Az igazán hatékony extrudálás eléréséhez sok folyamatot kell bevezetni.
A kiváló minőségű, következetes gyártás érdekében kiváló emberekre van szükség a vonal vezetésére és a műveletek irányítására, a berendezéseknek jó állapotban kell lenniük, átfogó megelőző karbantartási programot kell alkalmazni, és a berendezéseket úgy kell megtervezni, hogy lehetővé tegyék a hatékony működést.
A hatékony extrudáláshoz jó ipari fegyelem, a részletekre való emberi odafigyelés és a folyamatok javítására irányuló folyamatos erőfeszítés szükséges. A sikeres extrudálás nem két vagy három dolog helyes --, hanem több száz dolog rendezése.
Csinálj három "M"-et
A hatékony extrudáláshoz megfelelő műszerezésre van szükség. Itt a legkritikusabb folyamatváltozók a "három M": olvadéknyomás, olvadékhőmérséklet és motorterhelés (olvadéknyomás, olvadék hőmérséklete, motorterhelés). Ezek az extrudálási folyamat létfontosságú jelei. Ezeket folyamatosan mérni és ellenőrizni kell. A következő paramétereket is mérni és ellenőrizni kell:
● Hordó hőmérséklet,
● csavar sebessége,
● energiafogyasztás fűtési vagy hűtési zónánként,
● környezeti hőmérséklet,
● relatív páratartalom,
● Az a hőmérséklet, amelyen a nyersanyag belép az extruderbe,
● az extruderbe kerülő alapanyag nedvességtartalma (ha nedvességfelvétel szükséges),
● hűtővíz áramlás,
● belépő víz hőmérséklete,
● kilépő víz hőmérséklete,
● Vákuum a kipufogónyílásnál (ha van).
Adatok lekérése
Az adatgyűjtési (DA) képességek kulcsfontosságúak egy robusztus extrudálási folyamat kialakításához, a folyamatok konzisztenciájának fenntartásához, a folyamat optimalizálásához és a hatékony hibaelhárításhoz. Szerencsére a mai olcsó számítógépek és a széles körben elérhető DA-szoftverek segítségével nagy teljesítményű DA-rendszert lehet telepíteni egy meglévő extrudáló sorra. Sajnos (és megdöbbentő) nagyon kevés processzor használja ki hatékonyan ezt a funkciót.
A szerző egy processzorral dolgozott, hogy számítógépes DA rendszert telepítsen egy viszonylag régi extrudáló sorra. Egy DA-rendszer kevesebb, mint 20 USD,000. Körülbelül három hónap alatt a vonal selejtezési aránya körülbelül 15 százalékról 5 százalékra csökkent. Ennek eredményeként a DA rendszer néhány hónap alatt megtérült, és most minden vonalon jelentősen alacsonyabb selejtezési arány mellett segíti a konverter következetes működését.
A selejt aránya csökken, mert a folyamatok úgy optimalizálhatók, mint még soha a DA rendszerrel. Ezenkívül közvetlenül a tényleges gyártás előtt azonosíthatók és kijavíthatók azok a problémák, amelyek nem megfelelő termékekhez vezethetnek. Ez nem repülőgép-technika! Egyszerűen és hatékonyan használható kész eszközökkel. Még a régi extrudáló berendezések is képesek minőségi termékeket előállítani, amennyiben jól karbantartottak és jó műszerekkel és DA-funkciókkal rendelkeznek.
Hírcsatorna kiválasztása
A betáplálás konzisztenciája és a betáplálás extruderhez való áramlása kritikus fontosságú a folyamatstabilitás eléréséhez. Az előtolás változásai (például az újraköszörülés különböző fokai) mindig változásokat eredményeznek az extrudálási folyamatban. Még az olyan triviálisnak tűnő kérdések is, mint a részecskeméret-eloszlás, befolyásolhatják a folyamatot. Általában a szűkebb részecskeméret-eloszlás növeli az extrudálási folyamat stabilitását.
1. ábra. A túlfolyó betáplálás teljesen kitölti a csavarcsatornát, és a csavar teljes hosszát kihasználja. Nem igényel további adagolóberendezést, de csökkenti a folyamatszabályozást.
