U hebt vragen over extrusie, en Allan Griff heeft de antwoorden. Maar wat hij niet had tijdens een recent webinar over de belangrijkste principes van extrusie, georganiseerd door PlasticsToday, was tijd. Tientallen vragen stroomden binnen van aanwezigen en hij kon er slechts een handvol beantwoorden tijdens de toegewezen tijd voor de live Q&A. Zoals beloofd aan het begin van de webcast, beantwoordde hij echter via e-mail alle vragen die in de wachtrij onbeantwoord waren gebleven. Het kwam ons voor dat andere mensen in de extrusiesector hun voordeel zouden kunnen doen met deze uitwisseling, dus delen we het hier.
Tussen haakjes, als u het webinar hebt gemist, kunt u het nog steeds kosteloos on demand beluisteren. Klik hier, leun achterover en geniet!
En nu, laten we technisch worden.
Q: Kunt u de meest voorkomende bronnen voor visuele defecten, zoals zwarte vlekken of gels, beschrijven en wat kan worden gedaan om ze aan te pakken?
A: Degradatie gebeurt in langzaam bewegende gebieden van de kop en de matrijs, vooral als de matrijs vol en heet wordt gelaten voor een lange periode van tijd. Hars met minder thermische stabiliteit (minder antioxidant) zal sneller degraderen. Thermische stabiliteit kan worden getest, maar maakt zelden deel uit van een aankoopspecificatie. Het wordt verminderd als aanzienlijke regrind wordt gebruikt in de mix, maar meer antioxidant kan worden toegevoegd als een concentraat, zoals kleurstoffen.
Drool op de buitenste lipranden kan ook een oorzaak zijn, vooral bij geblazen folie, waar de matrijs naar boven extrudeert en het oppervlak horizontaal is. Proceshulpmiddelen en lucht gericht op de uitkomende lijn zullen kwijl verminderen.
Verontreinigd voer kan zo ongeveer alles inbrengen, maar veel kan worden opgevangen op de schermen, afhankelijk van de gebruikte mazen. Voor zeer fijne filtratie, worden gesinterd metaal vezel schermen gebruikt. Screening zal helpen met alles wat uit de schroef, maar niet met wat zich vormt in de matrijs.
Echte gels zijn vernette polymeren in een vroeg stadium van oververhitte reactie – helder als het product helder is, maar misschien vergeeld, en onoplosbaar in oplosmiddelen die het niet-gereageerde polymeer oplossen. Zij kunnen overal vormen, zelfs in de schroef, en door de schermen krijgen, waar zij in gel “douches kunnen uiteenvallen.”
Q: Is er een regel om de correcte breekplaat te berekenen als ik 3000 PSI in werking stel?
A: Dat hangt af van de veiligheidslimieten van de machine en de gevolgen van een shutdown. Alle commercieel verantwoorde extruders kunnen 3000 psi gemakkelijk aan. Zorg ervoor dat de matrijs en de kop de verwachte drukken ook aankunnen, maar de maximale druk is bij de schroefpunt (waar de meter zou moeten zijn, achter de schermen) of soms verder terug in de loop. Een alarm op de manometer is belangrijk en kan onnodige uitschakelingen voorkomen. U zou een alarm kunnen instellen op 4500, maar een schijf plaatsen voor 5000 of meer.
Q: Wat is uw mening over het gebruik van slijpmateriaal?
A: Gebruik zo veel als je kunt zonder verlies van de verkoop of de klant. Test om consistentie en minimale degradatie te garanderen, maar verwacht geen strikte kleurechtheid. Houd het schoon om verontreiniging en spanningsconcentrators in het product te vermijden. Als u van buitenaf koopt, koop verstandig om lage prijzen en minimaal verlies van thermische stabiliteit te krijgen.
Q: Kunt u commentaar geven op het effect van de grootte van regrind deeltjes ten opzichte van de maagdelijke hars op het totale proces en de resulterende kwaliteit?
A: Als het niet uniform en vergelijkbaar is, kunnen er domeinen zijn met meer regrind (meer verkleurd, misschien zwakker) en domeinen met maagdelijke. Indien voorgemengd, kan de dichtere maagd zich op de bodem afzetten en ook een dergelijke ongelijkheid veroorzaken. Als het gruis niet thermisch gecompromitteerd is (minimaal antioxidant opgebruikt), maakt het misschien niet veel uit. Alle deeltjes moeten aanzienlijk kleiner zijn dan de diepte van het kanaal in de aanvoerzone. Beste te gebruiken twee afzonderlijke feeders ingesteld op gewenste proportions.
Q: Zijn er verschillende schroef (toonhoogte) ontwerpen voor verschillende plastics?
A: Nee, de meeste toonhoogten zijn ofwel vierkant (17.6˚) of gewijzigd om specifieke redenen, zoals in een barrière sectie of voor lichte, pluizige feed.
