04 Сен 12 ДИСПЕРГИРОВАНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ И ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ

Высокая механическая прочность органических на­полнителей при малом объемном весе, благоприятные электрические свойства, низкая теплопроводность, упру­гость и волокнистая структура обусловили их широкое применение в производстве изделий из пластмасс, рези­ны, взрывчатых веществ и т. д. Наиболее распространен - .ным органическим наполнителем является древесный порошок, большая часть которого идет в производство полимерных строительных материалов. Качество этих материалов во многом определяется свойствами древес­ного наполнителя и. прежде всего размерами его частиц. С уменьшением их размеров эксплуатационные свойства пластмасс улучшаются.

В настоящее время в СССР из-за плохой по сравне­нию с минеральными веществами (известняк, кварц и т. д.) измельчаемости древесины и отсутствия специ­ального помольного и классификационного оборудова­ния дисперсные сорта древесной муки № 100 и 80[3] не выпускаются. Для измельчения древесных отходов при­меняют молотковые мельницы и ситовые классификато­ры. Эти машины достаточно эффективны в производстве грубодисперсного порошка (№ 180, 250, 400), но не при­способлены для получения тонких сортов. В связи с этим изучена возможность использования для тонкого измельчения древесины вибрационных и воздухоструй - ных мельниц, хорошо зарекомендовавших себя при тон­ком и сверхтонком помоле минеральных порошков [il89]>. Преимуществом этих машин является высокая интенсив­ность рабочего процесса и относительная простота кон­струкции по сравнению с молотковыми мельницами.

В опытах использовали вибромельницу М-10, момент вибратора который был равен 14 кг-см, частота коле­баний 2890 в 1 мин, амплитуда 2,5 мм. Потребляемая мощность составляла около 4 кет; удельная энергона­пряженность 0,4 квт/дм3-, мелющие тела (39 кг) пред­ставлены стальными шарами диаметром Ю—15 мм.

Поскольку в производстве алкидного линолеума ор­ганический наполнитель применяют совместно с мине­ральным, то была исследована возможность совместно­го измельчения опилок с наиболее употребительными минеральными наполнителями — известняком и кварце­вым песком. Характеристики дисперсности исходных ма­териалов (опилки и известняк были подвергнуты предва­рительному дроблению) представлены в табл. 29. В опы­тах использовали кварцевый песок Люберецкого карье­ра, известняк Мячковского месторождения и опилки хвой­ных пород.

Влажность опилок (после сушки) была в пределах 3—15%. Дисперсность готового наполнителя соответствует

Таблица 29 Гранулометрический состав материалов до измельчения Размер ячейки сита в мм Материал >2.5 0.8— 2,5 0.5- 0.8 0,2— 0,5 0.15— 0,2 0,1 — 0,15 <0.1 Опилки: Мелкие................... Крупные* .... Кварцевый песок. . Известняк...................... 0,1 6,2 12,5 14,5 60,0 24,0 23,6 14,0 17,5 37,0 9,0 0,4 12,5 2,4 7,0 91,4 8,2 7.6 3,2 2,6 7.2 14,9 0.6 5,6 17,9

* Не подвергались дроблению.

ГОСТ 911—62. По каждой. пробе делали три анализа, результаты которых усредняли.

S,/Sz Sjttfjafi

5 10 15 го 25 30 і, тин

Рис. 56. Кинетика измельчения древесины и смеси ее с квар­цем /— удельная поверхность смеси. 2 — древесины; 3 — их отношение

На рис. 55 изображены кривые гранулометрического состава порошков, полученных после 20 мин помола. Кривая 1 относится к загрузке, состоящей из 400 г толь­ко опилок; а кривая 2 — к загрузке из 400 г олилок и 230 г известняка. Несмотря на значительное увеличение

Вг

Во втором случае массы измельчаемого материала, тони­на помола опилок существенно выше, чем в лервом, да­же если предположить, что грубые фракции представ­лены только древесными частицами.

Аналогичное явление интенсификации измельчения древесины было отмечено и при добавлении к ней квар­ца. Как следует из рис. 56, смесь (600 г опилок и 400 г песка) измельчается значительно интенсивнее чистой древесины. Условную удельную поверхность (см2/см3)

6

Определяли расчетным путем по формуле 5= "х(80)"> где

Л<во) — размер ячейки сита, через которое проходит 80% измельченного продукта. На этом же графике показано изменение отношения условных удельных поверхностей смешанной загрузки и чистых опилок. С ростом дисперс­ности готового продукта это отношение уменьшается.

