Du har frågor om extrudering och Allan Griff har svaren. Men vad han inte hade under ett webbseminarium om de viktigaste principerna för extrudering som PlasticsToday nyligen anordnade var tid. Dussintals frågor strömmade in från deltagarna och han kunde bara svara på en handfull under den tilldelade tiden för den direktsända frågestunden. Som han lovade i början av webbsändningen svarade han dock via e-post på alla frågor som inte hade besvarats i kön. Det slog oss att andra personer inom extruderingssektorn skulle kunna dra nytta av detta utbyte, så vi delar det här.
Förresten, om du missade webbseminariet kan du fortfarande lyssna på begäran utan kostnad. Klicka bara här, luta dig tillbaka och njut!
Och låt oss nu bli tekniska.
Q: Kan du beskriva de vanligaste källorna till visuella defekter, såsom svarta fläckar eller geléer, och vad som kan göras för att åtgärda dem?
A: Nedbrytning sker i långsamma områden i huvudet och matrisen, särskilt om matrisen lämnas full och varm under en lång tidsperiod. Harts med mindre termisk stabilitet (mindre antioxidant) bryts ned tidigare. Termisk stabilitet kan testas men ingår sällan i en inköpsspecifikation. Den försämras om mycket återvunnet material används i blandningen, men mer antioxidant kan tillsättas i form av ett koncentrat, liksom färgämnen.
Drool på de yttre läppkanterna kan också vara en orsak, särskilt när det gäller blåst film, där matrisen extruderar uppåt och ytan är horisontell. Processhjälpmedel och luft som riktas mot den framväxande linjen minskar drool.
Förorenat foder kan föra in nästan vad som helst, men mycket kan fångas upp på silarna, beroende på vilket nät som används. För mycket finfiltrering används silar av sintrad metallfiber. Sortering hjälper till med allt som kommer ut ur skruven, men inte med det som bildas i matrisen.
Sanna geler är tvärbundna polymerer i ett tidigt skede av överhettningsreaktionen – klara om produkten är klar men kanske gulnade, och olösliga i lösningsmedel som löser upp den oreagerade polymeren. De kan bildas var som helst, till och med i skruven, och komma igenom skärmarna, där de kan brytas upp i gel-”duschar”.
Q: Finns det en regel för att beräkna den korrekta brottskivan om jag kör 3000 PSI?
A: Det beror på maskinens säkerhetsgränser och konsekvenserna av ett avbrott. Alla kommersiellt ansvariga extrudermaskiner klarar lätt 3000 psi. Se till att matrisen och huvudet klarar de förväntade trycken också, men det maximala trycket finns vid skruvspetsen (där mätaren ska vara, bakom skärmarna) eller ibland längre bak i pipan. Det är viktigt att larma tryckmätaren och det kan förhindra onödiga avstängningar. Du kanske ställer in ett larm vid 4500, men lägger in en skiva för 5000 eller mer.
Q: Vad anser du om att använda återvunnet material?
A: Använd så mycket du kan utan att förlora försäljningen eller kunden. Testa för att säkerställa konsistens och minimal nedbrytning, men förvänta dig inte strikt färgtrohet. Håll det rent för att undvika kontaminering och stresskoncentratorer i produkten. Om du köper utifrån, köp klokt för att få låga priser och minimal förlust av termisk stabilitet.
Q: Kan du kommentera effekten av storleken på regranulatpartiklarna i förhållande till den jungfruliga hartsen på den övergripande processen och den resulterande kvaliteten?
A: Om de inte är enhetliga och likartade kan det finnas domäner med mer regranulat (mer missfärgade, kanske svagare) och domäner med jungfrulig. Om det är förblandat kan det tätare jungfruliga materialet lägga sig på botten och orsaka en sådan ojämlikhet också. Om regrind inte är termiskt skadad (minimal antioxidant förbrukad) kanske det inte gör någon större skillnad. Alla partiklar måste vara betydligt mindre än kanaldjupet i matningszonen. Det bästa är att använda två separata matare som är inställda på önskade proportioner.
Q: Finns det olika skruvkonstruktioner (stigning) för olika plaster?
A: Nej, de flesta stigningar är antingen fyrkantiga (17,6˚) eller ändrade av särskilda skäl, t.ex. i en barriärsektion eller för lätt, fluffig matning.