Q: Kunt u commentaar geven op het nut van het uitvoeren van smelt vloei tests op geëxtrudeerde plaat, voorafgaand aan secundaire (dat wil zeggen, thermovormprocessen?
A: Als u ook de grondstof hebt getest, kunt u zien in hoeverre het materiaal tijdens de verwerkingsstap is gedegradeerd, als dat al het geval is. Oplossingsviscositeiten zullen dit ook aantonen voor PVC, PET en enkele andere.
Q: Hoe controleer je het mengen van verschillende polymeren?
A: Een zeer grote vraag: Enkele sleutelwoorden zijn schroefontwerp, schroefvliegslijtage (helpt soms), statische mixers, strakkere of meer open zeefpakket, controle van schroefworteltemperatuur, matrijsweerstand en selectie van concentraatdragers die een veel hogere flow hebben dan het basismateriaal.
Q: Hoe beïnvloedt het vochtgehalte (of het drogen van materiaal vóór verwerking) het extrusieproces en het resulterende geëxtrudeerde product?
A: Dat hangt af van het polymeer en de additieven. De meeste additiepolymeren (PE, PP, PS, PVC) absorberen geen vocht, maar hun additieven, zoals vulstoffen en pigmenten, misschien wel. In dergelijke gevallen zal alles boven 0,1% H2O per gewicht wegkoken wanneer het de matrijs verlaat en stippellijnen of bellen op het geëxtrudeerde oppervlak creëren. Deze hoeveelheid vocht kan worden verwijderd via een ontluchtingsopening of in een heteluchtdroger, die het best op of vlak bij de extruder kan worden gemonteerd. Enkele toegevoegde polymeren, met name ABS en acryl, absorberen meer dan 0,1%, vooral in vochtige gebieden. In die gevallen kan een agressievere droging nodig zijn, zoals een ontvochtigende droger of soms een dubbele ontluchter. Bij condensatiepolymeren (PET, PC en de nylons) wordt water verdreven in de polymerisatiereactie, en bij smelttemperaturen zal het water de binding waar het vandaan kwam aantasten en verbreken. Het product is dan zwakker in trek- en slagsterkte, maar niet minder stijf. Deze polymeren moeten worden gedroogd tot veel lagere niveaus (0,01% of minder); ontvochtigingsdrogers zijn gebruikelijk, maar soms is een ventilatieopening voldoende als de extrusie snel genoeg is (lagere verblijftijd bij smelttemperatuur) om deze degradatie op een aanvaardbaar niveau te houden.
Q: Wat is de beste techniek om de temperatuur van de smelt te meten, en wat zijn de meest voorkomende valkuilen die de betrouwbaarheid van de temperatuurmeting beïnvloeden?
A: Aparte smelttemperatuursonde in de kop, ruim na de zeven en statische menger indien mogelijk; variabele diepte is het beste, maar gemakkelijk te beschadigen. Ook infraroodmeting van opkomend extrudaat is goed als de meter stevig wordt vastgehouden of vast wordt gemonteerd. Voor ronde producten, scan langzaam over het product en kijk naar de hoogste waarde. Een dubbele meter op het uiteinde van de schroef is minder betrouwbaar, maar beter dan niets. Beoordeel niet op basis van vat- of matrijzentemperaturen, en ga er niet van uit dat alle massa dezelfde temperatuur heeft over het stromingstraject.
Valkuilen zijn onder meer de ijking van meters (kokend water 212 F en zuiver ethyleenglycol = antivries 387 F).
Q: Komt het barsten van het kwaad van oververhitting?
A: Als u het barsten van een afgewerkt deel bedoelt, ja; de extra hitte zou het plastiek kunnen degraderen, vooral op het oppervlak dat aan lucht wordt blootgesteld, en het brozer maken. Als u het hebt over omgevingsspanningsscheuren, misschien, maar dan moeten we meer weten over het polymeer zelf, het molecuulgewicht/de smeltindex, de omgeving (detergenten?) en de spanningen op het product.
Q: Hoe kunt u weten of de extruderinstellingen de effectiviteit van additieven zoals vlamvertragers aantasten?
A: Ken het decompositietemperatuurbereik van de vertrager. Meet de smelttemperatuur, zo dicht mogelijk bij de uitgang en zo betrouwbaar mogelijk, en kijk of deze in de buurt ligt van de aanvaardbare smelttemperatuur voor de vertrager of daarbuiten.
Q: Waarom zijn extruders zonder directe aandrijving niet van de grond gekomen? Is het omdat de energiebesparing het niet waard was?
