості матеріалу, що переробляється. У лабораторних умовах одержана полімерна композиція на основі відходів тканини, які складаються з переплетених ниток поліетилентерефталату (ПЕТФ) і поліаміду-6 (НА-6) та вивчені їх фізико-механічні, електричні властивості. Виникла необхідність одержання полімерної композиції у промислових умовах. У нашому випадку екструзії підлягають технологічні відходи тканини, які являють собою подрібнені шматочки, але при її екструзії виникають проблеми. При подачі в екструдер не підготовлених подрібнених відходів тканини (ВТ), не утворювалася тверда пробка, яка повинна сприяти переміщенню матеріалу в екструдері. Це відбувалося тому, що маленькі шматки ВТ розплавляються і налипають на стінку екструдера, подальшого переміщення матеріалу не відбувається, шнек при цьому прокручується, великі шматки ВТ не розплавлялись. Тому основні труднощі виникли у питанні ущільнення ВТ, утворення агломератів. Методи агломерації і грануляції, що описані у літературі, стосуються вторинних полімерів [6]. Для тканин і волоконних відходів в основному проводять агломерацію з використанням екструдерів, але це не зовсім економічно, крім того, погіршуються фізико-механічні властивості полімерної композиції. Ми запропонували схему екструзії технологічних відходів ВТ, яка вміщує попереднє ущільнення – агломерацію ВТ (рис. 1).
Відходи тканини (рис. 1), які складаються із ниток ПЕТФ і ПА із бункера (1) надходять до ножової дробарки (2), яка являє собою систему ножів, де матеріал подрібнюється. Подрібнення матеріалу проводили в дробарках, що випускаються промисловістю, подрібнювачах типу ППМ–1/18,5. Це дробарка ножова-роторна з потужністю привода 18,5 КВт/год. Продуктивність дробарки при переробці м’яких відходів тканини становить 40 кг/год.
Рис. 1 - Принципова схема переробки відходів тканини, які складаються із ниток ПЕТФ і ПА: 1 – бункер; 2 – ножова дробарка; 3 – транспортер; 4 – бункер гранулятора; 5, 6 – валки; 7 - решітчастий транспортер; 8 – блок різання; 9 – бункер екструдера; 10 – екструдер
При виборі процесу агломерації ми розглянули й експериментально випробували декілька видів конструкцій грануляторів ВТ. У ході дослідження спочатку застосовано зубчасті валки з метою одержання брикетиків. Виявилося, що під час роботи гарячих зубчастих валків не відбувалося відокремлення брикетиків від зубців за рахунок пластичності гарячої полімерної маси. Тому агломерацію відходів тканини вирішено проводити на гладких валках із подальшим охолодженням. Подрібнені шматочки відходів тканини розміром 2–5 мм транспортером (3, рис. 1) надходять до бункера гранулятора (4, рис. 1). Для того щоб подрібнені шматочки ВТ не зависали у бункері гранулятора, встановлений шнек, який обертається навколо своєї осі паралельно твірній бункера (рис 3.) Для екструзії технологічних ВТ використаний серійний екструдер ЧП 63х32. Черв`як – основний робочий орган екструдера. Циліндр, у середині якого розташований черв’як (рис. 2), за довжиною розділений на теплові зони, які забезпечують нагрівачі, встановлені на зовнішній поверхні і трубчасті змійовики, що запресовані у стінку корпусу для проходження рідинного холодоагента. Система обігріву і охолодження призначена для автоматичного регулювання і підтримки теплового режиму за зонами, що регулюється термопарами.
За рахунок обертання шнека відходи тканини поступово надходять за
напрямними до валків (рис. 4).
На гарячі валки (1, рис. 4), крізь напрямні (2, рис. 4), надходять подрібнені відходи тканини. При проходженні між гарячими валками із гладкою поверхнею, вони ущільнюються за рахунок підплавлення.
Температура гарячих валків встановлена експериментально. В інтервалі
150–250 0С через кожні 5 0С наочно перевіряли якість ущільненої тканини. При цьому виявлено, що підплавлення починає відбуватися за температури 180–185 0С. Якщо температура нижче за 180 0С, то між валками не утворюється стрічка, або вона є нестійкою і руйнується. Розраховували використовувати лише одні гарячі валки, які обертаються з однаковою швидкістю і мають постійну ширину отвору. З’ясували, що ВТ підплавляються, але не утворюють стрічку. Наявність іншої пари валків під тиском ущільнює стрічку і вона рухається. За температури вище 260 0С розпочинається термічна деструкція. Лише, в інтервалі температури між валками 230–240 0С спостерігалося підплавлення і утворення стрічки без дефектів.
Валки лабораторні: діаметр 225 мм, довжина робочої частини валків 150 мм, фракція 1:1, окружна швидкість валків становить 3–10 м/хв, потужність електродвигуна 15 кВт. Валки виготовлені з кокільного чавуну, краї валків гладкі, робоча поверхня відбілена на глибину15–18 мм, поверхня валків шліфована. Валки мають електрообігрів. Зазор між валками регулюється за допомогою гвинта у проміжкахстанини. На валках (3, рис. 4), які працюють під тиском, встановлюються тензори для вимірювання тиску.
Для визначення параметрів агломерації відходів тканини, які складаються із ниток ПЕТФ і ПА, ми провели експериментальні дослідження за визначенням залежності насипної щільності ВТ від тиску при різних температурах (рис. 5).