Q: Kan du kommentera användbarheten av att utföra smältflödestester på extruderad plåt, före sekundär (dvs,
A: Om du också har testat råmaterialet kan du sedan se hur mycket, om alls, materialet har försämrats i bearbetningssteget. Lösningsviskositeten kommer också att visa detta för PVC, PET och några andra.
Q: Hur kontrollerar du blandningen av olika polymerer?
A: En mycket stor fråga: Några nyckelord är bland annat skruvdesign, slitage av skruvflygeln (hjälper ibland), statiska blandare, tätare eller öppnare silpackning, kontroll av temperaturen vid skruvroten, motståndskraft hos matrisen och val av koncentratbärare som har mycket högre flöde än basmaterialet.
Q: Hur påverkar fuktinnehållet (eller torkning av materialet före bearbetningen) extruderingsprocessen och den resulterande extruderade produkten?
A: Det beror på polymeren och tillsatserna. De flesta tillsatspolymerer (PE, PP, PS, PVC) absorberar inte fukt, men deras tillsatser, som fyllmedel och pigment, kan göra det. I sådana fall kommer allt över cirka 0,1 viktprocent H2O att koka av när det lämnar matrisen och skapa prickiga linjer eller bubblor på den extruderade ytan. Denna mängd fukt kan avlägsnas genom en ventil eller i en varmluftstork, som bäst monteras på eller direkt vid extrudern. Några få tilläggspolymerer, särskilt ABS och akryl, absorberar mer än 0,1 %, särskilt i fuktiga områden. I dessa fall kan en mer aggressiv torkning behövas, t.ex. en avfuktande torktumlare eller ibland en dubbelventilation. Med kondensationspolymerer (PET, PC och nyloner) drivs vatten bort i polymeriseringsreaktionen, och vid smälttemperaturer kommer vattnet att angripa och bryta bindningen där det kom ifrån. Produkten är då svagare i drag- och slaghållfasthet, men inte mindre styv. Dessa polymerer måste torkas till mycket lägre nivåer (0,01 % eller mindre); avfuktningstorkare är vanliga, men ibland räcker det med en ventilation om extruderingen är tillräckligt snabb (lägre uppehållstid vid smälttemperaturen) för att hålla denna nedbrytning nere på tolerabla nivåer.
Q: Vilken är den bästa tekniken för att mäta smältans temperatur och vilka är de vanligaste fallgroparna som påverkar temperaturavläsningens tillförlitlighet?
A: Separat smältatemperatursond i huvudet, om möjligt långt efter skärmarna och den statiska blandaren; variabelt djup är bäst men skadas lätt. Infraröd mätning av extrudatet är också bra om mätaren hålls stadigt eller är fast monterad. För runda produkter, skanna långsamt över produkten och titta efter det högsta värdet. En dubbel mätare vid skruvspetsen är mindre tillförlitlig men bättre än ingenting. Bedöm inte utifrån temperaturerna i tunnan eller i metallens matris och utgå inte från att all massa har samma temperatur i hela flödesvägen.
Pitfalls inkluderar kalibrering av mätare (kokande vatten 212 F och ren etylenglykol = frostskyddsmedel 387 F).
Q: Kommer sprickbildning från överhettningens ondska?
A: Om du menar sprickbildning i en färdig del, ja; den extra värmen kan bryta ned plasten, särskilt på den yta som exponeras för luft, och göra den sprödare. Om du menar sprickbildning på grund av miljöpåfrestningar, kanske, men då måste vi veta mer om själva polymeren, dess molekylvikt/smältindex, miljön (tvättmedel?) och påfrestningarna på produkten.
Q: Hur kan du veta om extruderinställningarna försämrar effekten av tillsatser som t.ex. flamskyddsmedel?
A: Känn till retardatorns nedbrytningstemperaturintervall. Mät smälttemperaturen så nära utloppet och så tillförlitligt som möjligt och se om den ligger nära eller bortom den acceptabla smälttemperaturen för fördröjningsmedlet.
Q: Varför tog inte direktdrivna växellösa extrudermaskiner med växellåda fart? Är det för att energibesparingarna inte var värda det?
