Inovovaný seminář studijního programu „Strojní inženýrství“
Navlhavost a sušení plastů Zpracoval: Ing. Luboš Běhálek Pracoviště: Katedra strojírenské technologie
Tento materiál vznikl jako součást projektu In-TECH, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR prostřednictvím Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy.
Projekt In-TECH „In-TECH“, označuje společný projekt Technické univerzity v Liberci a jejího partnera, společnost ŠKODA Auto a.s. Projekt, který je financován prostřednictvím MŠMT z Evropského sociálního fondu (ESF) a ze státního rozpočtu ČR, je zaměřen na inovaci vzdělávání studentů magisterského studijního programu „Strojní inženýrství“ na Fakultě strojní TU v Liberci. Cílem projektu je podpořit další rozvoj kvalifikace absolventů v souladu s aktuálními potřebami českého strojírenství. Obsahem tohoto inovačního projektu bude jak inovace již vyučovaných odborných předmětů, tak i vytvoření předmětů nových. Cílovou skupinou projektu jsou studenti FS TUL studující obory se zaměřením na strojírenskou technologii, materiály, výrobní systémy a inovační inženýrství.
Anotace semináře
Vysokoškolský seminář „Navlhavost a sušení plastů“ se zabývá chemickými i fyzikálními příčinami navlhavosti plastů, včetně jejího vlivu na výslednou kvalitu plastových dílů a procesní podmínky jejich zpracování. Uvedeny jsou rovněž základní metody stanovení vlhkosti u plastů i způsoby sušení plastů, ve vztahu k aplikaci v průmyslové praxi. Součástí semináře je také praktické měření vlhkosti u vybraných materiálů.
V čem spočívá inovace tohoto semináře ? Inovace semináře spočívá: v inovaci metod stanovení vlhkosti plastů ve vztahu k aplikovatelnosti v průmyslové praxi. v inovaci nových způsobů sušení plastů ve výrobě . ve zpětné vazbě získaných poznatků a výstupů z aplikace uvedených metod, které jsou předávány studentům.
Navlhavost a sušení plastů NAVLHAVOST – ÚVOD: důsledky Vlhkost se může shromažďovat na povrchu jakéhokoliv plastu, některé však mají schopnost vodu v podobě páry z ovzduší absorbovat (navlhavé plasty).
Důsledky nepřípustně vysoké vlhkosti v tavenině: povrchové vady (vlhkostní šmouhy) na výrobku V případě, že je vlhkost vázána v materiálu, vytváří se v tavenině vodní páry a bubliny jsou transportovány přes rychlostní profil na čele toku k povrchu taveniny. Při jejich snaze vyrovnat tlak praskají a jsou postupujícím čelem toku ochlazeny na stěnách nástroje-
„Doplnit …
Vlhkostní šmouhy se objevují na povrchu výrobku jako otevřený profil ve tvaru U proti směru toku taveniny. V oblasti vlhkostních šmouh vykazuje výrobek hrubý, porézní povrch.
zhoršení vlastností výstřiků (hydrolytické odbourávání) zhoršení fyzikálních vlastností (hustoty) změna mechanických vlastností snížení pevnosti, tuhosti, zvýšení houževnatosti
zvýšení reologických vlastností (MFI, viskozity) zhoršení dielektrických vlastností zhoršení tepelných vlastností
zhoršení pevnosti svaru apod. ISO 527 - PA 66 v sušeném stavu
ISO 527 - PA 66 navlhlý
Navlhavost a sušení plastů NAVLHAVOST - ÚVOD : příčiny Příčiny navlhavosti:
chemické složení plastu Nejvíce absorbují vodu polární plasty s hydrofilními skupinami v makromolekule (-OH, -COOH, -NH, -O- ) podmiňující sorpci vody. Kenafová vlákna - př. aplikace: k výrobě kenafových rohoží + PP fólie výplň dveří aut Stupeň navlhnutí pro různé polymery za shodných podmínek
aditiva plastů organická plniva na bázi celulózy (např. bavlna, dřevěná moučka, kokos, juta, kenaf) – zvyšují navlhavost anorganická plniva (např. mletý křemen, skleněná vlákna) – snižují navlhavost
vlhkost na povrchu nástroje Příčinou je zkondenzovaná voda na stěnách nástroje, netěsnost temperačního systému.
polymerace v nosné fázi (suspenzní, emulzní polymerace) způsob výroby granulátu (styk granulátu s vodou při granulaci) netěsnost obalů nevhodné skladování plastu ad.
