ТЕМА НОМЕРА/НАПОЛНИТЕЛИ И ДОБАВКИ П Л А С Т И К С № 1 1 ( 1 1 7 ) 2 0 1 2

w w w . p l a s t i c s . r u38

Сушка полимерных материалов осущест-

вляется как на стадии их получения — грану-

лирования или компаундирования, — так и

при переработке в готовое изделие.

В зависимости от способности накапли-

вать влагу все полимерные материалы можно

разделить на две группы:

— негигроскопичные, содержащие толь-

ко поверхностную влагу: ПЭ, ПП, ПС;

— гигроскопичные, содержащие кроме

поверхностной влаги еще и внутреннюю:

ПА, ПЭТ, ПК, АБС, САН, ПЭК, ПММА.

При производстве полимеров или компа-

ундов на основе материалов, относящихся к

первой группе, влажность удаляется полно-

стью. Как правило, необходимость сушить

данные полимеры в процессе переработки

возникает лишь при нарушении условий хра-

нения: попадании прямой влаги в упаковку,

возникновении конденсата при транспорти-

ровке из холодного помещения в теплое.

Внутренняя влага гигроскопичных по-

лимеров на стадии производства удаляется

только частично или остается в материале

полностью, что приводит к неизбежности

проведения глубокой сушки гранулята не-

посредственно перед переработкой.

Большинство методов сушки полимеров

перед процессом переработки основано на

испарении влаги за счет подвода теплоты к

высушиваемому материалу. Технологическое

и аппаратное оснащение сушильных систем

зависит от способа нагревания полимера:

инфракрасным излучением, горячим воз-

духом или токами высокой частоты. Также

в настоящее время широкое распростра-

нение получили системы адсорбционно-

контактной сушки, в основе которой лежит

удаление влаги из материала за счет контакта

полимера с осушенным воздухом.

В процессе же производства полимера,

как правило, используются физические

Все полимеры способны накапливать влагу, что оказывает

негативное влияние на поведение

материала в процессе переработки, а также

отрицательно сказывается на свойствах

готовых изделий: присутствие даже

незначительного количества влаги

в расплаве может привести к серьезным

дефектам конечной продукции. О том, какие технологии

применяются для удаления

поверхностной и внутренней

влаги в процессе гранулирования,

компаундирования полимерных материалов

и их переработки, рассказывает

наш эксперт

1 — подача гранулята с технологической водой; 2 — отделение технологической воды от гранулята; 3 — отделенная от гранулята вода; 4 — ротор с наклонно расположенными лопатками; 5 — поток воздуха; 6 — сухой гранулят

Рисунок 1. Схема работы центробежной сушилки Рисунок 2. Схема работы ударной сушилки

1

2

3

4 5

6

1 — воздушный поток; 2 — подача гранулята с технологической водой; 3 — отделение технологической воды от гранулята; 4 — вентилятор;5 — сухой гранулят

1

2

3

4

5

Иван ПИЩУЛИН, технолог

ООО «Нормат»

Сушка — дело тонкое

ТЕМА НОМЕРА/НАПОЛНИТЕЛИ И ДОБАВКИП Л А С Т И К С № 1 1 ( 1 1 7 ) 2 0 1 2

w w w . p l a s t i c s . r u 39

способы удаления влаги (центрифугирова-

ние, обдув сжатым воздухом), а досушивание

обезвоженного гранулята осуществляется за

счет внутреннего тепла [10].

Рассмотрим основные системы сушки,

применяемые в процессе производства и

переработки различных полимеров.

Сушка при производстве полимеров Процесс производства полимерных мате-

риалов и пластиков на их основе (процесс гра-

нуляции или компаундирования) во многих

случаях связан с контактом материала с водой,

что приводит к необходимости его сушки.

В зависимости от технологии произ-

водства полимера и его свойств применяют

различные конструкции сушильного обо-

рудования.

