Du har spørgsmål om ekstrudering, og Allan Griff har svarene. Men hvad han ikke havde under et nyligt afholdt webinar om de vigtigste principper for ekstrudering, som PlasticsToday var vært for, var tid. Snesevis af spørgsmål strømmede ind fra deltagerne, og han kunne kun besvare en håndfuld af dem i løbet af den afsatte tid til live Q&A. Som lovet i starten af webcasten svarede han imidlertid via e-mail på alle de spørgsmål, der ikke var blevet besvaret i køen. Det gik op for os, at andre personer i ekstruderingssektoren kunne have gavn af denne udveksling, så vi deler den her.
Hvis du gik glip af webinaret, kan du forresten stadig lytte med på efterspørgsel uden beregning. Du skal blot klikke her, læne dig tilbage og nyde!
Og lad os nu komme til det tekniske.
Q: Kan du beskrive de mest almindelige kilder til visuelle defekter, såsom sorte pletter eller geler, og hvad der kan gøres for at afhjælpe dem?
A: Nedbrydning sker i langsomt bevægelige områder af hovedet og matricen, især hvis matricen efterlades fuld og varm i en lang periode. Harpiks med mindre termisk stabilitet (mindre antioxidant) vil nedbrydes hurtigere. Termisk stabilitet kan testes, men er sjældent en del af en købsspecifikation. Den reduceres, hvis der anvendes en betydelig mængde genbrugsmateriale i blandingen, men der kan tilsættes mere antioxidant som et koncentrat ligesom farvestoffer.
Drool på de ydre læbekanter kan også være en årsag, især ved blæst folie, hvor matricen ekstruderes opad, og overfladen er vandret. Proceshjælpemidler og luft rettet mod den udgående linje vil reducere savlen.
Forurenet foder kan indføre stort set alt, men meget kan fanges på skærmene, afhængigt af det anvendte net. Til meget fin filtrering anvendes skærme af sintrede metalfibre. Screening vil hjælpe med alt, der kommer ud af skruen, men ikke med det, der dannes i matricen.
Egte geler er tværbundne polymerer i et tidligt stadium af overopvarmningsreaktion – klare, hvis produktet er klart, men måske gulnet, og uopløselige i opløsningsmidler, der opløser den uomdannede polymer. De kan dannes hvor som helst, selv i skruen, og komme gennem skærmene, hvor de kan bryde op i gel-“brusere”.”
Q: Er der en regel til beregning af den korrekte brudskive, hvis jeg kører 3000 PSI?
A: Det afhænger af maskinens sikkerhedsgrænser og konsekvenserne af et nedbrud. Alle kommercielt ansvarlige ekstrudere kan sagtens tåle 3000 PSI. Sørg for, at matricen og hovedet også kan klare de forventede tryk, men det maksimale tryk er ved skruespidsen (hvor måleren skal være, bag skærmene) eller nogle gange længere tilbage i tønden. Det er vigtigt at alarmere trykmåleren, hvilket kan forhindre unødvendige nedlukninger. Du kan måske indstille en alarm ved 4500, men sætte en skive til 5000 eller mere.
Q: Hvad er din holdning til brug af efterslibningsmateriale?
A: Brug så meget som muligt uden at miste salget eller kunden. Test for at sikre konsistens og minimal nedbrydning, men forvent ikke stringent farveægthed. Hold det rent for at undgå kontaminering og stresskoncentratorer i produktet. Hvis du køber udefra, skal du købe klogt for at få lave priser og minimalt tab af termisk stabilitet.
Q: Kan du kommentere virkningen af størrelsen af regrind-partikler i forhold til den jomfruelige harpiks på den samlede proces og den resulterende kvalitet?
A: Hvis den ikke er ensartet og ens, kan der være domæner med mere regrind (mere misfarvet, måske svagere) og domæner med jomfrueligt materiale. Hvis der er tale om forblanding, kan den tættere jomfru sig fastlægge på bunden og også forårsage en sådan ulighed. Hvis regrind ikke er termisk kompromitteret (minimal antioxidant er brugt op), gør det måske ikke den store forskel. Alle partikler skal være væsentligt mindre end kanaldybden i indføringszonen. Det er bedst at bruge to separate feedere, der er indstillet til de ønskede proportioner.
Q: Findes der forskellige skruedesigns (stigninger) til forskellige plasttyper?
A: Nej, de fleste stigninger er enten firkantede (17,6˚) eller ændret af specifikke årsager, f.eks. i en barriere-sektion eller til let, fluffy feed.