Granulační linka „za studena“
Navlhavost a sušení plastů NAVLHAVOST - ÚVOD DO PROBLEMATIKY Charakter vlhkosti:
povrchová vlhkost Voda je vázána přilnavostí k povrchu materiálu - např. při dlouhodobém vystavení plastů atmosférickému vzduchu. Velmi malé množství povrchové vlhkosti však nemusí mít negativní vliv na technologický proces. Jak velké množství vlhkosti bude příčinou vadného dílu, závisí na způsobu zpracování polymeru a vlastních technologických podmínkách (zejména teplotě taveniny). Obecně platí, že čím vyšší je teplota taveniny, tím nižší je přípustný obsah vlhkosti plastu.
kapilární vlhkost Voda je vázána kapilárními silami v celém objemu (v mikrokapilárách). V tomto případě je odpařování ztíženo, protože voda v kapilárách je jakoby pod vyšším tlakem a pro sušení se musí použít vyšší teploty, než je bod varu při patm.
Charakteristika plastů dle navlhavosti: nenavlhavé plasty Materiály, které nemají schopnost přijímat vlhkost, ani ji absorbovat. Obecně jsou tyto polymery schopné pojmout vlhkost hlavně při nesprávné manipulaci. Jestliže je například polymer vyňatý z chladného, nevyhřátého prostoru skladu a přemístěn do teplého prostoru výroby, může dojít ke kondenzaci vlhkosti z teplého vzduchu na relativně chladný povrch polymeru. Nenavlhavé polymery jsou ale často směsí i navlhavých přísad.
navlhavé plasty Vyznačují se schopností absorbovat vodu z okolního vzduchu. Jestliže je polymer vystaven atmosférickému vzduchu, dojde k přesunu vodních par ze vzduchu do polymeru, přičemž se některé molekuly vody navážou na řetězec polymeru pomocí mezimolekulárních sil. Absorbování vlhkosti se mění v závislosti na čase a postupně se zpomalí, popřípadě zastaví dosáhne-li vlhkost granulátu rovnováhy s okolním vzduchem.
Navlhavost a sušení plastů NAVLHAVOST - ÚVOD DO PROBLEMATIKY skupina plastů
cr
NENAVLHAVÉ
0,1 %
příklady PE, PP, PS, PF4
MÁLO NAVLHAVÉ
0,1 0,5 %
SB, ABS, SAN, PC
STŘEDNĚ NAVLHAVÉ
0,5 2,0 %
POM, PMMA, PVC, PA11
SILNĚ NAVLHAVÉ
2%
cr - rovnovážná vlhkost, která závisí na teplotě a relativní vlhkosti okolí
PA6, PA66, PUR
Obsah vlhkosti u navlhavých plastů je závislý na následujících faktorech: druhu plastu době vystavení atmosférickému vzduchu Materiál lze vysušit jen do určité vlhkosti prostředí vlhkosti, zvané rovnovážná vlhkost. teplotě prostředí
Podmínka sušení:
ppp > ppo
ppp – tlak páry, jež se ustaví těsně nad povrchem sušeného materiálu ppo – parciální tlak páry okolí Sušení probíhá do okamžiku, kdy ppp = ppo.