При выпуске гранулята, охлаждение

которого осуществляется потоком воды,

широко применяются центробежные

сушилки. Разделение гранулированно-

го материала и воды происходит за счет

центробежных сил: быстровращающий-

ся ротор своими наклонно расположен-

ными лопатками поднимает гранулят

наверх к выгрузочному отверстию.

Для увеличения эффективности про-

цесса сушки противоположно движе-

нию гранул направляют поток воздуха.

К примеру, в центробежных су-

шилках компании Automatik Plastics

Machineri серии Centro (рис. 1) центро-

бежное ускорение, противоположный

движению гранулята поток воздуха и

внутреннее тепло гранулята в зависи-

мости от вида полимера и его гигроско-

пических свойств снижают остаточную

влажность до минимума [1].

Для бережной сушки материала в

процессе гранулирования компания

Automatik Plastics Machineri разрабо-

тала сушилку ударного действия Aero

(рис. 2). В этом устройстве полимер в

гранулах бережно отделяется от охлаж-

дающей воды, транспортируется и вы-

сушивается без помощи механических

подвижных частей. Отделенная от гра-

нулята вода возвращается в циркуляци-

онный замкнутый контур, а внутрен-

нее тепло гранул испаряет остаточную

влажность. Таким образом, происходит

очень бережная сушка материала [1].

Для эффективной и бережной сушки

абразивных и чувствительных компаун-

дов — к примеру, материалов со стекло-

волокном или с большим содержанием

мела — используются ленточные су-

шилки (рис. 3). Гранулят равномерно

распределяется на перфорированном лен-

точном транспортере, окружающий воздух

с высокой скоростью всасывается через лен-

точный транспортер и удаляет с поверхности

гранул оставшуюся воду. Внутреннее тепло

гранул способствует испарению остаточной

влаги с их поверхности. При эксплуатации

ленточной сушилки практически не проис-

ходит износа рабочих элементов за счет от-

сутствия относительного движения между

гранулятом и частями сушилки, а бережная

сушка материала приводит к достижению

высокого качества полимера и уменьшению

количества пыли [1].

Выбор той или иной технологии сушки в

процессе производства полимерного мате-

риала обусловлен многими факторами: свой-

На

прав

ах р

екла

мы

ТЕМА НОМЕРА/НАПОЛНИТЕЛИ И ДОБАВКИ П Л А С Т И К С № 1 1 ( 1 1 7 ) 2 0 1 2

w w w . p l a s t i c s . r u40

ствами получаемого материала,

необходимым качеством сушки,

энергопотреблением, габарита-

ми, максимальной производи-

тельностью оборудования.

Сушка в процессе переработки

Подготовка полимеров к

переработке влияет на качество

получаемых изделий. Повы-

шенное содержание влаги в ма-

териале в процессе переработки

может приводить к следующим

последствиям:

— гидролитической деструк-

ции полимера, ведущей к изменению цвета;

помутнению прозрачных полимеров, умень-

шению вязкости, снижению механических

свойств изделий. Наиболее склонны к ги-

дролитической деструкции гигроскопичные

полимерные материалы;

— образованию дефектов на поверхности

изделия;

— ухудшению физико-механических

свойств: с повышением влажности снижают-

ся ударная вязкость, относительное удлине-

ние при разрыве, разрушающее напряжение

при растяжении и другие показатели;

— уменьшению вязкости расплава (осо-

бенно это характерно для полиамидов);

— вспениванию расплава, что затрудняет

переработку и ухудшает качество изделий.

Для каждого полимера имеется допусти-

мый (рекомендуемый) интервал влажности

перед переработкой, в котором полимер тер-

мостабилен, что определяет качество сушки

используемых материалов. Выход показателя

влажности полимера за допустимый диапа-

зон приводит к возникновению различного

рода брака [3].