A: De nuvarande motorerna gör ett bra jobb, och direktdrivna motorer är inte klart överlägsna, varken när det gäller pris, prestanda eller energibesparingar. De har en nisch där utrymmet måste minimeras (viss samextrusion), och vissa OEMS sätter in dem på nya linjer även där utrymmet inte är begränsat.
Q: Är det möjligt att köra profilextrudering med ett material med högt smältindex (MI) (över 1)? Vilka egenskaper har material med högre smältindex?
A: Material med högre MI-index har kortare, mindre molekyler och är mindre styva (lägre viskositet) som smältämnen, men detta beror på temperaturen, så de skulle köras svalare än material med lägre MI-index. En MI på 1 är inte särskilt hög och det borde vara möjligt att köra de flesta profiler. Var uppmärksam på avståndet mellan matrisen och den första kylningen, eftersom du kanske måste ändra detta för att undvika för mycket hängning i det utrymmet. Du kanske vill spruta eller droppa kylvatten på den framväxande plasten i detta utrymme, liksom i kylanordningarna. Jag kan inte säga mer utan att veta mer om profilen och hartstypen.
Q: Vissa europeiska extruderare vrider skruven betydligt snabbare än traditionella enskruvsextruderare, ser du detta som en förbättring, dvs. mer produktion från en given cylinderstorlek?
A: Jag är mindre bekymrad över cylinderstorlek eller varvtal, utan mer över kostnad per producerad enhet av samma kvalitet (blandning, styrka) och förmåga att hålla temperaturen under kontroll. Högre hastighet innebär en hetare smälta, men också mindre tid vid hög temperatur, vilket kan kompensera eller inte. Hastighet för hastighetens skull är som nyhet för nyhetens skull och distraherar ofta från en ansvarsfull kostnadsanalys.
Q: Finns det särskilda villkor för bearbetning av polyamider, polylaktid eller andra polymerer för att förhindra nedbrytning? Vilka hartser måste till exempel torkas?
A: För kondensationspolymerer som dina exempel kommer vatten att angripa och bryta bindningarna mellan monomererna vid smälttemperaturer. Produkten är då svagare i drag- och slaghållfasthet, men inte mindre styv. Dessa polymerer måste torkas till mycket låga nivåer; avfuktningstorkare är vanliga, men ibland räcker det med en ventilation om extruderingen är tillräckligt snabb (lägre uppehållstid vid smälttemperaturen) för att hålla nedbrytningen på tolerabla nivåer.
Polyamider är lite annorlunda, eftersom de absorberar en hel del fukt, men det fungerar också som mjukgörare, så man kan torka för mycket, få högre viskositet och därmed generera mer värme i skruven. Det finns en optimal torkningsnivå, inte bara ”så torr som möjligt”.
Men när det gäller syre kan det orsaka missfärgning och nedbrytning, men det finns inget syre inne i extrudern förutom luften mellan partiklarna, som normalt är för kall för att reagera. Några filmlinjer som körs under kväve eliminerar även denna chans till oxidation. Större bekymmer med oxidation har att göra med yttemperaturen när man lämnar formpressen – hetare innebär bättre vidhäftning av trycket, men långsammare värmeförsegling och eventuella lukt- och smakeffekter.
Q: Kan du berätta mer om skjuvförtunning?
A: Ju snabbare en smälta rör sig i förhållande till tunnan eller matrisens väggar, desto tunnare blir den (mindre kraft för att trycka på en viss mängd = lägre viskositet). Detta är särskilt användbart för smältämnen med hög viskositet som PVC, ABS och PE med låg MI-halt, och innebär att de kan köras med lägre smälttemperaturer eller generera mindre värme i extrudern, eller något av båda. Storleken på skjuvtunnningen kan uttryckas med hjälp av power-law-exponenten, som relaterar tryck till flödet. Med en exponent på 2 ger dubbelt så mycket tryck fyra gånger så mycket flöde (2 i kvadrat = 4). Med en exponent på 3 ger dubbelt tryck 8 gånger flödet (2 kubik = 8).
Q: Vilket är det bästa sättet att optimera matartemperaturen?
A: Använd en varmluftstorkbehållare om den finns tillgänglig, även om ingen torkning behövs. Hitta lämplig fodertemperatur genom försök och framgång. Den faktiska temperaturen kanske inte gör någon större skillnad, eftersom konsistensen är viktigast.