Suszenie tworzyw

Suszenie tworzyw

Tworzywa polimerowe, zależnie od rodzaju, absorbują wilgoć z powietrza w większym lub mniejszym stopniu. Wilgoć ta może być wchłaniana do wewnątrz granulatu lub też gromadzić się w wyniku kondensacji na powierzchni, w postaci kropel. Jej obecność może prowadzić do spieniania się tworzywa w czasie wtrysku, powstawania wad powierzchni lub też pogorszenia własności mechanicznych. W wielu przypadkach obecność wilgoci można stwierdzić na podstawie oględzin wypraski, w innych natomiast uwidacznia się ona poprzez wyraźne obniżenie własności wytrzymałościowych.

Oprócz poliolefin, prawie każdy polimer wykazuje pewien poziom polarności, przez co może absorbować wilgoć z atmosfery. Należą one do polimerów, które nie wymagają suszenia, ponieważ nie są higroskopijne. Tworzywa takie jak PE i PP są niepolarne, podczas gdy woda jest substancją silnie polarną, która działa jak mały magnes. Woda nie ma powinowactwa do polimerów niepolarnych; PE lub PP wystawione na jej działanie zachowują się jak olej w analogicznej sytuacji - obie substancje rozdzielają się natychmiast, ponieważ nie mają ze sobą nic wspólnego chemicznie. Pomijając poliolefiny, prawie każdy dostępny na rynku polimer wykazuje określony poziom polarności i dlatego jest w stanie wchłonąć pewną ilość wilgoci z atmosfery, w zależności od składu chemicznego polimeru i warunków atmosferycznych, na które jest on narażony. Polimery takie jak mieszanki PPE i HIPS są tylko lekko polarne i nawet w stanie nasycenia mogą utrzymać jedynie 0,07% wilgoci. Na drugim końcu skali znajduje się nylon, wysoce polarny polimer, który po osiągnięciu punktu nasycenia może wchłonąć 8-9% wody, czyli ponad 100 razy więcej niż PPE/HIPS. Jednakże nawet poziom wilgoci wynoszący 0,07% może powodować problemy "kosmetyczne" na powierzchni, jeśli materiał zostanie wystawiony na działanie temperatur czy to w procesie wtrysku, czy wytłaczania. Powstały defekt, znany jako rozpryski lub srebrne smugi, wskazuje, że formowany materiał zawiera zbyt dużo wilgoci. Suszenie jest więc niezbędnym etapem przygotowawczym, aby zapobiec temu defektowi.

Materiały hydrofobowe nie mogą wchłonąć znaczącej ilości wilgoci. Wszelka wilgoć, która może znajdować się w tych materiałach, pozostanie na powierzchni granulek i rzadko kiedy wzrośnie do poziomu większego niż 0,01%, ale nie na tyle, by spowodować jakiekolwiek problemy kosmetyczne lub strukturalne.


depositphotos-387989206-xl
Fot.: depositphotos.com/pl

Hydroliza

Chociaż wiele materiałów wymaga suszenia wyłącznie w celu optymalizacji wyglądu powierzchni, niektóre polimery ulegają bardziej znaczącym zmianom, jeśli są przetwarzane w obecności zbyt dużej ilości wilgoci. Wchodzą one wówczas w reakcję chemiczną zwaną hydrolizą. Mechanizm ten rozrywa wiązania kowalencyjne w łańcuchu polimeru, zmniejszając jego masę cząsteczkową i potencjalnie powodując znaczne zmniejszenie właściwości mechanicznych.

Niedostateczne wysuszenie materiału prowadzi w przypadku tworzyw higroskopijnych do powstania problemów przetwórczych i obniżenia jakości wyprasek poprzez naruszenie ich optycznych i mechanicznych własności, wytworzenie różnic kolorystycznych na powierzchni wyprasek oraz w lepkości tworzywa, wywołanie kruchości i łamliwości wyprasek, a także wywołanie problemów z wypełnieniem formy i rozformowaniem detali.

Materiały higroskopijne dzielą się na 2 grupy:

1. Grupa materiałów, których - w razie niedostatecznego wysuszenia - dotykają jedynie problemy kosmetyczne.

2. Grupa, której dotyczą problemy powodujące nieodwracalne uszkodzenia strukturalne w wyniku hydrolizy.

Przykładowo, mieszankę PC i ABS należy traktować z taką samą ostrożnością jak PC. Czasami pozornie subtelne modyfikacje receptury mogą zmienić znaczenie wymagań dotyczących suszenia. Ogólnie uważa się chociażby, że suszenie acetali (POM) nie jest konieczne; zaleca się jednak suszenie POM o modyfikowanej udarności, ponieważ modyfikatorem udarności jest zazwyczaj poliuretan, który ulega hydrolizie.

Suszenie

Prawidłowe suszenie polimeru wymaga zwrócenia uwagi na parametry takie jak: temperatura i zawartość wilgoci (punkt rosy) powietrza wlotowego, objętościowe natężenie przepływu powietrza, czas przebywania materiału w zbiorniku suszącym oraz temperatura powietrza powrotnego napływającego ze zbiornika do suszarki.

Warunki skutecznego suszenia są w dużej mierze podyktowane przez własności konkretnego polimeru. Podwyższona temperatura suszenia jest pożądana, ponieważ zwiększa szybkość usuwania wilgoci, jednakże musi jednocześnie pozostać poniżej temperatury mięknienia lub topnienia materiału. Jest to szczególnie istotne w przypadku materiałów amorficznych, takich jak ABS, poliwęglan i akryl, gdzie różnica między temperaturą suszenia a temperaturą mięknienia jest stosunkowo niewielka. Każdy, kto miał do czynienia z tymi tworzywami, prawdopodobnie doświadczył nieprzyjemnych konsekwencji przekroczenia temperatury w suszarce. Zasady stają się nieco bardziej złożone w przypadku rodzin polimerów, w których temperatury mięknienia różnią się w zależności od składu. Jednym z przykładów są stopy PPE/HIPS. Gatunki o dużej zawartości polistyrenu mogą mieć temperatury mięknienia tak niskie, jak 87-93°C i należy się z nimi obchodzić ostrożniej niż z gatunkami o wysokiej zawartości PPE, gdzie temperatura mięknienia może sięgać nawet 165-171°C. Podobnie elastomery, takie jak TPU, będą wykazywać zakres temperatur mięknienia związany z twardością Shore’a.