Как предотвратить сегрегацию добавок в сухом смешивании ПВХ

Сухое смешивание ПВХ — это точка, где около 100 частей суспензионной смолы встречаются с горсткой добавок, измеряемых однозначными числами частей на сто — термостабилизатором, внутренней и внешней смазкой, технологической добавкой, наполнителем и пигментом. Ничего не плавится; задача — равномерно покрыть каждую частицу смолы ещё до того, как смесь попадёт в экструдер. Сложность в том, что смесь, выходящая из смесителя идеально однородной, может снова расслоиться задолго до подачи — в линии транспортировки, бункере хранения или питателе. Это руководство объясняет, почему сухие смеси ПВХ сегрегируют, где это происходит и как смеситель, порядок ввода и обращение после смесителя определяют, дойдёт ли оплаченная вами однородность до фильеры. Для более широкого обзора см. наши страницы оборудование для смешивания пластмасс и ПВХ и смешивание сухих строительных материалов.

Сегрегация — это не то же самое, что плохое смешивание

Три разных отказа сваливают на одно слово, и каждый требует своего решения. Дисперсия — это разрушение агломератов; распределение — это равномерное разнесение частиц; сегрегация (расслоение) — это то, что происходит, когда уже однородная смесь снова разделяется. Смеситель может выдать хорошую смесь, а производство всё равно получит некондицию, потому что большая часть сегрегации происходит после смесителя, а не внутри него.

Всё дальнейшее в этом руководстве — про эту третью строку: про отказ, который мешает идеально хорошей смеси вести себя как единое целое.

Почему сухая смесь ПВХ сегрегирует так легко

Сухая смесь ПВХ словно специально создана для сегрегации. Её компоненты различаются и по размеру, и по плотности, а смола достаточно сыпуча, чтобы мелкие добавки могли сквозь неё перемещаться.

Приведённые значения — типичные, для иллюстрации; уточняйте свойства своих марок. Важны два практических правила. Сегрегация становится проблемой, как только соотношение размеров частиц между компонентами превышает примерно 1,3, и усиливается с ростом этого соотношения; затем добавляется второй, независимый фактор — контраст плотностей. Поскольку фракции карбоната кальция и диоксида титана одновременно мельче и тяжелее смолы, они по-разному реагируют на вибрацию, воздух и удар, — и чем больше различия, тем труднее удержать однородную смесь и тем выше коэффициент вариации (CV), который способен дать конкретный смеситель.

Поскольку смола сыпуча, просеивание идёт легко: при вибрации или многократной транспортировке с пусками и остановками мелкая фракция пробивается вниз через пустоты между более крупными частицами смолы.

Пять механизмов, которые разрывают смесь ПВХ

Сегрегация редко бывает единственным механизмом. На линии ПВХ эти пять обычно действуют вместе, и каждый оставляет свой след в производстве.

Одно контринтуитивное следствие: избыточное смешивание может ухудшить картину. В барабанном или диффузионном смесителе, как только смесь стала однородной, лишнее вращение просто даёт механизмам сегрегации больше времени. Смешивайте до измеренной конечной точки, а не по секундомеру.

Профилактика начинается с порядка ввода

Порядок и температура — не бытовая мелочь; они решают, окажется каждая добавка покрытием на смоле или свободной в смеси. Поскольку ПВХ начинает разрушаться примерно от 140 °C, стабилизатор должен войти достаточно рано, чтобы защищать полимер на протяжении всей стадии нагрева.

Логика не произвольна: жидкие или низкоплавкие добавки вводят до того, как смесь «запечатается», мелкие твёрдые — пока поры ещё открыты, а внешнюю смазку — последней, чтобы она осталась снаружи, где ей и место. Стабилизатор one-pack меняет точный момент, но не сам принцип.

Типичные стартовые нагрузки, в частях на сто частей смолы (phr), выглядят так. Считайте их отправной точкой и подтверждайте по собственной рецептуре и соответствующему стандарту.

Обратите внимание на строку наполнителя. В напорных трубах наполнитель намеренно ограничивают, чтобы сохранить прочность и ударную стойкость; более высокое содержание наполнителя уместно в безнапорных и структурных изделиях, где цель — жёсткость. Добавление наполнителя без соответствующего модификатора ударной прочности — одна из самых частых причин хрупкого продукта.

Правила работы, которые удерживают смесь вместе

Когда рецептура и последовательность верны, однородность выгрузки определяет то, как эксплуатируется смеситель.

Выбор смесителя для сухой смеси ПВХ

Тип смесителя определяет, можно ли вообще удержать однородность. Конвективные, принудительные смесители, поддерживающие движение всего слоя, противостоят просеиванию; барабанные или диффузионные мягче, но более склонны снова расслаивать смесь с широким разбросом размеров, поэтому они подходят для порошков, компоненты которых уже близки по размеру и плотности.