Влияние минеральных добавок на диспергирование дре­весины можно объяснить тем, что минеральные частицы, измельчаясь сами, служат в то же время дополнитель­ными мелющими телами по отношению к древесным час­тицам.

Для опытов промышленного масштаба была выбра­на вибрационная мельница (М-600), состоящая из двух расположенных одна над другой помольных камер об­щим объемом 600 дм3, между которыми находится ви­братор. Момент вибратора регулируется от 2200 до 3400 кг-см, частота колебаний равна 980 в 1 мин, ам­плитуда— 10—12 мм. Потребляемая мощность в зави­симости от величины момента вибратора составляет 90— 135 кет; мелющие тела представлены стальными шара­ми диаметром 15—25 мм и общим весом 1380 кг. Ис­ходный материал из бункера через барабанный дозатор емкостью 2 дм3 поступает в верхнюю помольную камеру, а из нее через люк с регулируемым проходным отвер­стием во вторую помольную камеру, на выходе из кото­рой находится разгрузочный шнек. Испытания проведе­ны при кинетическом моменте вибратора 3100 и 3400 кг-см. Измельчали опилки, отгрохоченные по круп­ности 5 мм и высушенные до влажности 3—4% с добав­кой сухого кварцевого песка и без него.

При анализе продуктов измельчения было отмечено наличие больших агрегатов в крупных фракциях (особен­но при помоле без минеральных добавок), которые пред­ставляли собой диски, спрессованные из мелких частиц, легко распадающиеся в турбулентном воздушном потоке.

Опыты показали, что вибрационное измельчение по­зволяет получить продукт, в котором содержится 85— 90% порошка, соответствующего по дисперсности муке № 100. Причем эффективность измельчения опилок в области высокой дисперсности в внбромельнице М-600 оказалась выше, чем в молотковой. Энергозатраты при вибрационном измельчении составляют около 1000 — 1200 кет-ч/т для чистой древесины и 550 кет - ч/т для сме­си ее с кварцем. Они могут быть снижены примерно в 1,5 раза как за счет применения предварительного гру­бого измельчения в молотковых мельницах, так и за счет подбора оптимальных режимов помола и воздушной классификации.

Применяемые в настоящее время промышленностью молотковые мельницы ЗЦ2Б и двухкорпусные рассевы марки ЭРМ вследствие забивания сеток с малым разме­ром отверстий малопригодны для получения тонкодис - персных сортов древесного наполнителя. В связи с этим было осуществлено экспериментальное изучение возмож­ности сепарации измельченных в вибромельнице опилок в воздушном роторном классификаторе. Как оказалось, даже при. неподвижном роторе выход тонкой фракции, соответствующей муке № 100, достигает 80%. Однако в возврате остается еще 10—15% этого продукта. Увели­чение числа оборотов ротора повышает дисперсность тонкого продукта, но его выход и к. п. д. классификации уменьшаются.

Величину к. п. д. (классификации рассчитывали по формуле

Где А — выход тонкого продукта сепараций; а и Ь — содержа­ние исследуемой фракции соответственно в тонком и исходном по­рошках.

К. л. Д. классификации по муке № 100 в описанном выше случае составил около 87%. При скоростях вра­щения ротора КОВ-600 220 об/мин и выше можно полу­чать порошок марки № 80. При этом продукт марки № 80 составляет 55% исходного, содержание его в воз­врате около 25%, к. п. д.— 70%. После повторной сепа­рации тонкого продукта марки № 80 его суммарный вы­ход за два этапа составил 65%. содержание в возврате около 16%, к. п. д.-80%.

В тонком продукте было отмечено наличие частиц крупнее 150 мкм в количестве 0,5—0,6%- Избавиться от этих частиц можно было только при скорости вращения ротора выше 500 об/мин. Однако выход тонкой фракции и к. п. д. классификации с повышением скорости враще­ния ротора резко уменьшаются (рис. 57).