Сушильное оборудование, используемое

для подготовки сырья, можно как устанав-

ливать рядом с машиной или на ней, так и

встраивать в централизован-

ные системы подачи и транс-

портировки полимера. Также

существуют мобильные су-

шилки, которые позволяют

передвигать их от одной еди-

ницы оборудования к другой

(рис. 4).

При выборе оборудования

необходимо принимать во вни-

мание множество факторов,

включая тип обслуживаемой

системы и обрабатываемый

материал, производительность,

необходимое время сушки [5].

Полимеры, характеризующиеся низ-

кой гигроскопичностью, зачастую вообще

не сушат. Если же все-таки в материале

содержится влага, то его короткое время

подсушивают и подогревают для увеличе-

ния производительности непосредственно

перед процессом переработки. Как прави-

ло, для этого используются сушилки горя-

чим воздухом бункерного типа, действие

которых основано на разогревании воздуха

с последующим его нагнетанием в бункеры

различной формы и размеров для подогре-

ва пластмассового гранулята; выделенная

влага удаляется с горячим воздухом. Такие

сушилки состоят из блока с нагревательным

элементом, воздуходува и бункера осушки;

также они оснащаются защитой от перегрева

материала. Устройства данного типа эффек-

тивны для удаления поверхностной влаги,

содержащейся в материале. Бункерные

сушилки имеют сравнительно небольшую

стоимость, долговечны и легки в эксплуата-

ции, однако они не позволяют эффективно

высушивать полимерные материалы, содер-

жащие внутреннюю влагу.

К еще одному типу устройств, использую-

щих для осушения полимерного материала

нагретый воздух, относятся сушильные шка-

фы. Они предназначены для высушивания

полимерных гранулированных материалов на

лотках с заданной температурой. Температура

в сушильном шкафу поддерживается термо-

контроллером, лотки выполнены из нержа-

веющей стали и двигаются по металлическим

полозьям. Подогретый до заданной темпера-

туры воздух равномерно поступает к лоткам

с материалом. Сушильные шкафы имеют

невысокую стоимость, просты и надежны в

эксплуатации, позволяют одновременно су-

шить различные по цвету и типу полимерные

материалы. Вместе с тем в процессе сушки

возникает необходимость периодического

перемешивания материала, находящегося

на лотках, а время сушки может доходить до

36 часов, что существенно снижает произво-

дительность устройств данного типа и огра-

ничивает их применение [10].

Для более эффективного и глубокого

удаления влаги из гранулята ранее широ-

ко использовались вакуумные сушильные

системы. Принцип их работы заключается

в следующем: вода при обычном давлении

испаряется при 100°С, но если понизить дав-

ление до 400 мбар, то ее испарение происхо-

дит при температуре около 45°С. Благодаря

использованию этого принципа вакуумные

устройства позволяли сушить полимерные

материалы, обладающие низкой термоста-

бильностью, не подвергая их термической

Рисунок 3. Схема работы ленточной сушилки

1 — подача гранулята с технологической водой; 2 — отделение технологической воды от гранулята; 3 — поток воздуха; 4 — перфорированный ленточный транспортер;5 — сухой гранулят

Рисунок 4. Компактные мобильные сушилки Motan

серии Luxor

1

2

3

4

5

ТЕМА НОМЕРА/НАПОЛНИТЕЛИ И ДОБАВКИП Л А С Т И К С № 1 1 ( 1 1 7 ) 2 0 1 2

w w w . p l a s t i c s . r u 41

деструкции. Долгое время вакуумные су-

шилки оставались единственным техноло-

гическим решением эффективного удаления

влаги из полимера.

С развитием полимерной отрасли и по-

явлением новых материалов требования к

содержанию остаточной влажности посто-

янно росли. На смену устройствам предва-

рительного нагрева и вакуумным системам,

несмотря на существенно более высокую

стоимость, пришли влагопоглотительные

сушилки.