Q: Kan du kommentere nytten af at udføre smelteflow-tests på ekstruderet plade, før sekundær (dvs,
A: Hvis du også har testet råmaterialet, kan du så se, hvor meget, hvis overhovedet, materialet er blevet nedbrudt i forarbejdningsfasen. Opløsningsviskositeter vil også vise dette for PVC, PET og nogle få andre.
Q: Hvordan styrer du blandingen af forskellige polymerer?
A: Et meget stort spørgsmål: Nogle nøgleord omfatter skruedesign, slid på skruevolden (hjælper nogle gange), statiske blandere, tættere eller mere åben skærmpakning, kontrol af skrue-rodenes temperatur, matrikelmodstand og valg af koncentratbærere, der har meget højere flow end basismaterialet.
Q: Hvordan påvirker fugtindholdet (eller tørring af materialet før forarbejdning) ekstruderingsprocessen og det resulterende ekstruderede produkt?
A: Det afhænger af polymeren og additiverne. De fleste additionspolymerer (PE, PP, PS, PVC) absorberer ikke fugt, men deres tilsætningsstoffer, som f.eks. fyldstoffer og pigmenter, kan det. I sådanne tilfælde vil alt over ca. 0,1 vægtprocent H2O koge af, når det forlader matricen, og skabe stiplede linjer eller bobler på den ekstruderede overflade. Denne mængde fugt kan fjernes gennem en udluftning eller i en varmlufttørrer, der bedst monteres på eller lige ved ekstruderen. Nogle få additionspolymerer, især ABS og akryl, absorberer mere end 0,1 %, især i fugtige områder. I disse tilfælde kan det være nødvendigt med en mere aggressiv tørring, f.eks. en affugtende tørretumbler eller undertiden en dobbelt udluftning. Med kondensationspolymerer (PET, PC og nyloner) drives vand ud i polymerisationsreaktionen, og ved smeltetemperaturer angriber og bryder vandet bindingen der, hvor det kom fra. Produktet er da svagere i træk- og slagstyrke, men ikke mindre stift. Disse polymerer skal tørres til meget lavere niveauer (0,01 % eller mindre); affugtende tørretumblere er almindelige, men nogle gange er en udluftning tilstrækkelig, hvis ekstruderingen er hurtig nok (lavere opholdstid ved smeltetemperatur) til at holde denne nedbrydning nede på et tolerabelt niveau.
Q: Hvad er den bedste teknik til måling af smeltetemperaturen, og hvad er de mest almindelige faldgruber, der påvirker temperaturaflæsningens pålidelighed?
A: Separat smeltetemperatursonde i hovedet, om muligt godt efter skærme og statisk blander; variabel dybde er bedst, men let beskadiget. Også infrarød måling af spirende ekstrudater er god, hvis måleren holdes fast eller er fast monteret. For runde produkter skal man scanne langsomt hen over produktet og se efter den højeste værdi. En dobbeltmåler ved skruespidsen er mindre pålidelig, men bedre end ingenting. Bedøm ikke ud fra tønde- eller matrikelmetaltemperaturer, og antag ikke, at hele massen har samme temperatur på tværs af strømningsvejen.
Pitfalls omfatter kalibrering af måleinstrumenter (kogende vand 212 F og ren ethylenglycol = frostvæske 387 F).
Q: Kommer revner af overophedningens onder?
A: Hvis du mener revner i en færdig del, ja; den ekstra varme kan nedbryde plastikken, især på den overflade, der er udsat for luft, og gøre den mere skør. Hvis du mener sprækker i forbindelse med miljømæssig stress, måske, men vi skal vide mere om selve polymeren, dens molekylvægt/smelteindeks, miljøet (rengøringsmidler?) og belastningerne på produktet.
Q: Hvordan kan du vide, om ekstruderindstillingerne forringer effektiviteten af additiver som f.eks. flammehæmmere?
A: Kend retardatorens nedbrydningstemperaturinterval. Mål smeltetemperaturen så tæt på udgangen og så pålideligt som muligt, og se, om den er tæt på eller over den acceptable smeltetemperatur for retardanten.
Q: Hvorfor har direkte drevne gearløse ekstrudere uden gearkasse ikke taget fart? Er det fordi energibesparelserne ikke var det værd?
