Navlhavost a sušení plastů. - Katedra strojírenské technologie

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 110g), 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