Сушка пластиковых гранул — этап, который на небольших производствах филамента чаще всего пытаются упростить, и за это потом приходится платить браком: пузырями в прутке, скачущим диаметром, хрупкой нитью. Для большинства полимеров, из которых делают филамент, и особенно для PETG, сушить гранулы перед экструзией нужно всегда — даже если мешок только что вскрыт.
Разберём, зачем нужна сушка и что происходит с влажным сырьём в экструдере, какие бывают сушилки, от чего зависит режим, как сушить PETG и мастербатч и как проверить, что гранулы действительно сухие. Конкретные температуры и время всегда сверяйте с документацией на марку сырья и на оборудование: ниже — ориентиры, а не универсальный рецепт.
Зачем сушить гранулы перед экструзией
Многие полимеры гигроскопичны: они впитывают влагу из воздуха не только поверхностью, но и всем объёмом гранулы. К таким материалам относятся PETG, PET, полиамиды, поликарбонат, в меньшей степени ABS и PLA. Полиэтилен и полипропилен влагу практически не впитывают, но и филамент из них делают редко.
В экструдере влага ведёт себя двумя способами:
- Превращается в пар. В расплаве образуются пузыри, пруток получается с пустотами, диаметр начинает скакать, а на выходе из фильеры может появиться «пена».
- Разрушает полимер. У полиэфиров, к которым относятся PETG и PET, вода при температуре переработки вызывает гидролиз — разрыв молекулярных цепей. Вязкость расплава падает, нить становится хрупкой, и это уже не исправить последующей сушкой готового филамента.
Поэтому гранулы из фабричного мешка не обязательно сухие. Мешок могли вскрыть, хранить в холодном складе и занести в тёплый цех, где на гранулах выпадет конденсат, или он просто пролежал достаточно долго, чтобы влага проникла через упаковку.
Поверхностная и внутренняя влага
Влага на поверхности гранул уходит быстро — её можно убрать даже тёплым воздухом за короткое время. Влага внутри гранулы выходит медленно: ей нужно продиффундировать к поверхности. Именно поэтому сушка занимает часы, а не минуты, и именно поэтому короткий прогрев «для галочки» не помогает гигроскопичным полимерам. Чем крупнее гранула, тем дольше путь влаги наружу.
Какие бывают сушилки для гранул
| Тип | Как работает | Когда подходит |
|---|---|---|
| Сушильный шкаф с лотками | горячий воздух циркулирует над тонким слоем гранул | малые объёмы, настольные линии, пробные партии |
| Бункер-сушилка горячим воздухом | нагретый воздух цеха продувается через гранулы в бункере над экструдером | слабогигроскопичные материалы, сухой климат |
| Осушающая (адсорбционная) сушилка | воздух сначала проходит через осушитель, затем нагревается и продувается через гранулы | гигроскопичные полимеры, в том числе PETG, стабильный результат круглый год |
| Вакуумная сушилка | гранулы нагреваются при пониженном давлении, влага уходит быстрее | когда важна скорость сушки, небольшие партии |
Главное отличие — сухость воздуха. Обычная сушилка горячим воздухом берёт воздух из цеха: если в цехе влажно, она сушит плохо, как бы долго ни работала. Осушающая сушилка подаёт воздух с очень низкой точкой росы (у таких аппаратов она обычно измеряется десятками градусов ниже нуля), поэтому результат меньше зависит от погоды и сезона.
От чего зависит режим сушки
- Температура. Чем выше, тем быстрее уходит влага, но каждый полимер имеет предел, выше которого гранулы начинают слипаться или деградировать. Для аморфных материалов, включая PETG, этот предел ниже, чем для кристаллических.
- Время. Обычно несколько часов. Сушка дольше рекомендованного не всегда безвредна: при длительном нагреве часть полимеров темнеет и теряет свойства.
- Сухость воздуха. Точка росы подаваемого воздуха определяет, до какой остаточной влажности вообще можно досушить гранулы.
- Расход воздуха и толщина слоя. В шкафу слой гранул на лотке должен быть тонким, иначе нижние остаются влажными. В бункере важно, чтобы гранулы находились в зоне сушки достаточно долго, то есть бункер был рассчитан на производительность линии.
- Исходная влажность. Сырьё, пролежавшее открытым несколько дней, требует больше времени, чем гранулы из только что вскрытого мешка.
