ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СЕТЧАТОГО ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА

Полезная модель относится к оборудованию для получения сетчатого полимерного материала, который может быть использован как сетка различного назначения.
Известен способ получения нетканой сетки из расплава полимера-RU 2010897, С1, 15.04.1994.
Известный способ осуществляется на технологической линии, в которой термопластичный полимерный материал расплавляют в плавильном устройстве до получения расплава, который затем экструдируют при его температуре текучести в виде тонкой струйки через фильеру. Затем выпрядаемую струйку расплава охлаждают и одновременно утоняют закрученным потоком газа, который подают под давлением в направлении приемной поверхности, на которую производят непрерывную укладку получаемой мононити. Перед укладкой мононить при помощи закрученного потока газа ориентируют в пространстве между фильерой и приемной поверхностью перпендикулярно направлению экструдирования. При этом температуру потока истекающего газа устанавливают равной температуре плавления полимерного материала, при которой достигается наибольшая вязкость расплава, соответствующая вязкости при перекристаллизации применяемого полимера, вследствие чего достигается непрерывность мононити.
Полученную таким образом мононить вращают в закрученном потоке газа с образованием устойчивой конусной спирали, кольца которой затем укладывают на приемную поверхность со смещением их относительно друг друга, равным половине их диаметра D. Смещение колец при укладке достигается путем изменения скорости перемещения приемной поверхности. При этом в точках контакта, образующихся при пересечении укладываемых колец на приемной поверхности, происходит аутогезионная склейка. Полученный нетканый материал затем наматывают в рулон.
Известный способ включает аэродинамическое ориентирование полимерной нити с использованием закрученных газовых потоков, при этом нить должна находиться при температуре наибольшей вязкости расплава с варьированием температуры до температуры аутогезионной склейки. Указанные температурные параметры достаточно сложно регулируемы, т.к. сложно с высокой точностью поддерживать эти параметры аэродинамическими средствами (с учетом указанного конструкционного решения).
Известен способ получения неоднородного материала, который может представлять собой сетчатый материал (RU №2104156, С1, 10.02.1998).
Для осуществления известного способа служит устройство для изготовления неоднородного материала, содержащее штамп, включающий первую и вторую части, имеющие поверхности, находящиеся во взаимном скольжении в области средства для выдавливания материала, расположенного вокруг продольной оси штампа и, по меньшей мере, частично ограниченного первой частью штампа, приводной механизм для приведения в относительное движение частей штампа и придания при этом второй его части раскачивающего движения вдоль по меньшей мере части кругового пути вокруг продольной оси, тем самым периодически влияя на выход выдавленного продукта из каждой секции средства для выдавливания.
В известном способе подробно описаны технические приспособления (штамп) для выдавливания полимерных нитей и варианты неоднородных материалов, получаемых с помощью указанных приспособлений. Как следует из описания, для осуществления способа необходимо специальное конструктивное приспособление - камера, соединенная с экструдером. Управление штампом по данному способу осуществляется в автономном от экструдера режиме, что усложняет конструктивное решение технологической линии в целом.
Задачей полезной модели является создание технологической линии для получения сетчатого полимерного материала, являющегося более простой по сравнению с аналогами, и которая решает проблему получения сетчатого материала (сетки) в законченном виде, кроме того, обеспечивает простое регулирование процесса получения различных по конфигурации сеток, а также позволяет использовать более компактное оборудование.
Технологическая линия в соответствии с предложенным решением реализуется следующим образом.
В секции экструзии средство смешения представляет собой любой аппарат для смешения исходных компонентов, например, напольную емкость. Вакуумзагрузчик осуществляет автоматическую загрузку сырья в бункер экструдера. Экструдер может включать несколько зон, в частности, от двух до шести, экструзионная головка включает две зоны, экструдер может содержать фильтр расплава, представляющий собой пакет сеток и расположенный перед фильерой.