Адсорбционные системы осушения состо-

ят из генератора сухого воздуха и бункеров

осушки. Главное отличие данных сушилок за-

ключается в том, что сухой воздух, проходя

через полимерный материал, забирает из него

влагу и уносит в адсорбционный бункер, где

она поглощается адсорбентом. Осушенный

таким образом воздух вновь подается в ем-

кость с материалом, и так до насыщения ад-

сорбента. Таким образом, воздух циркулирует

в замкнутой системе, и влажность окружаю-

щего пространства не имеет значения.

Когда адсорбент насыщается влагой,

система переходит в режим регенерации,

которая осуществляется путем нагрева ад-

сорбента. В момент регенерации сушка по-

лимерного материала не производится. Для

реализации непрерывного процесса осу-

шения материала применяются системы с

несколькими адсорбционными емкостями.

При насыщении адсорбента влагой процесс

сушки переключается на второй бункер с су-

хим адсорбентом, в это время в первом бун-

кере происходит регенерация осушителя.

Непрерывная схема работы адсорбционной

сушки представлена на рисунке 5 [3].

Нужно также от-

метить, что эффек-

тивность удаления

влаги зависит от

точки росы — темпе-

ратуры, при которой

содержащаяся в па-

рообразном состоя-

нии влага начинает

конденсироваться.

При несоответству-

ющей точке росы ве-

лика вероятность со-

хранения влаги. Чем

ниже точка росы,

тем ниже влажность

осушающего возду-

ха и, следовательно,

быстрее и эффективнее проходит процесс

сушки. Современные влагопоглотительные

системы осушения, к примеру, производства

фирмы Moretto серии Dry Air, могут обеспе-

чивать значение точки росы до -75°С [5].

В настоящее время так же широко приме-

няются роторные сушилки полимеров с вра-

щающейся емкостью с влагопоглотителем.

Преимуществом данной конструкции явля-

ется поддержание постоянной температуры

точки росы. Однако долгое время данные

системы имели высокое энергопотребление

и дорогие расходные части. Несколько лет

назад компании Wittmann удалось сконстру-

ировать роторный осушитель сырья Drymax

ER60 Roto, который объединяет преимуще-

ства сушилок с двумя емкостями с влагопо-

глотителем и низкое электропотребление.

Ротор сушилки условно можно разде-

лить на три секции. В первой секции про-

Найдена альтернатива кремам для загара!

Рисунок 5. Схема работы адсорбционной сушилки

1 — полимерный гранулят; 2 — микрофильтр; 3 — адсорбционные емкости; 4 — обогрев; 5 — разделительная стрелка; 6 — воздуходув; 7 — регенерационный обогрев; 8 — отвод воздуха; 9 — блокировка; 10 — сенсор/датчик

12

4

6

7

8

9

10

3 3

6

2

5

Сухой воздух

Влажныйвоздух

5

На

прав

ах р

екла

мы

ТЕМА НОМЕРА/НАПОЛНИТЕЛИ И ДОБАВКИ П Л А С Т И К С № 1 1 ( 1 1 7 ) 2 0 1 2

w w w . p l a s t i c s . r u42

исходит регенерация влагопоглотителя пу-

тем нагрева, во второй — его охлаждение, а

третий сегмент находится в режиме осушки

воздуха, подающегося в сушильный бункер.

Роторная сушилка обеспечивает точную и

постоянную температуру точки росы и явля-

ется полноценной заменой двух секционных

сушилок [2].

Для повышения эффективности процес-

са сушки влагопоглотительные системы, как

правило, оснащаются устройствами нагре-

ва сухого воздуха. Сушилки горячим сухим

воздухом позволяют достичь самого низкого

уровня влаги в подсушиваемом материале,

однако необходимо избегать излишней суш-

ки, так как слишком высокие температуры

могут привести к термической или окисли-

тельной деструкции.