Кроме вибрационных мельниц с классификаторами была изучена возможность применения струйных мель­ниц. В этих машинах исключено спрессовывание измель­чаемых частиц и перегрев материала. Следовательно, в отличие от молотковых и особенно вибрационных мель­ниц, где необходимо интенсивное воздушное или водяное охлаждение помольных камер, они безопасны в пожар­ном отношении. К недостаткам воздухоструйных мельниц следует отнести трудность измельчения в них малоплот­ных частиц. Поэтому чистые опилки мелются в них пло­
хо. Так, если ири измельчении кварцевого песка до дис­персности, характеризуемо» остатком 30% на сите с от­верстиями 60 мкм, производительность мельницы ЗС-06 равна 500 кг/ч, то при помоле опилок она составляет всего 40 кг/ч. Как и в случае вибромельниц, минераль­ная составляющая интенсифицирует измельчение опи­лок. Значительное повышение скорости измельчения смг - си древесины с известняком Ипд или кварцем (почти на 30% в расчете только на древесную составляющую) было достиг­нуто предварительным дробле­нием опилок.

Была исследована возмож­ность применения тонкоизмель - ченного древесного и древесно - известнякового наполнителя в поливинилхлоридных (ПВХ) композициях [190, 191]. Опил­ки измельчали в струйной мель­нице УСВ-600 и вибрационных М-10 и М-230. Мельница М-10 работала в периодическом режиме, мельницы УСВ-600 и М-230 в непрерывном в комплексе с классификаторами, причем тонкость помола регулировали изменением ско­рости вращения его ротора. Дисперсность получаемых порошков характеризовали величиной удельной поверх­ности по методу воздухопроницаемости и грануломет­рическим составом, определенным ситовым анализом. Удельную поверхность измеряли с учетом возможной ее зависимости от уплотнения, а ситовой анализ проводили в соответствии с ГОСТ 911—62. Об изменении свойств порошка судили по величинам насыпного веса и масло - емкости (пластификатороемкости) по отношению к диок- тилфталату.

Как показывают данные табл. 30, от способа измель­чения древесины особенно заметно зависит величина на­сыпного веса и пластификатороемкости порошка. Вибро - измельченная древесина обладает в 2—3 раза большим насыпным весом и в несколько раз меньшей нластифика- тороемкостью, чем порошок струйного помола. При этом чем длительнее обработка древесных частиц в вибро­мельнице, тем выше значение насыпного веса и меньше величины пластификатороемкости. Этот же эффект до­
стигается при повышении амплитуды колебаний (момен­та вибратора) мельницы. Специфика вибрационного из­мельчения выражается также в повышенной агрегации мелких древесных частиц: величина удельной поверх­ности порошка при длительном измельчении уменьшает­ся, несмотря на возрастание содержания. мелких фрак­ций. Аналогичная картина наблюдается и при измель­чении смесей древесины с минеральными порошками, на­пример с известняком при различных соотношениях этих компонентов (см. табл. 30). Свойства древесного

Таблица 30 Свойства древесного и древесио-известиякового наполнителя различного состава А> Ч о Cto Л н И Я А П Н гп С RJ В _ « Й « _ О К Я « О. 8 £ Состав весина: вестняк Мельница Номер ннтеля" = л " S £ ? Rf D. Лив Я? Is Маслое в % І 1:0 Молотковая 250 107 400 2 1:0 Струйная 180 7 400 125 320 3 1 : 0 Вибрационная М-10 220 14 700** 222 135 4 1 г0 То же 120 11 000** 230 114 5 1 «0 » 80 9 800** 303 94 6 7.4 Струйная 100 7 300 294 126 7 7.4 Вибрационная М-10 150 7 300 450 102 8 7:4 То же 80 6 800 510 83 9 7 «4 Вибрационная М-230 140 — 315 131 10 1:1 Струйная 150 — 302 133 11 1:1 » 80 7 200 340 150 12 1 : 1 Вибрационная М-10 120 8 000 490 71 13 1 >1 То же 80 7 000 575 59 14 1:1 Вибрационная М-230 160 — 396 85

* Номер наполнителя (ГОСТ 911—62) определяется размером ячейки сита в мкм, через которое просеивается не менее 95% материала. •* Измерено методом низкотемпературной адсорбции азота.

Наполнителя могут быть изменены и комбинированием способов измельчения. Например, после кратковременно­го домола в вибромельнице порошка, предварительно диспергированного в струйной мельнице, его насыпной вес увеличивается, а маслоемкость уменьшается.

Древесный и древесно-известняковый наполнители, полученные измельчением в мельницах разного типа, были испытаны в синтетических материалах для полов. Как выяснилось, способ измельчения древесно-известня-
нового наполнителя не влияет на свойства алкидного (глифталевого) линолеума, тогда как свойства поливи - ннлхлорндных изделий с модифицированным и немоди- фицироваином наполнителем заметно различаются.

