Линия грануляции пластика для PE / PP / PET / ABS: руководство по конфигурации в зависимости от материала

Распространенная ошибка при выборе линии грануляции пластика — считать PE, PP, PET и ABS вариациями одного и того же материала. Это не так. Каждый из них обладает разной насыпной плотностью, разным поведением при плавлении, разной чувствительностью к влаге и разным профилем загрязнений — и линия, настроенная для одного материала, будет работать неэффективно или вовсе выйдет из строя при работе с другим. В Retech Machine, первый разговор с клиентом почти всегда касается материала, а не оборудования. Как только определен материал, большинство решений по оборудованию становятся очевидными.

В этом руководстве рассматриваются реальные различия при настройке линии грануляции для PE, PP, PET и ABS — от этапа подачи до гранулирования. Цель состоит не в том, чтобы перечислить все возможные конфигурации, а в том, чтобы прояснить, в чем именно различаются эти четыре материала и почему.

Почему одна линия не подходит для всех четырех материалов

Четыре полимера имеют общий технологический процесс — подача, экструзия, дегазация, фильтрация, гранулирование, — но требования на каждом этапе меняются в зависимости от трех свойств материала.

Насыпная плотность сырья. Пленка PE и рафия PP имеют насыпную плотность 30–80 кг/м³. Хлопья PET-бутылок — около 300–400 кг/м³. Дробленка ABS — 400–600 кг/м³. Загрузочный бункер экструдера, который легко принимает дробленку ABS, через несколько минут перестанет подавать пленку PE, если перед ним не установить принудительную подачу или компактор.

Чувствительность к влаге. PET подвергается гидролизу в расплаве — даже небольшое количество влаги разрывает полимерные цепи и снижает характеристическую вязкость, что является ключевым показателем для покупателей. PE, PP и ABS гораздо более устойчивы, хотя дегазация им также полезна.

Поведение расплава и загрязнения. Пленка PE и PP из бытовых отходов содержит чернила, этикетки и жир. PET содержит клей от этикеток и загрязнения ПВХ — несколько ppm ПВХ могут испортить всю партию, придав ей желтый оттенок. ABS часто поступает в смеси с другими пластиками и металлами из отходов переработки электроники. Этапы фильтрации и дегазации должны быть рассчитаны на реальный уровень загрязнения, а не на идеальный.

Эти три свойства определяют почти каждый выбор конфигурации в разделах ниже.

PE — работа с пленкой и дробленкой низкой насыпной плотности

PE — самый распространенный перерабатываемый полимер по объему, и большая его часть поступает в виде пленки: сельскохозяйственной, упаковочной, пакетов, термоусадочной пленки. Главная проблема — насыпная плотность. Куча рыхлой пленки имеет плотность подушки, и стандартный одношнековый экструдер сразу начнет испытывать «голодание» по сырью.

Стандартная конфигурация линии для PE-пленки включает:

Компактор (также называемый агломератором) перед экструдером, который измельчает, нагревает и уплотняет хлопья пленки в полурасплавленные агломераты, поступающие в горловину экструдера. Это самый важный узел на линии для PE-пленки — без него производительность резко падает.

Одношнековый экструдер с большим соотношением L/D (обычно 30:1 или 33:1) для обеспечения полного плавления и эффективной дегазации.

Двойная дегазация (два вентиляционных отверстия), особенно для пленки с печатью и промытой пленки с остаточной влажностью. Первое отверстие удаляет поверхностную влагу, второе — остаточные летучие вещества из чернил и добавок.

Двухканальный фильтр расплава с мелкой сеткой (обычно 80–120 меш для пленки, более крупной для чистой дробленки) для улавливания бумаги, алюминиевых хлопьев и нерасплавленного материала.

Водокольцевое или подводное гранулирование, в зависимости от производительности и требований к качеству гранул. Стренгерное гранулирование подходит для дробленки труб HDPE, но ненадежно для пленки.