Navlhavost a sušení plastů Navlhavost termoplastů, podmínky sušení
Nenavlhavé
Skupina
Plast
Podmínky sušení teplota/doba
PE – LD
0
PE – HD
0
PE – LLD
0
PP
0
zcela výjimečně 80oC / 0,5-1 h
PS
0
zcela výjimečně 60-80oC / 1-3 h
< 0,3
60-70oC / 2 h
PMMA
0,8 – 1,2
70-80 oC / 12-24 h
PA 6
3,0 – 3,5
80-90 oC / 6-12 h
PA 66
2,5 – 3,0
70-80 oC / 24-30 h
PA 11
0,8 – 1,2
70-80 oC / 3-5 h
PA 12
0,8
100-110 oC / 2-6 h
POM
0,25
80-110 oC / 1-3 h
PET
0,3
120-140 oC / 5-7 h
PBT
0,25
90-120 oC / 2-5 h
PC
0,15 – 0,20
110-120 oC / 4-12 h
PVC
Navlhavé plasty
Navlhavost ve vzduchu
Nesuší se. Při nevhodném skladování: 50-70oC / 0,5-1 h
Podmínky sušení platí pro atmosférický typ sušárny. Relativní vlhkost vzduchu 65%. Uvedené podmínky sušení lze považovat za optimální. Je třeba se vyvarovat používání vyšších teplot, neboť by mohlo dojít k natavování povrchu granulí a jejich spečení. Rovněž může docházet např. k termooxidačnímu stárnutí plastu.
Navlhavost a sušení plastů NAVLHAVOST - ÚVOD DO PROBLEMATIKY Vyjádření obsahu vlhkosti: • hmotnostními procenty „w“ - udávají počet dílů vody ve 100 dílech vlhkého plastu • v kilogramech vody/ kilogram sušiny „c“ - výsledek udává kilogram vody připadající na jeden kilogram absolutně suché látky (sušiny) Shrnutí: Jaké množství vlhkosti z atmosférického vzduchu absorbuje navlhavý polymer, závisí na teplotě polymeru a na relativní vlhkosti vzduchu. Navlhavý polymer vystavený atmosférickému vzduchu bude absorbovat vodní páry až do okamžiku, kdy nastane rovnováha s okolním vzduchem. Tento proces může trvat několik minut, ale také i několik dní. Záleží na typu polymeru a na relativní vlhkosti vzduchu. Proces absorbování vlhkosti i proces sušení je vratný a je řízen tedy těmito základními parametry: teplotou polymeru
relativní vlhkostí vzduchu (popř. rosným bodem vzduchu obklopující polymer) dobou sušení v předepsaném prostředí cirkulací vzduchu v sušárně velikostí granulátu
Navlhavost a sušení plastů NAVLHAVOST - ÚVOD DO PROBLEMATIKY Vliv teploty polymeru Teplota polymeru má největší význam při procesu sušení. Ovlivňuje rychlost difúze molekul vody u navlhavých polymerů, nebo-li rychlost ztráty vlhkosti. Jakmile teplota polymeru vzroste, nastane větší pohyb molekul a přitažlivost mezi polymerními řetězci a molekulami vody se sníží. To má za následek uvolnění molekul vody z řetězce polymeru. Obecně platí, že čím vyšší je teplota sušení, tím rychleji je polymer vysušen, avšak teplota zahřívání má své limity. Jestliže je polymer vystaven vysokým teplotám sušení na delší dobu, může dojít k : tepelné degradaci materiálu (oxidaci, změně barvy, změně mechaníckých vlastností, …)
Vliv teploty na rychlost ztráty vlhkosti polymeru
chemické degradaci materiálu (vyloučení zbytkového monomeru, aditiv, ...)
fyzikální degradaci (menší nepravidelné granule, prach, …)
Ukázka tepelné degradace PP Extral HMU 404
Navlhavost a sušení plastů NAVLHAVOST - ÚVOD DO PROBLEMATIKY Vliv relativní vlhkosti vzduchu K udržení nízké vlhkosti polymeru je nutné jej ponechat v suchém prostředí. Relativní vlhkost a rosný bod tvoří druhý základní parametr pro sušení. Relativní vlhkost vzduchu je definována jako množství vlhkosti vody v % ve vzduchu, vztahující se ke vzduchu na bodu nasycení (saturace) za určitého tlaku a teploty. Rosný bod indikuje maximální množství vody ve vzduchu při určité teplotě. Materiál sušený při stejné teplotě, ale jiné hodnotě rosného bodu, bude mít po uplynutí doby sušení jiný obsah vlhkosti. Jedna z cest k zvýšení schopnosti vzduchu sušit, je zvýšení jeho teploty. Jestliže se okolní vzduch ohřeje, dojde ke snížení relativní vlhkosti vzduchu. Množství vlhkosti ve vzduchu se nemění, ale celkové množství se může zvyšovat. Pro představu si lze vzduch představit jako houbu s určitým množstvím vody, při zvyšování její teploty se množství vody nemění, ale spíše dochází ke zvětšení rozměrů houby. Například ohříváním okolního vzduchu s relativní vlhkostí 50% (z poloviny nasycený) na 88°C se sníží relativní vlhkost vzduchu na 2% (98% nenasycený). Tento princip se používá k sušení nenavlhavých polymerů.