Формующие инструменты представляют собой два смонтированных в корпусе и соосно расположенных формующих инструмента - внешний и внутренний, каждый из которых представляет собой фильеру с расположенными по окружности отверстиями. Оба инструмента (или по меньшей мере один из формующих инструментов - внешний и/или
внутренний) имеют возможность вращения и установлены при этом в корпусе в опорах и имеют соответствующие приводы вращения. Каналы для прохода расплава через отверстия фильеры внешнего и/или внутреннего формующих инструментов могут быть выполнены как непосредственно в соответствующем инструменте, так, предпочтительно, и на поверхности касания внешнего и внутреннего формующих инструментов Друг с другом. Расплав в виде нитей (жгутов), вышедших из отверстий фильер соответствующих инструментов и расположенных перекрестно друг относительно друга, поступает на приемно-калибрующий барабан, для чего можно использовать разные приспособления, в основном крепления, обладающие способностью свободного перемещения по поверхности барабана (в частности, это может быть приспособление в виде заправочной сетки кольцевой формы и т.п). Приемно-калибрующий барабан постоянно охлаждается, при этом средство охлаждения может представлять собой ванну с охлаждающей средой (в частности, водой как наиболее экономичным средством). Устройство вытяжки сетки с барабана может быть выполнено в виде тянущих валов, из которых нижний вал - металлический, а верхний (прижимной) резиновый. Упомянутые валы могут также отжимать воду с сетки, если охлаждающей средой является вода. Это приспособление позволяет осуществить продольное ориентирование сетчатого материала сразу после его получения. Устройство разрезки сетки может быть выполнено разной конструкции: ножом с приводом перемещения относительно сетки, размещенным в ванне охлаждения, дисковым ножом на приемно-калибрующем барабане или фрезами после вытяжки на устройствах, используемых для этих целей.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых:
на фиг.1 и 2 представлены по участкам вид технологической линии для получения сетчатого материала (участки от зоны загрузки до экструзионной головки и от последней до ванны охлаждения соответственно);
на фиг.3 приведены конструктивная схема внешнего и внутреннего формующих инструментов соответственно;
на фиг.4 приведена схема внешнего и внутреннего формующих инструментов в сборе;
на фиг.5 и 6 показаны варианты выполнения каналов фильер под различными углами относительно оси фильер для получения сеток разной конфигурации;
на фиг.7 и 8 показаны вид на инструменты в сборе по оси вращения инструментов - варианты расположения каналов фильер на внешнем и внутреннем формующих инструментах, обеспечивающие получение сетки с ячейками в виде параллелограмма, ромбовидной или квадратной формы;
на фиг.9 приведен пример конструктивного выполнения экструзионной головки с элементами привода вращения внешнего и внутреннего формующих инструментов (в собранном виде), при этом внешний инструмент установлен в опорах на корпусе головки, внутренний - на центральной оси;
Технологическая линия для получения сетчатого материала, выполненная в соответствии с изобретением, содержит конструктивные элементы, которые обозначены на чертежах следующими позициями:
1 - экструдер,
2 - формующие инструменты (внешний - 2а и внутренний - 2в),
3 - приемно-калибрующий барабан,
4 - валы для вытягивания сетки,
5 - ванна охлаждения с охлаждающей средой (водой),
6 - вал, на котором может быть установлен режущий нож,
7 - подача воды,
8 - сток избытка воды,
9 - центральная ось,
10 - привод вращения внутреннего инструмента,
11 - опора внутреннего инструмента,
12 - входное отверстие канала подачи расплава полимера к фильерам,
13 - привод вращения внешнего инструмента,
14 - корпус экструзионной головки,
15 - готовая сетка.