Как сушить PETG-гранулы
PETG — аморфный сополиэфир. В отличие от кристаллического PET, который сушат при высокой температуре, PETG при таком нагреве начинает размягчаться, и гранулы слипаются в комья прямо в бункере. Поэтому режимы для PET на PETG переносить нельзя.
Ориентир для PETG, который часто встречается в рекомендациях производителей смол, — температура в районе 60–70 °C и время порядка 4–6 часов в осушенном воздухе. Для конкретной марки значения могут отличаться, поэтому ориентируйтесь в первую очередь на документацию поставщика сырья. Практические советы:
- не превышайте рекомендованную температуру, чтобы ускорить процесс, — слипшиеся гранулы плохо подаются и могут забить горловину;
- при первом использовании новой марки проверьте, не образуются ли комья у дна бункера;
- подавайте гранулы в экструдер сразу из сушилки или через закрытую систему, без открытой ёмкости на полпути;
- если линия встала надолго, не держите гранулы в бункере на температуре сушки часами — лучше снизить нагрев или выгрузить сырьё.
Подробнее о том, чем PETG отличается от других полимеров как сырьё, — в статье о PETG-гранулах для производства филамента.
Нужно ли сушить мастербатч
Мастербатч — концентрат красителя на полимерном носителе, и носитель может быть гигроскопичным не меньше основной смолы. Если носитель впитывает влагу, мастербатч тоже нужно сушить. Удобнее всего сушить его вместе с основными гранулами, если режимы совместимы, или отдельно по рекомендациям производителя красителя. Влажный мастербатч в малой доле всё равно может дать локальные пузыри и разводы цвета в прутке.
Как понять, что гранулы недосушены
Самый точный способ — анализатор влажности, который взвешивает навеску до и после нагрева. Если его нет, выручают косвенные признаки.
- Тест на горячей пластине. Положите несколько гранул на нагретую до температуры переработки металлическую поверхность и прижмите стеклом. Пузырьки и треск в расплаве — признак влаги.
- Пар и пена на выходе из фильеры. Сухой расплав выходит гладким и глянцевым.
- Пустоты в сечении прутка. Сделайте несколько поперечных срезов и рассмотрите их через лупу.
- Нестабильный диаметр без видимой причины. Если лазерный датчик показывает колебания, а настройки линии не менялись, стоит в первую очередь проверить сушку.
- Хрупкая нить. Пруток ломается при сгибе вместо того, чтобы гнуться.
Потом эти же проблемы увидит покупатель филамента: треск в сопле, пузыри на модели и слабое сцепление слоёв. Как они проявляются при печати, мы разбирали в статье о пузырьках и треске при печати.
Типичные ошибки при сушке
- Сушка «на всякий случай» при повышенной температуре. Для аморфных полимеров это слипание, для многих других — потемнение и деградация.
- Толстый слой в сушильном шкафу. Верх сухой, низ влажный, в экструдер попадает смесь.
- Открытая ёмкость между сушилкой и линией. За время ожидания гранулы снова набирают влагу из воздуха.
- Бытовая духовка вместо сушилки. Неравномерный нагрев, отсутствие циркуляции и точного контроля температуры дают непредсказуемый результат.
- Одинаковый режим круглый год. Летом и в межсезонье влажность в цехе выше, и сушилка горячим воздухом без осушения может перестать справляться.
- Пересушивание остатков. Сырьё, которое оставалось в бункере и сушилось несколько смен подряд, может отличаться по свойствам от свежего.
Сушка — часть стабильного процесса
На нашем производстве в Тольятти каждая партия PETG ARCTIC проходит сушку, а диаметр нити постоянно контролирует лазер — эти два этапа тесно связаны: без сухого сырья стабильный диаметр 1,75 ± 0,05 мм не удержать. Подробнее о том, как устроен процесс, — на странице о производстве.
Если вы делаете филамент сами, у нас можно заказать сырьё — PETG-гранулы и мастербатч. Что есть в наличии, в какой фасовке и на каких условиях, уточняйте у отдела продаж; описание материалов и порядок заказа — на странице «Сырьё для производства филамента».
Вывод
Сушить гигроскопичные гранулы перед экструзией филамента нужно всегда, и для PETG — особенно аккуратно: при умеренной температуре, в сухом воздухе и без перерыва между сушилкой и экструдером. Выберите сушилку под свои объёмы и климат цеха, возьмите режим из документации на марку, проверьте результат тестом на горячей пластине или анализатором влажности — и одна из главных причин пузырей и скачков диаметра уйдёт из процесса.