Для жесткой дробленки HDPE (трубы, ящики, крышки от бутылок) компактор обычно не требуется, достаточно принудительной подачи. Линии для пленки LDPE и LLDPE, напротив, не могут работать прибыльно без компактора — сырье слишком легкое для гравитационного бункера.

PP — рафия, тканые мешки и более высокая температура плавления

PP разделяет многие характеристики PE — низкая насыпная плотность в виде пленки или рафии, схожая конфигурация экструдера, схожие требования к дегазации, — но отличается в двух важных аспектах.

Во-первых, температура плавления выше: около 160–170°C для PP против 110–135°C для PE. Температуры цилиндра экструдера, головки и охлаждающей воды должны быть настроены соответствующим образом. Линия, настроенная для PE, не обеспечит полного плавления PP, если не скорректировать температуры.

Во-вторых, основные потоки переработки PP — это рафия и тканые мешки: промышленная упаковка, биг-бэги (FIBC), сельскохозяйственные мешки. Они плотнее пленки, но все еще требуют компактора, и они сильно загрязнены грязью, песком и нитками. Этап мойки перед гранулятором для PP-рафии критически важен больше, чем для большинства потоков PE-пленки.

Типичная конфигурация линии для PP:

Компактор — такой же, как для PE-пленки, иногда с чуть более мощным двигателем из-за более высокой энергии, необходимой для плавления.

Одношнековый экструдер, 30:1 или 33:1 L/D, с двумя портами дегазации.

Фильтр расплава, рассчитанный на уровень загрязнения. Для грязной рафии сетки придется менять чаще, чем при работе с PE-пленкой.

Стренгерное или водокольцевое гранулирование, в зависимости от исходного материала. Стренгерное подходит для чистой дробленки PP; водокольцевое предпочтительнее для рафии.

Горячая резка на головке или подводное гранулирование для высокопроизводительных линий, производящих товарные гранулы.

PP также склонен к более быстрому окислению в расплаве, поэтому время пребывания в экструдере должно быть коротким, а дегазация — эффективной. Длительное время пребывания проявляется в виде изменения цвета и снижения механических свойств — проблема, которая не видна на линии, но очень заметна для клиента.

PET — проблема влажности и почему сушка обязательна

PET — самый требовательный материал. Переработанный PET (rPET) в основном поступает из бутылок из-под напитков, и этот материал коммерчески ценен, но PET подвергается гидролизу в расплаве. Даже 50 ppm влаги разорвут эфирные связи в полимерной цепи, снизят характеристическую вязкость (IV) и сделают гранулы непригодными для использования в пищевой упаковке или производстве бутылок. Конфигурация линии должна рассматривать влагу как главного врага.

Правильная линия грануляции PET включает:

Систему кристаллизации и сушки перед экструдером. Промытые хлопья PET аморфны и слипнутся при прямом нагреве. Их необходимо кристаллизовать (обычно при 150–170°C), а затем высушить до уровня влажности ниже 50 ppm, обычно в осушающем бункере с адсорбентом. Только этот этап может занимать 4–6 часов и является обязательным для любой линии PET, которая планирует производить товарные гранулы.

Одношнековый или двухшнековый экструдер, причем двухшнековые становятся стандартом для более качественных линий благодаря лучшему смешиванию и меньшему времени пребывания материала.

Мощная вакуумная дегазация — обычно один порт высокого вакуума, иногда два на крупных линиях.

Тонкая фильтрация — 60–100 меш, часто с непрерывным фильтром расплава, так как загрязнения PET (алюминий, ПВХ, остатки клея) очень интенсивны.

Стренговая или подводная грануляция. Стренговая грануляция чаще встречается на стандартных линиях переработки rPET; подводная используется там, где требуется премиальный внешний вид гранул (пищевой rPET, rPET для производства бутылок). Водокольцевая грануляция для ПЭТ обычно не применяется.