Для большинства задач сухой смеси ПВХ ответ — конвективный партионный смеситель с нижней выгрузкой и полным опорожнением, подобранный так, чтобы рабочее заполнение комфортно помещалось в сосуде. Там, где линия работает непрерывно, непрерывный двухвальный лопастной смеситель держит состав стабильным без партионного цикла. Полный ассортимент — на нашей странице оборудование для смешивания ПВХ и пластмасс.

Технические параметры

Представительные модели ленточного смесителя DLH. Рабочий объём указан для порошка с насыпной плотностью 1; окончательный выбор должен рассчитываться по вашим собственным данным о материале и процессе.

Представительные модели двухвального лопастного смесителя DJH.

После смесителя: хранение, транспортировка и подача

Большую часть сегрегации создаёт обращение, а не смешивание. Вот рычаги, которые важнее всего после выгрузки.

Что делать

• Охладить смесь ниже 40–45 °C до отправки на хранение: охлаждённая сухая смесь хранится более 24 часов, а горячая продолжает реагировать и может агломерировать.
• Хранить и выгружать из бункера массового потока, а не из бункера воронкообразного потока, чтобы двигалось всё сечение и не оставалось застойной зоны, выдающей некондицию.
• Загружать через загрузочную трубу или отбойник и держать насыпь низкой; избегать многократного обрушения насыпи, которое скатывает мелкую фракцию к краю.
• Свести число пересыпаний и высоту падения к минимуму и держать смесь герметичной и сухой: рост влажности наполнителя примерно на 0,5 % уже даёт заметные пузыри.

Чего избегать

• Свободного падения смеси в высокий бункер или опрокидывания контейнера так, что насыпь скользит.
• Транспортировки с пусками и остановками и лишней вибрации, которые многократно разрыхляют слой и дают мелкой фракции просеиваться.
• Пневмотранспорта на высокой скорости, который может воздушной классификацией унести мелкую фракцию в пылеуловитель и незаметно изменить состав.

Подтверждение однородности: отбор проб и CV

Однородность — это измеряемое число, а не ощущение. Коэффициент вариации (CV) самой склонной к сегрегации добавки — обычно наполнителя или пигмента — и есть показатель, за которым нужно следить.

Место отбора пробы важнее числа проб. Единичная объединённая проба может скрыть градиент сверху вниз — а именно такой след оставляет просеивание; именно раздельный отбор сверху, из середины и снизу его выявляет.

Часто задаваемые вопросы

• Сегрегация — это то же, что плохое смешивание? Нет. Плохое смешивание не создаёт однородности; сегрегация разрушает уже существующую однородность, обычно после смесителя. Прежде чем менять рецептуру, определите, что именно у вас.
• Можно ли исправить сегрегацию более длительным смешиванием? Обычно нет, а в барабанном смесителе лишнее время может ухудшить её, как только смесь стала однородной. Смешивайте до измеренной конечной точки, а затем защищайте смесь при обращении.
• Какой тип смесителя лучше для сухой смеси ПВХ? Конвективный принудительный смеситель с нижней выгрузкой — ленточного, лопастного или плужного типа, — а не чисто барабанный, потому что широкий разброс размеров и плотностей легко расслаивается в диффузионных смесителях.
• Сколько наполнителя можно использовать? Зависит от продукта. Напорные трубы ограничивают наполнитель, чтобы сохранить прочность и ударную стойкость по стандартам вроде ASTM D1784; безнапорные и структурные изделия выдерживают больше, потому что там важна жёсткость.
• Почему на моей трубе или профиле появляются чёрные точки или подгоревшие частицы? Часто это проблема баланса смазок или стабилизатора, а не сегрегации: слишком мало внешней смазки даёт локальное подгорание на высокой производительности, а слишком много — налёт на фильере. Проверьте систему смазок прежде, чем винить смесь.
• Нужны ли и горячий, и холодный смеситель? Высокоскоростной нагреватель с последующим охлаждающим смесителем — это классическая двухступенчатая линия, и стадия охлаждения не опциональна, потому что горячая сухая смесь продолжает реагировать и сегрегировать. Там, где готовая смесь доводится в одном конвективном партионном смесителе, охлаждённая система обращения массового потока всё равно должна её защищать.

Остановить сегрегацию дешевле, чем отсеивать её. Возьмите под контроль разброс размеров и плотностей, вводите компоненты в правильном порядке при правильных температурах, работайте на конвективном смесителе до измеренной конечной точки и обращайтесь со смесью бережно после выгрузки — и однородность, которую вы создаёте в смесителе, будет той однородностью, которую получит экструдер. Пришлите вашу рецептуру, размер партии и производительность, и наши инженеры порекомендуют смеситель и схему обращения. Для полного ассортимента начните со страницы оборудование для смешивания ПВХ и пластмасс.