Vliv rosného bodu na sušení polymeru
Navlhavost a sušení plastů NAVLHAVOST - ÚVOD DO PROBLEMATIKY Vliv doby sušení Při procesu sušení je rovněž velmi důležitý čas, neboť materiál nelze vysušit okamžitě. Jestliže je materiál (granulát plastu) obklopen teplým vzduchem v sušárně, je zapotřebí dostatek času, aby teplo prostoupilo až do samého středu granulátu. S růstem teploty uvnitř granulátu dochází k difúzi vlhkosti, která prostupuje směrem k teplému a suchému vzduchu. Když molekuly vody dosáhnou povrchu granule, dochází k uvolnění těchto molekul do obklopujícího vzduchu. Doba sušení je jiná pro různé typy plastů.
Vliv cirkulace vzduchu v sušárně Rovněž zajištění cirkulace vzduchu v sušárně je důležitá pro rychlejší sušení plastu. Díky cirkulaci dochází k většímu obtékání granulátu plastu vzduchem a tudíž je odebírání molekul vody více účinné. V ideálním případě by měli být granule polymeru celé obklopené proudícím vzduchem.
Vliv velikosti granulátu Rychlost sušení závisí také na velikosti a tvaru granulátu. Jestliže jsou granule příliš velké, je zapotřebí delšího času, aby teplo prostoupilo až do jádra granule. Poté co se teplo dostane do jádra granule, musí molekuly vody difundovat daleko k povrchu granule a tím se sušení prodlužuje. Pro co nejlepší sušení jsou tedy vhodnější menší rozměry granulátu různých tvarů.
Navlhavost a sušení plastů STANOVENÍ OBSAHU VLHKOSTI Pro stanovení obsahu vlhkosti se používají chemické nebo termogravimetrické metody nebo ztráta hmotnosti sušením.
2H2O CaC2 C2H2 Ca(OH)2
Chemické metody Karl Fischerova analytická metoda (titrační metoda)
voda
metoda extrakce vody xylénem
karbid vápníku
acetylén
hydroxid vápenatý
manometrická metoda pomocí hydridu vápenatého metoda využívající karbidu vápníku
C-Aquatrac
metoda pomocí kyseliny sírové
Termogravimetrické metody halogenový analyzátor
Ztráta hmotnosti sušením sušení v horkovzdušných sušárnách
Roztavená zrna granulátu
Zařízení k testu TVI
Planimetrická metoda test TVI (Tomasetti´s Volatile Indicator) Výsledek stanovení vlhkosti závisí na použité metodě, proto je třeba k údaji o vlhkosti uvést i metodu a podmínky při jejím stanovení.
voda
VLHKOST – Tomasetti´s Volatile Indicator
Umístění laboratorních sklíček na topnou desku, ohřev ca. 2 min
Vyjmutí tří až čtyř granulí ze sušičky a jejich umístěni na lab. sklíčka
Přitlačení laboratorních sklíček
Metodika „TVI“ firmy Bayer umožňuje orientačně zjistit, zda je materiál před vstřikováním dostatečně vysušený. Při testu se porovnávají obrazce vzniklé roztavením polymeru uzavřeného mezi dvě laboratorní sklíčka umístěné na topné desce.
Přítlak pomocí pravítka, roztavení granulí do obrazce s ca. 12mm
Ochlazení a vyhodnocení (bubliny = vlhkost)
17
Navlhavost a sušení plastů STANOVENÍ OBSAHU VLHKOSTI Pro stanovení obsahu vlhkosti se používají chemické nebo termogravimetrické metody nebo ztráta hmotnosti sušením.