Температура процесса высокая — 260–285°C — и весь тракт прохождения материала должен быть устойчив к коррозии, если присутствуют остатки щелочи после мойки. Линия для ПЭТ, сконфигурированная как линия для ПЭ, будет производить обесцвеченные гранулы с низким показателем ПТР, которые не примет ни один серьезный покупатель. Система сушки на линии для ПЭТ — это не вспомогательное оборудование, это основа линии.

АБС — жесткий дробленый материал, цветовая сортировка и стренговая грануляция

АБС — исключение в этой группе. Он поступает в виде жесткого дробленого материала — из корпусов электроники, бытовой техники, автомобильных деталей, труб — а не в виде пленки или волокна. Это полностью меняет конфигурацию подготовительного этапа.

Поскольку дробленый АБС имеет высокую насыпную плотность (400–600 кг/м³), он подается непосредственно в стандартный бункер экструдера. Не требуется ни компактор, ни принудительная подача. Основные задачи здесь другие:

Цветовая сортировка и загрязнения. АБС из отходов электроники (WEEE) обычно представляет собой смесь черных, белых и цветных фрагментов, часто с остатками металлов, ПВХ и других пластиков. Оптическая сортировка перед экструдером необходима, если гранулы будут поставляться покупателю с требованиями по цвету.

Влага. АБС гигроскопичен, его следует сушить перед экструзией (обычно при 80–90°C в течение 3–4 часов), чтобы предотвратить поверхностные дефекты гранул. Это не так критично, как для ПЭТ, но если пропустить этот этап, появятся серебристые полосы и пузырьки, которые сразу проявятся на литьевых деталях заказчика.

Грануляция. Стренговая грануляция является стандартом для АБС. АБС образует стабильные стренги, гранулы получаются чистыми и цилиндрическими, а простота обслуживания стренговой линии хорошо подходит для производителей компаундов и переработчиков АБС. Водокольцевая и подводная грануляция для АБС используются редко.

Типовая конфигурация линии для АБС:

Шредер и гранулятор на входе для доведения деталей до однородного размера дробленки.

Оптические цветосортировщики — часто двухступенчатые: сначала отделение черного/белого, затем сортировка по цветам.

Сушильный бункер при 80–90°C.

Одношнековый экструдер, L/D от 28:1 до 30:1, с одним портом дегазации.

Смена фильтров с сеткой 60–80 меш для удаления нерасплавленных загрязнений.

Линия стренговой грануляции с водяной ванной и гранулятором.

Линии для АБС обычно самые простые в настройке из четырех, но именно сортировка на входе определяет, будут ли гранулы чего-то стоить. Идеально экструдированная партия АБС смешанных цветов стоит лишь малую часть от той же партии, отсортированной по цветам.

Общие компоненты и основные различия

Для всех четырех материалов основные блоки оборудования одинаковы: экструдер, дегазация, фильтрация, гранулятор. Меняются типоразмеры и наличие узлов предварительной подготовки.

Этап	ПЭ-пленка	ПП-рафия	ПЭТ-флекс	АБС-дробленка
Компактор	Требуется	Требуется	Не используется	Не используется
Принудительная подача	Опционально	Опционально	Опционально	Стандартный бункер
Система сушки	Обычно нет	Обычно нет	Кристаллизатор + адсорбционный осушитель (обязательно)	Сушильный бункер (рекомендуется)
Порты дегазации	2	2	1 высокого вакуума	1
Размер сетки	80–120	80–120	60–100	60–80
Грануляция	Водокольцевое или подводное	Стренговая или водокольцевая	Стренговая или подводная	Стренг

Закономерность ясна: линии для ПЭ и ПП конфигурируются с учетом насыпной плотности и загрязнений. Линии для ПЭТ — с учетом влажности. Линии для АБС — с учетом сортировки. Любая спецификация линии, которая не начинается с материала, а рассматривает список оборудования как отправную точку, упустит что-то важное.

Если вы планируете линию грануляции для любого из этих четырех материалов и хотите получить конфигурацию, соответствующую вашему конкретному сырью и производительности, мы готовы это обсудить. Оборудование важно, но именно материал определяет, какое именно оборудование вам нужно.