A: De nuværende motorer gør et godt stykke arbejde, og direkte motorer er ikke klart overlegne, hverken med hensyn til pris, ydeevne eller energibesparelser. De har en niche, hvor pladsen skal minimeres (nogle co-ekstruderinger), og nogle OEMS sætter dem på nye linjer, selv hvor pladsen ikke er begrænset.
Q: Er det muligt at køre profilekstruderinger med et materiale med højt smelteindeks (MI) (over 1)? Hvilke egenskaber er der ved materialer med højere smelteindeks?
A: De højere MI’er har kortere, mindre molekyler og er mindre stive (lavere viskositet) som smeltemateriale, men det afhænger af temperaturen, så de vil blive kørt køligere end materialer med lavere MI’er. En MI på 1 er ikke særlig høj, og det burde være muligt at køre de fleste profiler. Vær opmærksom på afstanden mellem matricen og den første køling, da det kan være nødvendigt at ændre dette for at undgå for meget gennemslag i dette rum. Du kan evt. sprøjte eller dryppe kølevand på den fremspirende plast i dette rum samt i køleapparaterne. Jeg kan ikke sige mere uden at vide mere om profilen og harpikstypen.
Q: Nogle europæiske ekstrudere drejer skruen betydeligt hurtigere end traditionelle enkeltskrue-ekstrudere, ser du dette som en forbedring, dvs. mere output fra en given tønde størrelse?
A: Jeg er mindre optaget af tønde størrelse eller omdrejningstal, men mere af omkostninger pr. produceret enhed med samme kvalitet (blanding, styrke) og evne til at holde temperaturen under kontrol. Højere hastighed betyder en varmere smeltning, men også mindre tid ved høj temperatur, hvilket måske eller måske ikke kompenserer. Hastighed for hastighedens skyld er som nyt for nyhedens skyld og distraherer ofte fra en ansvarlig omkostningsanalyse.
Q: Er der særlige betingelser for forarbejdning af polyamider, polylactid eller andre polymerer, der kan hjælpe med at forhindre nedbrydning? Hvilke harpikser skal f.eks. tørres? Hvilke skal køres uden ilt?
A: For kondensationspolymerer som dine eksempler vil vand angribe og bryde bindingerne mellem monomerne ved smeltetemperaturer. Produktet er da svagere i træk- og slagfasthed, men ikke mindre stift. Disse polymerer skal tørres til meget lave niveauer; affugtende tørretumblere er almindelige, men nogle gange er en udluftning tilstrækkelig, hvis ekstruderingen er hurtig nok (lavere opholdstid ved smeltetemperatur) til at holde nedbrydningen på et tolerabelt niveau.
Polyamider er lidt anderledes, da de absorberer meget fugt, men det virker også som blødgører, så man kan tørre for meget, få højere viskositet og dermed generere mere varme i skruen. Der er et optimalt tørringsniveau, ikke bare “så tørt som muligt”.
Med hensyn til ilt kan det forårsage misfarvning og nedbrydning, men der er ingen ilt inde i ekstruderen bortset fra luften mellem partiklerne, som normalt er for kølig til at reagere. Nogle få filmlinjer, der køres under nitrogen, eliminerer selv denne chance for oxidation. Større bekymringer med hensyn til oxidation vedrører overfladetemperaturen, når den forlader matricen – varme betyder bedre vedhæftning af printet, men langsommere varmeforsegling og mulige lugt- og smagsvirkninger.
Q: Kan du fortælle os mere om shear thinning?
A: Jo hurtigere en smeltemasse bevæger sig i forhold til tønde- eller matricevæggene, jo tyndere bliver den (mindre kraft til at skubbe en given mængde = lavere viskositet). Dette er især nyttigt for smeltemasser med høj viskositet som PVC, ABS og PE med lavt MI-indhold og betyder, at de kan køres med lavere smeltetemperaturer eller generere mindre varme i ekstruderen eller noget af begge dele. Størrelsen af forskydningstyndingen kan udtrykkes ved hjælp af power-law eksponenten, der relaterer tryk til flow. Med en eksponent på 2 giver en fordobling af skubbet 4 gange flowet (2 i kvadrat = 4). Med en eksponent på 3 giver en fordobling af skubbet 8 gange flowet (2 kubik = 8).
Q: Hvad er den bedste måde at optimere fremføringstemperaturen på?
A: Brug en tørretragt med varmluft, hvis den er tilgængelig, selv hvis der ikke er behov for tørring. Find den passende fodertemperatur ved forsøg og succes. Den faktiske temperatur gør måske ikke den store forskel, da konsistensen er det vigtigste.