Для испытаний была использована ПВХ смола мар­ки С-бб. Степень наполнения композиций составляла в большинстве случаев 39 вес. %. В составе композиций были использованы также кумароновая смола 2%, сили­кат свинца 1 % веса массы. Соотношение между смолой С-65 и пластификатором-диоктилфталатом было выбра­но в пределах 0,45—0,475. Массу вальцевали на лабора­торных вальцах при фрикции 1 :1,27 и температуре 135—140°С. Полученный линолеум имел толщину 1,6— 1,8 мм.

При вальцевании была отмечена лучшая перерабаты - ваемость массы с виброизмельченным древесночизвест - няковым наполнителем. ПВХ композиции, содержащие древесину струйного помола номер 80 в количестве 39%. вальцевались с большим трудом (плохая адгезия к вал­ку). Удовлетворительное качество поверхности достига­лось только при содержании наполнителя, равном 35%.

Физико-механические свойства ПВХ образцов, содер­жащих чистый древесный и древесно-известняковый на­полнители, представлены в табл. 31. Эти данные свиде­тельствуют о том, что повышение дисперсности напол­нителей до марки 80 заметно улучшает свойства лино­леума: повышается прочность, упругость, твердость об­разцов, резко возрастает их эластичность, уменьшается водоноглощение. Внешний вид образцов улучшается — при достаточно тонком измельчении наполнителя на по­верхности пленок не видны отдельные древесные час­тицы.

Исследование поперечных срезов ПВХ пленок пока­зывает, что переход от древесных наполнителей струй­ного и молоткового помола к виброизмельченному обес­печивает менее пористую и более однородную структуру материала. Помимо этого пленки, приготовленные на вибромолотых наполнителях, обладают высокими пока­зателями прочности, гибкости, износостойкости, малым водопоглощением.

209

Обращают на себя внимание малые величины плот­ности образцов с древесным и древесно-известняковым наполнителем (в среднем 1,39 г/см3). При наполнении известняком ПВХ материалы имеют плотность 1,7—

Расход пластнфи - кагора*** в кг/л1	0,55 0,56 0,56 0,56 0,49 0,50 0,45 0,50 0,47 0,57 0,50 0,51 0,50
° я * И ю	1,15 1,18 1,17 1,17 1,10 1,11 1,13 1,10 1,05 1,19 1,11 1,13 1,11
Л ё"	1,29 1,32 1,31 1.31 1.34 1.35 1,35 1.38 1.32 1,42 1.39 1,41 1,39
Водопо - глощеиие В.%	3,24 1,52 1,63 1,45 1,61 1,15 1,41 1,35 1,22 1,06 1,09 0,91 1,55
Истирае­мость в мкм	СО — (N N "со lOTj-ClCCrtUO^CD СО Ю С-І СО ^ 1С CJ СО Tf Ю СО
Много­кратность изгиба в циклах	150 940 1050 10 ПО * 415 380 810 1420 870 2130 460
Упругость в %	Ю ио ОШОЮЮСОСМОТРСО-^О-З"
Твер­дость** в мм	0,21 0,21 0,31 0,28 0,25 0,22 0,22 0,25 0,25 0,23 0,27 0,21 0,22
Относи­тельное ; удлинение В %	In^tNCOMOlOOffiNOCntN - COTflO-HCOffORCD^NcO
Прочность на разрыв в кгс/см'	Ооооооооооооо юсосою^по^осоюмш HSCOOOOOlShNNCOON
Содержа - вне напол­нителя* В %	ROOCOfO-fTffOcOfOWCOfOfO
№ об­разца	HdCOlOOCOOOrtlN^^CO^

О =г

Х М С

Г s х л X

§ S « X •е

П А s

1,8 г/см3 (при содержании известняка до 50%' веса ком­позиции), расход смолы на линолеум при толщине 2 мм составляет при этом 1,2—1,3 кг/м2, а расход пластифи­катора 0,49-4),51 кг/м2. Замена известняка на древесно - известняковый наполнитель при том же расходе смолы и даже некоторой ее экономии (0,1—0,15 кг/м2) позволяет повысить теплозащитные свойства линолеума.

Можно полагать целесообразным применение дре- весно-известнякового наполнителя помер 80—100 для ПВХ линолеума, в первую очередь для нижнего слоя в многослойных изделиях и специальных видах теплоза­щитных материалов.