Изучение процесса сушки

Сушка – это процесс удаления влаги с поверхности и из объема полимеров. В основе сушки воздействие тепла на материал, за счет чего испаряется влаги. Оборудование для сушки полимеров называется сушилками.

В процессе производства пластмассовых изделий, а также вторичного сырья путем рециклинга на поверхности полимера остается вода и растворитель. На первоначальном этапе жидкость концентрируется только на поверхности частиц, затем распространяется по всему объему. При сохранении высокого содержания влаги в материале значительно увеличивается процент производственного брака. Может наблюдаться снижение заданного показателя прочности, теплостойкости и диэлектрических характеристик, пористость в разрезе, дефекты на поверхности материала, неравномерная усадка. Наличие брака приводит к неизбежным финансовым потерям для производителя.

В различных полимерах допустимо определенное количество влаги, которое не должно превышать 1,5% у полиамида, 2% у фенопластов, 0,2% у полиформальдегида. Для достижения предельного уровня влаги необходимо правильно подобрать способ сушки.

Способы сушки различных видов полимеров

Для удаления влаги на поверхности и в объеме полимера используется специальное сушильное оборудование. В основе его работы лежит воздействие на полимер горячего воздуха, вакуума. Выбор типа сушки зависит от предрасположенности полимера к влагопоглощению, размера частиц, уровня влаги, влажности воздуха в помещении.

Параметры сушки

К определяющим параметрам сушки относятся:

- тип полимера;

- точка росы;

- время сушки;

- количество тепла;

- мощность воздушного потока.

Тип полимера

Все полимеры по способности накапливать влагу делятся на гигроскопичные и негигроскопичные. Этот параметр является основным при выборе типа сушки.

К категории гигроскопичных полимеров относятся ПА, ПММА (оргстекло), ПК. Они поглощают влагу всей молекулярной структурой. Гигроскопичные полимеры нуждаются в тщательном просушивании как на этапе производства сырья, так и на этапе формования изделий.

Удалить влагу до требуемого значения одним горячим воздухом не всегда возможно. Гигроскопичные полимеры накапливают влагу не только на поверхности, но и в объеме материала. Сила притяжения воды молекулами пластика настолько большая, что они связываются с полимерными цепями. Они вытягивают влагу из воздуха. Когда давление в грануле становится равным давлению вокруг нее, речь идет о равновесной влажности.

В определенный момент давление пара внутри гранулы становится выше, чем вокруг нее. При этом сама окружающая среда представляет собой горячий сухой воздух. Стремясь к выравниванию давления, вода из внутреннего объема гранул перемещается наружу. Таким образом происходит сушка гигроскопичного пластика.

Негигроскопичные полимеры способны абсорбировать влагу только на поверхности, не аккумулируя ее внутри. К данной группе относятся ПВХ, ПП, ПС, ПЭ, АБС, ПЭТ, ПБТ, ПУ, нейлон, акрил. При правильном производстве и хранении этих полимеров требуется стандартная сушка потоком теплого воздуха.

Время сушки

Время сушки напрямую зависит от типа полимера и его теплопроводности. Влага не может испариться мгновенно. Первоначально необходимо прогреть гранулят, затем выдержать время, в течение которого молекулы воды будут выходить из внутреннего объема гранул и рассеиваться по поверхности гигроскопичных полимеров. Для негигроскопичных материалов также необходимо время для рассеивания молекул воды по поверхности полимера. Однако для них время просушки значительно короче.

Теплота

Сушка холодным воздухом позволяет удалить молекулы воды только с поверхности, подходит только для негигроскопичных полимеров. Для гигроскопичной группы пластмасс применяется нагретый воздух.

Если гранула не будет нагрета, из ее внутреннего объема не выделится влага. Под действием тепла молекулы начинают двигаться быстрее, они тратят много энергии на движение, тем самым ослабляя цепные связи полимера с водой. Свободные молекулы воды мигрируют на поверхность гранул, после чего могут легко удаляться горячим воздухом.

Температура сушки зависит от конкретного полимера. Она может варьироваться от 60°С до 200°С. Если температура прогретого воздуха будет ниже указанного значения, влага останется в объеме полимера. При превышении предельной температуры сушки может наблюдаться такое побочное явление, как комкование гранул.