Két alapvető etetési mód létezik: árvízi etetés és éheztetés. Túlfolyós adagolásnál a betápláló garat egy bizonyos szintig meg van töltve és az anyag tömegáramban (legtöbbször) áramlik az extruderbe, amely a lehető legtöbb anyagot szívja magába. A csavarcsatornák szinte azonnal feltöltődnek (lásd 1. ábra). Az eredmény az, hogy túlfolyó előtolásnál a csavar effektív hossza többé-kevésbé megegyezik a csavar repülési hosszával.
2. ábra Az éheztetéshez adagolóra van szükség, de jobb folyamatszabályozást biztosít, és csökkenti az olvadék hőmérsékletét.
Éhtakarmány esetén a polimert egy adagolóeszközön keresztül adagolják az extruderbe (2. ábra). Nincs felhalmozódás a garatban; ehelyett az anyag közvetlenül a csavarcsatornába esik, amely csak részben van feltöltve az adagolónyílásnál. Amikor az anyagot előre szállítják, a csavarcsatorna teljesen megtelik egy bizonyos távolságban az adagolás után.
Éhtakarmányozásnál a csiga effektív hossza kisebb, mint a csiga repülési hossza. Fontos előnye, hogy az extruder működése közben a tényleges csavarhossz állítható. Ez szélesebb folyamatszabályozást tesz lehetővé, mint az elárasztásos betáplálások, ahol az effektív hossz nem állítható. Az éheztetés csak akkor hasznos, ha az extruder elég hosszú a teljes olvadáshoz és a hatékony keveréshez. Ezért az éheztetés általában nem javítja a folyamatot a rövid (25D hosszú) extrudereken. Az éheztetéshez adagolóra van szükség, de csökkenti a motor terhelését, az olvadékhőmérsékletet, valamint a csomósodás, áthidalás és szétválás lehetőségét a garatban.
3. ábra Ez a csőextrudálási műveletből származó példa azt mutatja, hogy bizonyos fokú éheztetési táplálás egyenletesebb falvastagságot eredményez. Árvízi táplálás 100 százalékos töltés mellett; minden kevesebb az éheztetés.
Az éheztetés olyan szintű folyamatoptimalizálást tesz lehetővé, amely túlfolyó etetéssel nem érhető el. A 3. ábra egy csőextrudálási művelet példáját mutatja, ahol a falvastagság változását több töltési szinten mértük. A száz százalékos töltés árvízi táplálást jelez; ennél kevesebb éheztetést jelez. A kitöltési százalék a tényleges előtolás a túlcsordulási előtoláshoz viszonyítva.
Nyilvánvaló, hogy a falvastagság változásának minimalizálására az optimális folyamatkörülmények körülbelül 98 százalékos kitöltöttség. A falvastagság ingadozása optimális éhezés esetén körülbelül a fele volt a túlcsordulásos etetésnek. Ez azt jelenti, hogy optimális körülmények között kevesebb anyag használható fel, mivel a cső falvastagsága közelebb kerülhet a minimumhoz. Ebben az esetben önmagában az anyagmegtakarítás körülbelül 100 USD,000/év.
A gyáron belüli környezet is fontos szerepet játszik az extrudálási folyamatban. A szobahőmérséklet és a relatív páratartalom változása hatással lehet a folyamatra, akárcsak a légáramlás: ajtó vagy ablak kinyitása megváltoztathatja az extruder körüli hőátadás körülményeit és folyamateltolódást okozhat, az extruder közelében lévő ventilátor be- vagy kikapcsolása pedig hasonló folyamatváltozásokat okozhat. . Mivel az ilyen jellegű események általában nem jelennek meg a műszerfalakon, előfordulhat, hogy nem könnyű megtalálni a folyamatváltozás forrását.
Csavarsebesség és hordóbeállítások
Az extruder akkor működik a leghatékonyabban, ha a csavar biztosítja a műanyag felmelegítéséhez és olvasztásához szükséges energia körülbelül 80-90 százalékát. Ebben az esetben a hordófűtés 10-20 százalékos plusz hőt biztosít. Néha a csavar biztosítja a műanyag felmelegítéséhez és olvasztásához szükséges energia több mint 100 százalékát. Nevezhetjük ezt "túlműködő" csavarnak. Itt hordóhűtés szükséges a hőmérséklet szabályozásához.