В соответствии с данным техническим решением, на технологической линии полимерный материал проходит следующие стадии обработки: экструзию расплава полимера, выдавливание его через средство выдавливания, формирование сетчатого материала, продольное ориентирование (вытягивание) и охлаждение путем направления сетчатого материала на приемно-калибрующий барабан, разрезка готовой сетки. Полимером является полиэтилен или смесь полиэтиленов с целевыми добавками. Выдавливание расплава полимера осуществляют через закрепленные (смонтированные) на экструзионной головке внутренний и внешний формующие инструменты, которые имеют фильеры, через которые выходят параллельные нити, один или оба инструмента подвижны в угловом направлении. Соосно с экструзионной головкой, на расстоянии 100-130 мм от фильер, расположен приемно-калибрующий барабан. Формирование сетчатого материала осуществляют следующим образом. Расплав полимера при температуре выше температуры плавления последнего подают к формующим инструментам, которые
вращаются в противоположных направлениях (или один из которых неподвижен, а другой вращается), из формующих инструментов материал выходит в виде нитей, при этом последние (вследствие взаимного углового перемещения формующих инструментов) в пространстве расположены друг относительно друга перекрестно. Соединение перекрещивающихся нитей в единую сетчатую структуру происходит при контакте их между собой при выходе из фильер и до поступления на приемно-калибрующий барабан, т.е. на расстоянии порядка 130 мм. Барабан погружен в охлаждающую среду, преимущественно, воду. В способе осуществляют вытягивание полученного сетчатого материала валами при движении последнего, т.е. предусматривается продольное ориентирование материала, осуществляемое при продвижении сетки после приемно-калибрующего барабана.
Диаметр формующих инструментов (на котором расположены отверстия фильеры) составляет от 200 мм до 260 мм, предпочтительно от 205 до 250 мм, скорость вращения формирующих инструментов от 15-45 об./мин, предпочтительно от 20 до 40 об/мин и диаметр приемно-калибрующего барабана, от 360 мм до 650 мм, предпочтительно, от 380 мм до 640 мм.
Скорость вращения шнека экструдера (диаметр шнека составляет 100-120 мм, длина - около 3600 мм) 50-70 об/мин, мощность привода при этом составляет 75 квт.
Скорость вытягивания сетки составляет 2-5 м/мин.
Экструзии полимера осуществляется в диапазоне температур 160-265°С, температура расплава на фильере, предпочтительно, 170-210°С или предпочтительно, 200-230°С, т.е. экструзию осуществляют при температуре расплава выше температуры плавления полимера.
Охлаждение сформированного сетчатого материала осуществляют при намотке его на приемно-калибрующий барабан, погруженный в охлаждающую среду (в частности, воду) с температурой от 18 до 35°С. Охлаждение расплава полимера начинается сразу при выходе нитей из фильер, однако, регулирование охлаждения начинается путем направления сетчатого материала на приемно-калибрующий барабан.
В качестве охлаждающей среды используют, в частности, воду, причем охлаждающая среда расположена на несколько сантиметров ниже или выше приемно-калибрующего барабана, или вровень с ним (последний погружен в охлаждающую среду). Перемещение сетки вдоль приемно-калибрующего барабана осуществляется устройством вытяжки сетки, которое может быть выполнено в виде тянущих валов (нижний вал - металлический, а верхний - прижимной - резиновый).
Намотку полученного изделия - сетки - осуществляют для получения ее в товарном виде для реализации, в случае необходимости, осуществляют резку сетчатого материала - в процессе ее получения или перед намоткой.
Ниже в таблице 1 приведены характеристики полимеров в соответствии с техническими условиями.
Таблица 1Характеристика исходного сырья для технологического процесса
№ п/п
Наименование сырья и материалов
ГОСТ, ТУ на сырье
Показатель текучести расплава г/10 мин
Свойства
1
Полиэтилен низкого давления марки 276-73 (ПЭНД)
ГОСТ 16338-85
2,6-3,2
Предел текучести при растяжении, Мпа, не менее 25,5
Прочность при разрыве, Мпа, не менее 23,5
Относительное удлинение при разрыве, %, не менее 700
2
Полиэтилен высокого давления 10803-73 (ПЭВД)
ГОСТ 16337-77
1,7-2,3
Предел текучести при растяжении, Мпа, не менее 9,3
Прочность при разрыве, Мпа, не менее 12,2
Относительное удлинение при разрыве, %, не менее 550.
Состав композиций для изготовления сеток:
в мас.ч.
ПЭНД 276-73
95-97
пигменты, не менее 1, обычно до 3, определяется требуемой интенсивностью цвета
светостабилизатор
2-4
в мас.ч.