2H2O CaC2 C2H2 Ca(OH)2
Chemické metody Karl Fischerova analytická metoda (titrační metoda)
voda
metoda extrakce vody xylénem
karbid vápníku
acetylén
hydroxid vápenatý
manometrická metoda pomocí hydridu vápenatého metoda využívající karbidu vápníku
C-Aquatrac
metoda pomocí kyseliny sírové
Termogravimetrické metody halogenový analyzátor
Ztráta hmotnosti sušením sušení v horkovzdušných sušárnách
Roztavená zrna granulátu
Zařízení k testu TVI
Planimetrická metoda test TVI (Tomasetti´s Volatile Indicator) Výsledek stanovení vlhkosti závisí na použité metodě, proto je třeba k údaji o vlhkosti uvést i metodu a podmínky při jejím stanovení.
voda
Navlhavost a sušení plastů KARL-FISCHEROVA TITRAČNÍ METODA ČSN EN ISO 15512
Princip: Vzorek se extrahuje bezvodným methanolem (obsah vody < 0,1% hmotnosti) a extrahovaná voda se stanoví titrační metodou podle Karla Fischera. Stanovení: Odebere se vzorek ca. o hmotnosti 100g v případě granulí, pokud je odebírán z výrobku odebere se potřebné množství nařezané na kousky ca. 4x4x3 a vloží do suché skleněné kónické titrační baňky a uzavře zátkou. Pipetou je přidáváno 50 ml bezvodého methanolu. Současně se pro kontrolní stanovení do jiné baňky odpipetuje 50 ml bezvodého methanolu. Na baňky jsou nasazeny zpětné chladiče s připojenými trubicemi s chloridem vápenatým (sušidlem).
Baňky se vaří pod zpětným chladičem 3h a po té se nechají 45 min. vychladnout na teplotu okolí. Z baněk jsou vysunuty chladiče a zazátkují se. S použitím přístroje podle KF se obsah každé baňky titruje Fischerovým činidlem.
w
( V1 V2 ) T 100 m
V1 – objem Fischerova činidla spotřebovaný při stanovení [mm] V2 – objem Fischerova činidla spotřebovaný při kontrolním stanovení [mm] T – ekvivalentní množství vody ve Fischerově činidle [g/ml činidla] m – hmotnost vzorku [g]
Navlhavost a sušení plastů METODA EXTRAKCE VODY XYLÉNEM Princip: Princip metody spočívá v tom, že při teplotě varu xylénu (139oC) se v něm rozpustí několik procent vody, ale při standardní teplotě 23oC je rozpustnost zanedbatelná a voda se od xylénu oddělí. Postup: Zkouška se provádí v Aufhäuserově přístroji, který se sestává z varné baňky, speciálního nástavce s odměrnou jímkou a zpětného chladiče.
Do baňky se vloží odvážené množství plastu, přelije se nadbytkem xylénu a směs se přivede k varu. Páry xylénu strhávají páry vody uvolněné z plastu. Po ochlazení par ve zpětném chladiči xylén i voda zkondenzují a současně dojde k oddělení vody od xylénu. Voda je těžší a hromadí se v odměrné části nástavce, zatímco přebytečný xylén stéká zpět do varné baňky. Metoda se nedá použít u plastů, které se ve vroucím xylénu rozpouštějí nebo jsou jím jinak napadány (např. PE, PP, PS, ABS, PVC, ad.). Metoda je vhodná zejména pro práškové lisovací hmoty. w
m1 m2 100 m1
zpětný chladič nástavec s odměrnou jímkou
varná baňka
m1 – hmotnost vzorku na počátku [g] m2 – hmotnost vzorku po extrakci [g] Aufhäuserův přístroj
Navlhavost a sušení plastů MANOMETRICKÁ METODA POMOCÍ CaH2 ČSN EN ISO 960
Princip:
CaH2 H2O Ca(OH)2 2H2 hydrid vápenatý
voda
hydroxid vápenatý
vodík
Pod vakuem a za působení tepla (80oC až 200oC) se z měřeného materiálu uvolňuje vodní pára a vyhodnocuje se její reakce s činidlem, při které se vyvíjí vodík a změna tlaku v systému se měří jako vlhkost obsažená v měřeném materiálu. Tlak plynu v nádobce se zvyšuje a je přímoúměrný uvolněnému množství vody.