Рис. 5 - Залежність насипної щільності гранульованих відходів тканини від тиску за температури: 1 – 260 0С; 2 – 230 0С; 3 – 220 0С
Виявилось, що при постійній швидкості обертання валків, за температурою вище 260 0С і тиску вище 0,25 МПа спостерігається руйнування стрічки і при цьому валки зупиняються. Стає неможливим подальший рух стрічки, крім того, відбувається деструкція поверхні гранульованих ВТ. Зниження температури гарячих валків призводить до зниження її насипної щільності (криві 1–3, рис. 5). Так, незалежно від температури грануляції при тиску більше 0,25 МПа відбувається максимальне ущільнення матеріалу, а подальше підняття тиску
призводить до зупинення валків, а при високих температурах і до руйнування стрічки. З експериментальних даних випливає, що застосовувати тиск 0,25 МПа і вище не рекомендується незалежно від температури. За температури 260 0С максимальна насипна щільність без руйнування досягається при тиску 0,22 МПа. Ми вирішили використовувати температуру грануляції 260 0С, тиск 0,22 МПа з одержанням агломерованної ВТ, у якої насипна щільність 1,36 г/см3. Далі стрічка надходить на решітчастий транспортер (7, рис. 1), який являє собою сітку, де охолоджується повітрям. Охолоджена стрічка з ВТ до 30–35 0С надходить до різки (8, рис. 1), де відбувається різання ущільненої стрічки ВТ продольними і поперечними ножами до окремих агломератів.
Різалка являє собою систему ножів (рис. 6), яка містить: поздовжньо- різальний пристрій із дисковими ножами (1, 4); ножовий барабан (9), встановлений у кожусі (8) на приводному валу (10). Стрічка (2) проходить крізь напрямні (3) і надходить у поздовжньо-різальний пристрій, ножі якого (1, 4) ріжуть стрічку у продольному напрямку на смуги постійної ширини. Верхній ніж (4) закріплений на відтискуваній пружині (5) рухомої опори. Далі смуги надходять на тягнучі ролики (6), які рухають їх до нерухомого ножа. Ролик (6) підтискується пружиною (7).[7]
Потрапляючи на нього, смуги розрізаються у поперечному напрямку обертаючими ножами (11) і барабана (9). Подрібнений матеріал виводиться крізь розвантажувальну лійку (12). Розмір гранул за шириною і довжиною становить від 2 до 5 мм. Отримані агломерати надходять до бункера екструдера (9, рис. 1), а далі - у І зону екструдера. Визначені температурні інтервали екструзії. Переміщення матеріалу в екструдері від завантажувальної зони до виходу відбувається по спіральному жолобу черв’яка, відносно нерухомої поверхні циліндра. Рухаючись по каналу черв’яка, матеріал проходить три стани: твердий матеріал, суміш розплаву і твердого матеріалу, розплав. Відповідно до цих станів прийнято такі назви: зона (І зона) живлення, або загрузки; зона (ІІ зона) пластифікації, або плавлення; зона (ІІІ зона) розплаву, або дозування.
Рис. 6 - Схема системи ножів для отримання агломератів із
листового матеріалу
У І зоні за температури 180-200 0С починається плавлення ВТ(10, рис. 1). Рухомою силою процесу транспортування матеріалу єпереважно сила його ваги. Вільному переміщенню матеріалу заважаєопір, і по всій довжині черв’яка матеріал повністю заповнює канал, прицьому розвивається тиск. За рахунок виникнення тиску й ущільненняматеріалу на поверхні контакту черв’яка і циліндра виникає сила тертя.Далі розплав надходить до ІІ зони обігріву екструдера, де температурастановить 200–220 0С. Твердий матеріал рухається вздовж каналу зішвидкістю і потрапляє в обігрівальну секцію циліндра з більшоютемпературою і починає плавитися. На поверхні контакту з циліндром,утворюється плівка розплаву. При проходженні твердої пробки всебільша частка матеріалу переходить у плівку, а далі у розплав. Процесплавлення вважається закінченим, коли ширина пробки наближається донуля.У подальшому матеріал надходить у третю зону обігріву екструдера зтемпературою 220–230 0С. Кінематика руху розплаву у цій зоні доситьскладна. У процесі транспортування матеріалу у зоні дозуваннявідбувається подальший розігрів розплаву. Як від стінок, так і зарахунок дисипативних тепловиділень у масі деформованого матеріалузавершується проплавлення твердих частинок полімеру. Циркуляційнийпотік сприяє змішуванню полімеру. Між циліндром екструдера іголовкою встановлюється решітка із сітками, які фільтрують розплав.Частинки налипають на сітки, згодом плавляться повністю і проходятькрізь них. Тверді включення поступово забивають сітки, чим збільшуютьтиск на виході і продуктивність знижується. Як тільки продуктивністьдосягає мінімуму допустимих величин, проводять заміну сіток. Векструдері встановлений фільтр шиберної конструкції. Шпилькамишибер кріпиться до циліндра екструдера і далі кріпиться головка. Шиберпритискається до кільця тиском розплаву, який діє на сітки по інший біквід шибера, ущільнення досягається притисненням до нього втулки,Відфільтрований розплав надходить до головки і виходить з екструдера увигляді готового продукту.[4]