ПЭНД 276-73
48-50
ПЭВД 10803-73
48-50
пигменты
2-4
При получении некоторых вариантов сеток пигменты заменяют на сажу.
Возможно добавление стабилизатора в обычных количествах. Пигменты могут быть введены в виде концентрата с полимером, при этом количество полимера в концентрате учитывается в общем количестве полимера.
Пример 1
При получении материала осуществляют загрузку сырья: к экструдеру подают исходное сырье: полимер - полиэтилен, пигменты, возможно стабилизатор, смешивают в емкости и вакуум-загрузчиком из нее смесь подают в загрузочный бункер экструдера 1.
Гранулы полимера и добавок захватываются вращающимся шнеком и перемещаются вдоль оси экструдера по винтовому каналу шнека. Полимер разогревается за счет тепла от внешних нагревателей (не показаны), а также за счет тепла, выделяющегося при вязком трении, и превращается в гомогенный расплав. Зона загрузки охлаждается водой, чтобы избежать преждевременного плавления полимера и схватывания его со шнеком. Шнек перемешивает и выдавливает расплав через фильтр (пакет фильтрующих сеток (не показаны) и далее - через фильеры формующих инструментов. Сетчатый фильтр предотвращает попадание крупных включений и стабилизирует процесс.
Процесс продвижения материала вдоль экструдера за счет механической работы червяка сопровождается выделением тепла, поэтому возможен перегрев расплава. В этом случае предусмотрено охлаждение зон экструдера водой. Далее расплав поступает в экструзионную головку 14 экструдера, установленную соосно и соединенную с приемно-калибрующим барабаном 3, расстояние до которого от фильер составляет величину А от 100 мм до 130 мм, при этом данное расстояние регламентируется и является существенным для формирования сетчатого материала. Расплав поступает из экструдера 1 в канал 12 в корпусе экструзионной головки, по которому попадает при температуре 190-210°С или при 200-230°С (определяется маркой полиэтилена) к фильерам внешнего 2а и внутреннего 2в формующих инструментов, которые вращаются со скоростью 20-40 об./мин (либо один из инструментов неподвижен, а другой вращается со скоростью из указанного диапазона), соединенных с приводами 13 и 10 соответственно. На выходе из отверстий фильеры каждого из формующих инструментов полимер имеет форму параллельных нитей, при этом нити, вышедшие из, соответственно, внешнего 2а и внутреннего 2в инструментов, пересекаются в пространстве. На некотором расстоянии от выхода из фильер разноименных инструментов 2а и 2в (примерно на расстоянии 50 мм от выхода из фильер, предпочтительно, 85 мм или на другом более далеком расстоянии, но до поступления на барабан) упомянутые нити соединяются в сетчатую структуру, которая подвергается продольному ориентированию (вытяжке) за счет используемого конструкционного приспособления - тянущих валов и поступает на приемно-калибрующий барабан 3, скользит по поверхности последнего и регулируемо охлаждается в ванне с водой 5. Затем сетка цилиндрической формы (повторяющей форму поверхности барабана) сходит с поверхности барабана, и в сложенном состоянии огибает вал 6, на котором происходит как вариант разрезки - разрезка замкнутой сетки с получением плоского продукта. При проведении процесса следует также выдерживать определенный температурный режим перехода: от расплава, который выходит из фильеры, до сформированного сетчатого материала на барабане, который погружен в охлаждающую среду 5 при температуре, например, при 18-35°С. Перед началом процесса на барабан прикрепляют временное свободно перемещающееся по поверхности барабана крепление для фиксирования формующейся сетки и перемещения ее вдоль барабана (в виде кольцевой сетки). Валы 4, расположенные в конце технологической линии, обеспечивают перемещение сетки вдоль приемно-калибрующего барабана и извлекают ее из ванны со скоростью 2-5 м/мин. После стадии и разрезки готовую сетку 15 сматывают в рулоны.
В результате осуществления способа получают широкую гамму сеток, которые могут применяться в быту, в сельском хозяйстве, в промышленности, гражданском и дорожном строительстве, продукция не токсична, химически инертна.