Měření probíhá za vyloučení všech rušivých vlivů jako je např. vlhkost vzduchu. Metoda zajišťuje měření pouze skutečné vlhkosti v měřeném materiálu. Na počátku měření je z nádobky vakuovou pumpou odsát vzduch. Výsledky jsou srovnatelné s výsledky stanovené metodou Karl Fischer.
Aquatrac + (fa. Brabender)
kondenzace ostatních nevodnatých těkavých převodník tlaku substancí indikace vlhkosti
činidlo měřící kádinka
topný plášť
vakuová pumpa zadání teploty nastavení zadání poznámka: měření hmotnosti hustoty vzorku 75g CaH2 … ca. pro 750 měření navážka vzorku: 1 až 96 g doba měření: 15 až 30 min. Reakční schéma zařízení Aquatrac + rozsah měření: 0 až 4% Průběh reakce je urychlen současným působením vakua (5.10-4 MPa) a teploty, vyloučena je možnost rušivé přítomnosti kyslíku.
zkušební vzorek
reakční nádobka
Navlhavost a sušení plastů MANOMETRICKÁ METODA POMOCÍ CaH2 32-96g
Postup:
10-20g
1-4g
spuštění, nastavení teploty ohřevu a hustoty plastu
výběr měřící kádinky podle navážky v g a hustoty materiálu, zadání hmotnosti
vyjmutí kádinky z nádobky
odstranění starého činidla
vložení činidla
umístění činidla nad vzorek v měřící kádince
vložení kádinky do zařízení, vytvoření vakua, zahájení měření
vložení plastu
otevření reakční nádobky
Navlhavost a sušení plastů HALOGENOVÝ ANALYZÁTOR Princip: Stanovení vlhkosti plastu pomocí halogenového analyzátoru patří mezi nejnovější a efektivní způsoby stanovení vlhkosti u plastů. Přístroj pracuje na základě termogravimetrického principu, kdy na začátku měření stanoví analyzátor vlhkosti hmotnost vzorku (minimální hmotnost vzorku je 110g), který je následně vestavěným halogenovým topným modulem (topnou spirálou) rychle zahříván a následně dochází k odpařování vlhkosti z daného vzorku polymeru. Přístroj během sušení stanovuje neustále hmotnost vzorku (aktuální úbytek vlhkosti je zobrazován na přístroji) a po ukončení sušení se zobrazí výsledná hodnota obsahu vlhkosti. Výhodou halogenového topného modulu je jeho rychlost zahřívání, neboť halogenový analyzátor potřebuje kratší dobu pro dosažení maximálního topného výkonu, ve srovnání s běžným infračerveným modulem nebo s metodou ztráty hmotnosti sušením.
w
Halogenový analyzátor Sartorius
m1 m2 100 m1
m1 – hmotnost vzorku před sušením [g] m2 – hmotnost vzorku po sušení [g]
video
Navlhavost a sušení plastů SUŠENÍ V SUŠÁRNÁCH Dělení sušáren: podle oběhového systému:
podle uspořádání procesu s přetržitým provozem
uzavřený oběh
s nepřetržitým provozem (např. válcová sušárna s vytápěnými válci)
otevřený oběh
podle tlaku při kterém se suší atmosférické vakuové podle vzájemného pohybu sušeného materiálu a média
souproudé
vzduch nasycený vlhkostí se odvádí do volného prostoru s nuceným oběhem přirozený oběh – nezaručuje stejnoměrnou teplotu
teplota
vlhkost
zpočátku na sebe působí materiál s největším obsahem vlhkosti a suchý vzduch s největší teplotou. Ze sušárny odchází materiál s nejnižší a vzduch s nejvyšší vlhkostí. Sušící potenciál se během sušení zmenšuje a tomu odpovídá i pokles rychlosti sušení. Tento způsob je vhodnější pro materiály snášející intenzivnější sušení ve vlhkém stavu.