A: De huidige motoren doen hun werk goed, en directe aandrijvingen zijn niet duidelijk superieur, noch in termen van prijs, prestaties of energiebesparing. Zij hebben een niche waar de ruimte moet worden geminimaliseerd (sommige co-extrusie), en sommige OEMS zetten hen op nieuwe lijnen zelfs waar de ruimte niet beperkt is.
Q: Is het mogelijk om profielextrusies uit te voeren met een materiaal met een hoge smeltindex (MI) (boven 1)? Wat zijn de kenmerken van materialen met een hogere smeltindex?
A: De hogere MI’s hebben kortere, kleinere moleculen en zijn minder stijf (lagere viscositeit) als smelt, maar dat is afhankelijk van de temperatuur, dus ze zouden koeler moeten worden uitgevoerd dan lagere MI’s. Een MI van 1 is niet erg hoog en het zou mogelijk moeten zijn om de meeste profielen te gebruiken. Let op de afstand tussen de matrijs en de eerste koeling, want het kan zijn dat je die moet veranderen om te veel doorbuiging in die ruimte te voorkomen. Het kan nodig zijn koelwater te sproeien of te druppelen op het opkomende plastic in deze ruimte, evenals in de koelapparaten. Meer kan ik niet zeggen zonder meer te weten over het profiel en de harssoort.
Q: Sommige Europese extruders draaien de schroef aanzienlijk sneller dan traditionele enkelschroefsextruders, ziet u dit als een verbetering, d.w.z. meer output uit een gegeven vatgrootte?
A: Ik ben minder bezorgd over vatgrootte of toerental, maar meer over kosten per eenheid output van gelijke kwaliteit (menging, sterkte) en vermogen om temperaturen onder controle te houden. Hogere snelheid betekent een hetere smelt, maar ook minder tijd bij hoge temperatuur, wat al dan niet kan compenseren. Snelheid omwille van de snelheid is als nieuw omwille van nieuw, en leidt vaak af van een verantwoorde kostenanalyse.
Q: Zijn er speciale voorwaarden om polyamiden, polylactide, of andere polymeren te verwerken om degradatie te helpen afwenden? Bijvoorbeeld, welke harsen moeten worden gedroogd? Welke moeten in afwezigheid van zuurstof worden verwerkt?
A: Bij condensatiepolymeren zoals uw voorbeelden, zal water bij smelttemperaturen de bindingen tussen de monomeren aantasten en verbreken. Het product is dan zwakker in trek en impact, maar niet minder stijf. Deze polymeren moeten tot op een zeer laag niveau worden gedroogd; ontvochtigingsdrogers zijn gebruikelijk, maar soms is een ontluchtingsventilator voldoende als de extrusie snel genoeg verloopt (lagere verblijftijd bij smelttemperatuur) om de degradatie op een aanvaardbaar niveau te houden.
Polyamiden zijn een beetje anders, omdat ze veel vocht absorberen, maar het werkt ook als weekmaker, zodat je te veel kunt drogen, een hogere viscositeit krijgt en dus meer warmte in de schroef genereert. Er is een optimaal droogniveau, niet alleen “zo droog mogelijk”.
Zuurstof kan verkleuring en degradatie veroorzaken, maar er is geen zuurstof in de extruder, behalve de lucht tussen de deeltjes, die normaal te koel is om te reageren. Een paar folielijnen die onder stikstof lopen, elimineren zelfs deze kans op oxidatie. Grotere zorgen over oxidatie hebben betrekking op de oppervlaktetemperatuur bij het verlaten van de matrijs-heter betekent betere drukadhesie maar langzamere heat-sealing en mogelijke geur/smaak effecten.
Q: Kunt u ons meer vertellen over afschuifverdunning?
A: Hoe sneller een smelt beweegt ten opzichte van het vat of de matrijswanden, hoe dunner het wordt (minder kracht om een bepaalde hoeveelheid te duwen = lagere viscositeit). Dit is vooral nuttig voor smeltsoorten met hoge viscositeit, zoals PVC, ABS en PE met lage MI, en betekent dat ze kunnen worden gebruikt met lagere smelttemperaturen, of minder warmte genereren in de extruder, of een combinatie van beide. De mate van afschuifverdunning kan worden uitgedrukt door de exponent van de machtswet, die de duwkracht aan de vloei relateert. Bij een exponent van 2 geeft een verdubbeling van de duwkracht een 4x zo grote vloei (2 in het kwadraat = 4). Bij een exponent van 3 geeft een verdubbeling van de druk 8 maal de doorstroming (2 kwadraat = 8).
Q: Wat is de beste manier om de aanvoertemperatuur te optimaliseren?
A: Gebruik een hete-luchtdrooghopper indien beschikbaar, zelfs als er geen droging nodig is. Vind de juiste voedertemperatuur door vallen en opstaan. De werkelijke temperatuur kan niet veel verschil maken, als consistentie belangrijkst.