4. ábra Minden gyanta specifikus fűtési és olvasztási energiafogyasztással (SEC) rendelkezik. Ideális esetben a csavar biztosítja az energia 80-90 százalékát. Ha többet nyújt, mint a SEC, akkor le kell hűteni a felesleges hő eltávolítása érdekében, ami nem hatékony, és tönkreteheti a műanyagot. Az önextrudálási pont az, ahol a csavar pontos, 100 százalékos SEC-t ad a műanyagnak. Bármi, ami a fentiek felett van, „túlműködő” csavart jelez.
A hordóhűtés energiát pazarol, és az energia nyilvánvalóan nincs ingyen. A 4. ábra azt mutatja be, hogyan változik a fajlagos energiafogyasztás (SEC) kWh/kg-ban a csavar sebességével. Minden műanyagnak sajátos fűtési és olvasztási energiaigénye van. A félkristályos műanyagok esetében ez az érték hozzávetőlegesen 0,15 kWh/kg, az amorf polimereknél pedig körülbelül 0,10 kWh/kg.
A 4. ábra görbéi a csavar által keltett súrlódási és viszkózus hő kombinációját mutatják. Ezt gyakran nyírási hőnek nevezik, bár ez a kifejezés nem szigorúan helyes. Alacsony csavarsebesség mellett a csavar által termelt hő nagyon alacsony, és a hordófűtés hatása nagyszerű. Magasabb csavarsebességeknél a hő nagy részét (80-90 százalék) a csavar termeli – ez az előnyben részesített működési tartomány.
A csavarsebesség további növelésekor átlépi a műanyag SEC követelményeit jelző vízszintes vonalat. Ezt a metszéspontot autogén extrudálási pontnak nevezzük. Ekkor az összes hőt a csavar termeli, és a hordófűtőnek nem kell hőt szolgáltatnia. Ezen az autogén ponton túl a csavar a szükségesnél több hőt termel - túlaktívvá válik. Amikor a csavar sebessége a keresztezési ponton túl nő, a hengert le kell hűteni, hogy eltávolítsuk a csavar által biztosított felesleges hőt.
Ahogy a hordó lehűl, az extruderben az olvadék hőmérséklete magasabb lesz, mint a hordó hőmérsékletének alapértéke, mivel a hő a hordó belsejéből kifelé áramlik. Ha kismértékű hűtést hajtanak végre, az olvadék hőmérséklete 10-50 F-kal magasabb lehet, mint a beállított érték. Mérsékelt hűtés esetén az olvadékhőmérséklet 50-100 F-kal a beállított érték felett lehet. Ha a hűtés teljes sebességgel működik, a tényleges olvadékhőmérséklet 100-150 F-kal magasabb lehet, mint a beállított érték, vagy még magasabb is lehet. Mivel ezen a ponton az olvadékhőmérséklet általában nem mérhető, a legtöbb processzor nem tudja, hogy ez a körülmény káros lehet.
Fontos megérteni, hogy a hűtés szükségessége azt jelenti, hogy a műanyag túlmelegszik. Ez növeli annak kockázatát, hogy a műanyag lebomlik, és fekete foltok, zselék és elszíneződések keletkeznek. Csökkenti az olvadékszilárdságot is a szerszám kilépésénél, és megnehezíti az extrudátum lehűlését. A hordóhűtéses extruder működtetése olyan, mintha egy autót vezetnénk behúzott fékkel – energiát pazarol és túlzott kopást okoz.
A hatékony extrudálás a hordó hőmérsékletének gondos optimalizálását igényli. Sok vállalat nem fordít kellő figyelmet a hordó hőmérsékleti profiljára. Számos módja van a hordó hőmérsékletének beállítására. Az egyik hatékony módszer a dinamikus optimalizálás. Ez a módszer magában foglalja az alapjel nagy módosításait, és nyomon követi, hogyan változik a tényleges hőmérséklet és nyomás az idő múlásával. Az 5. ábra azt mutatja, hogy a nyomás hogyan változik a hőmérséklettel, amikor a beállított érték 390 F-ról 300 F-ra csökken.
A fent bemutatott esetben az 1. hordózóna optimális hőmérséklet-beállítási pontja hozzávetőlegesen 330 °F. Ez a módszer az optimális beállítási pont megtalálására gyorsabb, mintha valós idejű változtatásokat hajtana végre az alapértéken, és megvárná, amíg az extruder reagál a változás. Nagy extrudereknél 30 perc vagy több is eltarthat, amíg a gép reagál az alapjel változására. Ha hat változtatást hajt végre, az extrudernek három vagy több órába is beletelhet, hogy reagáljon ezekre a változásokra.