plast
vzduch
dráha
vzduch
plast
dráha
Navlhavost a sušení plastů SUŠENÍ V SUŠÁRNÁCH • protiproudé
teplota
vlhkost
sušící médium s nejvyšší teplotou a nejnižší vlhkostí se stýká s vysušeným materiálem, zatímco ochlazený vzduch s vysokou vlhkostí přichází do styku s vlhkým materiálem vstupujícím do sušárny. Sušící potenciál je po celé délce sušárny rozdělen rovnoměrně. Přesto je doba sušení delší než u souproudu (díky malému sušícímu potenciálu na vstupu). Vhodné pro materiály, které nesnášejí rychlé sušení.
plast
vzduch
dráha
vzduch
plast
dráha
• se zkříženými proudy dosahováno je jak velkého sušícího potenciálu, tak vysoké rychlosti sušení
Navlhavost a sušení plastů SUŠENÍ V SUŠÁRNÁCH Sušení v peci:
Sušení horkým vzduchem:
zastaralý způsob sušení přerušovaný proces v dávkách zcela otevřeno k okolí znečištění a ztráta materiálu nespolehlivá kontrola procesu závisí na vnějších podmínkách
kontinuální sušící proces instalace na stroji nebo vedle stroje bez výkonového omezení relativné vysoká spotřeba energie závisí na vnějších podmínkách
Mikrovlné sušení:
k ohřevu dochází uvnitř materiálu a tlakem vznikající páry je vlhkost rychleji dopravována k povrchu, zatímco při klasickém ohřevu je nejprve ohřán povrch, kde je vyšší teplota, z povrchu uniká vlhkost rychle, avšak vnitřní vlhkost postupuje k povrchu pomalu.
Schéma sušení horkým vzduchem
dielektrický ohřev
přerušovaný proces po dávkách omezené množství materiálu vhodné pouze pro laboratorní použití přesné řízení teploty a rychlé dosažení teploty v celém objemu
Použití sušáren pro stanovení vlhkosti plastů má význam pouze orientační. Jedná se o srovnávací metodu, která vzhledem k dlouhým sušícím časům neposkytuje údaje o skutečném obsahu vody v materiálu.
Navlhavost a sušení plastů SUŠENÍ V SUŠÁRNÁCH Sušení tlakovým vzduchem: kontinuální sušící proces nutnost sušení a čištění tlak. vzduchu možnost instalace na stroj nebo vedle stroje nízký výkon sušení nízké přímé, ale vysoké nepřímé energetické náklady nepřímá kontrola nad procesem sušení integrovaný systém transportu materiálu
Schéma a princip sušení tlakovým vzduchem
Navlhavost a sušení plastů SUŠENÍ V SUŠÁRNÁCH Sušení voštinovými kotouči: uzavřený systém pro sušení
nízký rosný bod nákladná výměna znečištěných kotoučů tento systém využívá dvou navzájem propojených systémů: uzavřený sušící systém a otevřený sušící systém pro regeneraci vzduchu. (-50oC)
Rotor adsorpčního odvlhčovacího zařízení, nebo-li voštinový kotouč má malé vzduchové kanálky s velmi velkou kontaktní plochou. Uvnitř těchto kanálků je nanesena látka, která pohlcuje vlhkost (tj. silikagel, lithium chlorid, molekulární síto atd.).
vzduch procesu
suchý vzduch
mokrý vzduch
Schéma voštinového kotouče
Silikagel je zastoupen především v amorfní formě SiO2. Je chemicky neutrální a odolný vůči většině kyselin, je však citlivý vůči zásaditým látkám. Silikagel je používán především ve formě granulátu a kuliček, což vede k příznivé tlakové ztrátě a minimálnímu otěru u dynamických sušicích procesů.
Silikagel
Navlhavost a sušení plastů SUŠENÍ V SUŠÁRNÁCH Sušení voštinovými kotouči: Je-li odvlhčovací zařízení v chodu, dva vzduchové proudy procházejí současně dvěma sektory tohoto rotoru. Jeden proud je odvlhčován, zatímco druhý proud je horký a regeneruje rotor. Vlhkost je pak odváděna ve formě vlhkého a teplého vzduchu ze zařízení ven. Jedná se o velmi kompaktní provedení sušárny. Velice pozitivní je poměrně nízká hodnota rosného bodu (-50°C), která má vliv na účinnost sušárny.
