Szczególne przypadki
Materiały półkrystaliczne, takie jak nylon i PBT, umożliwiają stosowanie znacznie wyższych temperatur, niż jest to zalecane. Jednakże w przypadku tych materiałów istnieje ryzyko utleniania, czyli reakcji chemicznej, która może nieodwracalnie uszkodzić polimer zanim dotrze on do gardzieli zasilającej maszyny. Jest to szczególnie istotne w przypadku nylonów.
Natomiast wyjątkowo uważnym należy być podczas suszenia PET i PLA. Przechodzą one przemianę z postaci amorficznej w półkrystaliczną zanim ostatecznie się stopią. Tworzywo ulega zeszkleniu, które na termogramie pojawia się jako przejście schodkowe, w temperaturze około 70-75°C. W tym momencie materiał zmięknie, żeby po osiągnięciu około 110°C zacząć krystalizować. Próbki pobrane w trakcie procesu ukazałyby, jak materiał zmienia się z przezroczystego w mętny, a następnie nieprzezroczysty. Proces ten jest zakończony, gdy temperatura osiągnie 140-150°C (w zależności od gatunku materiału). Wreszcie, w temperaturze 245°C, nowo powstałe kryształy topią się.
PET wymaga zakresu temperatur suszenia 135-165°C. Gdyby amorficzną postać PET ogrzano od temperatury pokojowej do wymaganej temperatury suszenia, uległby on aglomeracji w jedną dużą masę, a następnie krystalizowałby w tej samej dużej masie w temperaturach wystarczająco wysokich, by zapewnić skuteczne usuwanie wilgoci. Aby temu zapobiec, PET należy stale mieszać podczas ogrzewania do temperatury zeszklenia i rekrystalizacji w stanie stałym, tak aby tworzywo można było następnie ogrzać do odpowiednich temperatur suszenia bez aglomeracji.
PLA wykazuje zasadniczo takie samo zachowanie, chociaż określone kluczowe temperatury są nieco niższe niż w przypadku PET. Stawka w odniesieniu do obu polimerów jest bardzo wysoka. Żeby skutecznie przetworzyć materiał w produkt o pożądanych właściwościach, może być wymagana wilgotność na poziomie zaledwie 50 ppm.
Dobór systemów suszących
W zależności od rodzaju tworzywa stosuje się różnorodne systemy suszenia:
- tworzywa niechłonące wilgoci (PP, PE, PS itp.) należy suszyć (podsuszać) w przypadku, gdy na skutek zmian temperatury otoczenia może na granulacie osadzać się wilgoć kondensacyjna. Dla niewielkiej produkcji wystarczające są nawet stare komorowe suszarki z zamkniętym obiegiem powietrza.
- tworzywa chłonące wilgoć w nieznacznym stopniu (ABS, PMMA), zwłaszcza w przypadku uszkodzonych opakowań bądź dodatków przemiału, należy suszyć w suszarkach z wymuszonym nadmuchem gorącego powietrza (przewiew powietrza przez złoże tworzywa).
- tworzywa silnie chłonące wilgoć (PC, PA, PBT, PET) można suszyć jedynie w suszarkach z nadmuchem suchego gorącego powietrza (suszarki z sitem molekularnym). Bardzo skuteczne jest stosowanie suszarek próżniowych.
Istnieją inne metody, takie jak suszenie próżniowe i sprężonym powietrzem. Zbadano różnorodne technologie, takie jak podczerwień i częstotliwość radiowa, ale większość współczesnych systemów komercyjnych nadal stosuje pewien wariant technologii środka osuszającego. Jednocześnie w użytku jest wiele systemów, które wykorzystują gorące powietrze bez pomocy środka suszącego. Chociaż systemy te są mniej złożone, brakuje im możliwości ciągłego dostarczania suchego powietrza do materiału w leju zasypowym.
Czas suszenia i czas przebywania tworzywa w suszarce
Łatwo zauważyć, że temperatura suszenia i punkt rosy charakterystyczny dla danego tworzywa nie są jedynymi czynnikami wpływającymi na wynik suszenia. Każde tworzywo ma również własny specyficzny czas suszenia, którego potrzebuje, by oddać zawartą w sobie wilgoć.
Czas przebywania tworzywa w zbiorniku suszącym zależy od pojemności tego zbiornika i wydajności suszarki. Wielkości te wpływają na optymalny czas suszenia. Usuwanie wilgoci jest trudniejsze w końcowej fazie suszenia, dlatego korzystne jest stosowanie ruchu przeciwprądowego powietrza w stosunku do tworzywa tak, aby wdmuchiwane od dołu świeże powietrze napotkało w pierwszej kolejności tworzywo podsuszone, a następnie po częściowym zawilgoceniu i obniżeniu temperatury było wykorzystywane do wstępnego podsuszania wilgotnego tworzywa.
O przebiegu suszenia decyduje przede wszystkim temperatura powietrza suszącego, wilgotność względna powietrza, higroskopijność granulatu, a także wymuszenie (ruch przeciwprądowy) strumienia powietrza. Proces suszenia powinien być zorganizowany w ten sposób, aby wszystkie ziarna granulatu były dostępne dla owiewającego powietrza. Suszenie stacjonarne tworzywa w postaci grubej warstwy nieruchomego granulatu jest powolne i mało skuteczne. Wymuszony strumień powietrza suszącego powinien być ogrzany do możliwie wysokiej temperatury, ale nie wyższej od temperatury mięknięcia i nie wyższej niż temperatura grożąca utlenieniem polimeru.
W tabeli 1. zestawiono zalecane temperatury suszenia dla tworzyw.
Metody osuszania tworzyw
Wygrzewanie
Odparowanie wody zawartej na powierzchni lub w kapilarnych porach tworzywa przez wygrzewanie jest procesem najbardziej energochłonnym. Dla przejścia fazowego wody w stan pary suchej potrzebna jest ilość ciepła wyrażona znanym wzorem:
Q = M × qw
gdzie M to masa wody, a qw - ciepło parowania.
Ze względu na dużą wartość ciepła parowania wody - największą ze wszystkich substancji płynnych - energia potrzebna do suszenia tą (wydawałoby się najprostszą) metodą byłaby duża. Suszarnie bazujące na metodzie odparowania wody są najprostsze w budowie, ale najbardziej energochłonne. Jednocześnie ich wadą jest naruszenie trwałości i spoistości półproduktów z tworzyw, gdyż gwałtownie parująca woda wydobywająca się przez kapilarne mikroszczeliny uszkadza ich strukturę. Może dochodzić do wypacania plastyfikatorów, których obecność we właściwej ilości jest niezbędnym warunkiem zachowania sprężystości i elastyczności niektórych tworzyw sztucznych. Nadmierne wygrzewanie dla osuszenia wiąże się z ryzykiem zmniejszenia własności użytkowych produktu. Poza tym duża część substancji lotnych, wydzielających się z nadmiernie podgrzanych tworzyw, nie jest obojętna dla zdrowia osób obsługujących urządzenia.
Pewnym ulepszeniem metody odparowania wody jest użycie komór mikrofalowych. Oszczędza się wtedy energię traconą na ogrzewanie samej komory i płyt, gdyż grzeje się tylko woda. Pozostają jednakże inne wymienione wady.