Варианты получаемых сеток приведены ниже.
Минимальный размер ячеек в сетке 2*2 мм (сетка М-2 диагональная), сетка с такой характеристикой может использоваться в целях защиты от насекомых.
Сетки с размером ячеек 15*15 мм (сетка Ф-15 прямоугольная), 50*50 мм (сетка Ф-50 прямоугольная), 83*83 мм (сетка Ф-83 прямоугольная) используются как садовые решетки, они являются опорой для вертикальной и горизонтальной поддержки вьющихся растений или растений с длинными стеблями.
Сетки с размером ячеек 18*18 мм (сетка П-18 диагональная) могут быть использованы в качестве решетчатых полов в птичниках.
Сетки с размером ячеек 55*58 мм (сетка З-5512 диагональная), 70*58 мм (сетка З-7015 диагональная), 18*18 мм (сетка З-18 диагональная) используются в качестве заборных решеток. Пластиковые заборные решетки приходят на смену заборам из штакетника, они легкие по весу, прочные, не подвержены гниению и ржавчине, не нуждаются в покраске.
Сетки с размером 4*4 мм (сетка Ф-4 диагональная) могут использоваться для теплиц, для различных видов фильтрации.
Сетки с размером 50*50 мм (сетка А-50 диагональная) могут быть использованы как решетки для снегозадержания, в том числе на автострадах, железных дорогах и т.п. Сетка с размером ячеек 10*10 может использоваться для разных технических нужд, например, для дренажа.
Сетки с размером ячеек 32*32 мм (сетка Г-32, сетка 3-32 диагональные) могут использоваться как геосетка для защиты почвы, они крепятся к грунту скобами, сохраняют травяной покров, препятствуют вымыванию грунта.
Сетка с размером ячеек 8*8 мм (сетка Д-8 диагональная) используется в качестве противоослепляющего экрана.
Сетка с размером ячеек 6*8 мм (сетка Г-8 диагональная) используется при устройстве газонов, для укрепления тротуаров, для защиты саженцев, целесообразно выпускать черного цвета.
Сетка с размером ячеек 50*50 (сетка А-50 прямоугольная) служит в качестве ограждения.
Для укрепления склонов берегов водоемов, облицовки каналов, укрепления дорожных насыпей, стабилизации почвенной эрозии, консервации грунта, защиты мостовых опор, борьбы с оврагами, оползнями, обвалами, для строительства террас, для оформления ландшафтов можно использовать сетку с размером ячеек от 4 до 70 мм.
Материал обладает хорошими прочностными характеристиками, диапазон рабочих температур от -60 до +85°С, он хорошо сопротивляются ультрафиолетовому излучению и атмосферным воздействиям.
Сетка с размером ячеек 10*10 мм (сетка Д-10 - диагональная) используется в составе дренажного мата (пластиковая сетка + геотекстиль), используемого для отвода осадков и грунтовых вод, могут быть использованы для дренажа фундамента или осушения участков, один такой мат заменяет до 25 тонн щебня.
Описанные виды сеток не ограничивают возможные варианты получения и применения сеток с другими характеристиками.
Характеристики (физико-механические показатели свойств) выпускаемых сеток и решеток приведены в таблице 2
Таблица №2
Условное обозначение сетки
Предел прочности на разрыв, кН/м, не менее
Относительное удлинение при разрыве, % не менее
Вдоль полосы
Поперек полосы
Вдоль полосы
Поперек полосы
М-2
2,6
1,4
260
240
Г-8
2,7
2,3
600
420
Г-32
2,7
2,3
430
390
Ф-15
2,9
2,5
580
430
Ф-50
3,4
3,3
490
210
Ф-83
2,4
2,3
140
130
Ф-18
2,6
2,0
520
430
З-50
5,4
4,16
400
300
З-5512
3,2
2,8
370
330
З-7015
1,9
1,7
190
185
Д-10
5,2
5,0
300
125
Д-8
5,5
5,4
460
360
Ф-4
2,3
1,6
380
200