Princip sušení voštinovými kotouči
Navlhavost a sušení plastů SUŠENÍ V SUŠÁRNÁCH Sušení suchým vzduchem: kontinuální sušící proces (převážně) uzavřený systém s molekulovými síty
nízký rosný bod (-50oC) částečně otevřený systém pro regeneraci instalace na stroji nebo vedle stroje bez omezení výkonu způsob nezávislý na okolních podmínkách komplexní a rozsáhlý sušící systém, nejrozšířenější k jednomu agregátu možno přiřadit více sušících sil
se samostatným dotápěním
Princip sušení suchým vzduchem
Navlhavost a sušení plastů SUŠENÍ V SUŠÁRNÁCH Sušení ve vakuu: Pro tento typ sušení není rozhodujícím faktorem suchost vzduchu, ale vakuum dosažené v nádobě se sušeným materiálem. nižší teplota varu sušení nezávislé na okolních podmínkách Skříňová vakuová sušárna
kontinuální proces přípravy suchého materiálu snížený tlak v sušícím prostoru usnadňuje sušení použití u plastů u nichž je nebezpečí oxidace ve
vzduchu při zvýšené teplotě kratší doba sušení než horkovzdušné sušárny instalace vedle stroje bez výkonového omezení
1) plnění materiálu a jeho ohřev 2) vakuování a sušení materiálu 3) doprava suchého materiálu do stroje nebo zásobníku
Vakuová sušárna Maguire
Princip sušení ve vakuu
Navlhavost a sušení plastů SUŠENÍ V SUŠÁRNÁCH Sušení ve vakuu a horkým vzduchem – porovnání časů
w 300
5h
5h
250
3,5 h
m1 m2 100 m1
m1 – hmotnost vzorku před sušením [g] m2 – hmotnost vzorku po sušení [g]
3,5 h
t [min]
200 2,5 h
2,5 h
2,5 h
2,5 h
150
Je-li úbytek hmotnosti < 0,1 %, lze materiál považovat za vysušený.
100 50 0
40 20 ABS
20 PA
30
20 PC
PE-CO
vakuum Vacuum
PET
30
PMMA
horký vzduch Dehumidifying
20 PSU
20 PUR
Navlhavost a sušení plastů NAVLHAVOST A SUŠENÍ PLASTŮ Závěrečné upozornění: Sušení i proces navlhání jsou vratné děje do násypky stroje se vkládá jen takové množství materiálu, které se zpracuje ca. do 30 min. Vhodnější je násypky strojů vyhřívat a udržovat tak teplotu materiálu proudem teplého vzduchu na potřebné výši. Vlhkost materiálu lze namísto převážně používaného sušení granulátu odstranit také během tavení v plastikační jednotce s odplyňovací zónou. Tato technika může mít vůči vysoušení granulátu technické, organizační a ekonomické výhody. Na druhé straně se však musí počítat s jistými omezeními a nevýhodami. Omezení se převážně omezuje na výrobu výstřiků v převážně tmavých barevných tónech s nízkou četností změny materiálu a barvy. sací jednotka + směšovací ventil
centrální zdroj podtlaku s filtrací
sila
vstřikovací stroje
Variabilita uspořádání transportního systému granulátu při vstřikování
Navlhavost a sušení plastů Reference:
[1] SOVA, A. – KREBS, J. A KOL.: Termoplasty v praxi. Praha : Verlag Dashoeffer, 1999-2004. CD. [2] Databanka plastů Campus
[3] KOVAŘÍK, P.: Vliv vlhkosti granulátu na objemový index toku taveniny. Bakalářská práce. Liberec : TU v Liberci, 2007 [4] HARPER, CH.A.: Modern plastics handbook. New York, McGraw-Hill, 2000. [5] ČSN EN ISO 15512 [6] KREBS, J.: Teorie zpracování nekovových materiálů. Liberec : TU v Liberci, 2006. [7] HOŠIC, L. – KRATOCHVÍL.: Periferie v technologii vstřikování plastů. Liberec : A.M. s.r.o. v Liberci
[8] KOL.: Směrnice pro vstřikování konstrukčních termoplastů. Prospektový materiál fy. Bayer. [9] LENFELD, P.: Navrhování výrobků z plastů. Liberec : TU v Liberci. Studijní materiály. [10] Prospektové materiály fy. Colortronic