На крупных заводах по переработке

пластмасс применяют централизованные

системы сушки сырья, которые состоят из

нескольких основных подсистем, имеющих

модульную конструкцию. В основе системы

находится генератор сухого воздуха, второй

основной элемент — это модульная кон-

струкция, состоящая из нескольких сушиль-

ных бункеров, задачей которых является на-

грев осушенного воздуха, осушка сырья и его

хранение. К одному генератору осушенного

воздуха может быть подключено несколько

сушильных бункеров. Назначение централи-

зованных систем сушки пластмасс — сушка,

хранение и подача нескольких видов матери-

ала на несколько единиц оборудования [2].

Основные параметры сушильных си-

стем — температура и продолжительность

сушки материала — зависят от типа и свойств

самого полимера. Прежде всего под постоян-

ным контролем должна находиться темпера-

тура, превышение которой в процессе сушки

может привести к термической деструкции

материала и ухудшению его свойств.

Продолжительность сушки определяет-

ся производителем материала, поскольку

именно он знает, как лучше избежать явле-

ний деградации.

Некоторые производители сушилок обе-

щают высокие скорости сушки и, следова-

тельно, большее энергосбережение, забывая

о том, что обезвоживание подразумевает

удаление воды из молекулярной цепочки

полимера, а не только с его поверхности.

Поверхностная влага может быть удалена из

гранул в сравнительно краткие сроки, однако

устранение глубинной влаги требует допол-

нительного времени. В таблице 1 приведены

основные параметры сушки полимеров.

В настоящее время все производители

сушильных систем ведут разработки обо-

рудования в направлении повышения эф-

фективности процесса сушки: снижения

энергетических затрат, повышения уровня

автоматизации и гибкости системы и каче-

ства сушки.

Drying is a tricky thingIvan PischulinAll polymers are able to accumulate

moisture having negative impact on ma-terial behavior within processing stage and also results in lower properties of end product: even small volume of moisture in the melt can lead to significant defects like color variations, hazing and deterioration of physical and mechanical characteristics. Expert from OOO Normat speaks of tech-nologies for elimination of surface and in-ner moisture in pelletizing, compounding and general processing stages.

Литература1. http://maag.com/ru

2. http://www.battenfeld.ru

3. http://www.koch-technik.com

4. http://www.moretto.com

5. http://www.motan-colortronic.com

6. http://www.newchemistry.ru

7. http://www.piovan.com

8. http://www.polymery.ru

9. http://www.shini.com

10. Техника переработки пластмасс/

Под ред. Н.И. Басова и В. Броя. —

М.: «Химия», 1985. — 528 с.

11. Шварц О., Эбелинг Ф., Фурт Б.

Переработка пластмасс/Под ред.

А.Д. Паниматченко. — СПб.: «Профес-

сия», 2005. — 320 с.

Полимеры Температура, °С Время, час

Полистирол и его сополимеры 60-80 1-3

Стирол-акрилонитриловый сополимер 70-90 2-4

Сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола

70-80 2-4

Сополимер акрилового эфира, стирола и акрилонитрила

80-85 2-4

Полипропилен 80-90 1-2

Полиэтилен высокого давления 70-80 0,5-1

Полиэтилен низкого давления 80-90 0,5-1

Полиметилметакрилат 85-95 2-3

Полиоксиметилен 80-120 2-4

Поликарбонат 100-120 2-4

Полисульфон 120-150 3-4

Полиамид-6 65-90 4-6

Полиамид-66 90-100 4-6

Полиамид-610 80-90 4-6

Полибутилентерефталат 115-125 3-4

Полиэтилентерефталат 115-125 4-6

Поливинилхлорид 70-80 2-4

Полиэфиркетон 140-160 3-4

Полисульфон 120-140 3-4

Термоэластопласты 110-130 3-4

Термопластичные полиуретаны 100-110 1-2

Таблица 1. Параметры сушки полимеров

42 w w w . p l a s t i c s . r u