Ciągle rosnące zapotrzebowanie na nowe materiały polimerowe o różnych właściwościach gwarantujących coraz różniejsze ich zastosowanie doprowadziło do wdrożenia i uruchomienia produkcji szerokiej gamy tworzyw konstrukcyjnych. Struktura stosowanych i przetwarzanych w chwili obecnej tworzyw sztucznych znacznie odbiega od tej, którą przewidywano ponad 20 lat temu, a za główną przyczynę takiego stanu rzeczy należy uznać opracowanie doskonalszych metod polimeryzacji oraz nowych technologii mieszania, kompatybilizacji i wzmacniania (zbrojenie włóknami i/lub nanocząstkami) już istniejących polimerów.
Blendy, stopy oraz kompozyty polimerowe stanowią doskonałą alternatywę w zastosowaniach wielu zaawansowanych, ze względu na metody otrzymywania i właściwości, tworzyw technicznych otrzymywanych bezpośrednio w wyniku polimeryzacji. Jednak przede wszystkim dają one możliwość stosowania ich jako tańszych surowców dla tych samych aplikacji, a często także są jedynym właściwym rozwiązaniem w doborze właściwego surowca.
Dlatego też w chwili obecnej, dzięki wspomnianym możliwościom i metody inżynierii materiałowej stanowią doskonałe narzędzia w projektowaniu właściwości użytkowych wyrobów oraz wynikających stąd wymagań stawianym stosowanym tworzywom.
Możliwości otrzymywania materiałów posiadających właściwości odmienne od tych, które mają wyjściowe polimery, zostały osiągnięte dzięki zastosowaniu technologii compoundingu, będącej jedną z odmian powszechnie znanego procesu wytłaczania tworzyw sztucznych.
Technologia ta znajduje szerokie zastosowanie w wielu procesach produkcyjnych, dających finalnie produkty pożądane przez wiele gałęzi przemysłu chemicznego i branży tworzyw sztucznych. Główne zastosowania dla technologii compoundingu przedstawiono poniżej:
-
Przetwórstwo Tworzyw Sztucznych: Blendy i stopy polimerowe, Tworzywa napełnione oraz wzmocnione, Produkcja masterbatchy, Mieszanki środków pomocniczych
-
Przemysł Chemiczny: Granulacja proszków, Produkcja materiałów na elektrody, Przetwórstwo produktów farmaceutycznych, Produkcja katalizatorów
-
Reaktywne Wytłaczanie: Polimeryzacja (TPU, co-PA, PET), Modyfikacje (PP+nadtlenki, PE+silany)
-
Usuwanie Substancji Lotnych: Usuwanie monomerów (PC, ABS, PMMA, PS), Usuwanie innych substancji (PA, PET)
Celem właściwego przebiegu procesu oraz otrzymania wysokiej jakości produktów finalnych stosowanym w compoundingu urządzeniom i ich konfiguracji stawiane są wysokie wymagania techniczne. Do głównych wymagań należy zaliczyć:
-
Optymalny poziom dyspersji i dystrybucji
-
Efektywne odgazowanie substancji lotnych
-
Szeroki zakres prędkości obrotowych ślimaków
-
Wysoki stopień ochrony przed zużyciem
-
Precyzyjną reglację parametrów procesu, szczególnie temperatury
-
Modułowość budowy ślimaków i cylindra
Z technologicznego punktu widzenia podstawowym dla wytłaczania zagadnieniem jest dobór optymalnego zakresu współpracy ślimaka (ślimaków) oraz głowicy. Mając do dyspozycji 2 głowice o różnych wartościach oporu płynięcia oraz charakterystyki wytłaczarki określoną przez minimalną oraz maksymalną prędkość obrotową ślimaków do rozwiązania pozostaje kwestia wyboru głowicy o mniejszym oporze płynięcia gwarantującą większą wydajność lub też głowicy dzięki której można oczekiwać lepszej homogenizacji stopu, ale i mniejszej wydajności.
Stawianie coraz większych wymagań w stosunku do urządzeń technologicznych determinowane wzrostem oczekiwań w stosunku do właściwości wyrobów finalnych prowadzi także do wprowadzania nowoczesnych rozwiązań zwiększających funkcjonalność i żywotność układów plastyfikujących wytłaczarek a także znacząco wpływających na ich “technologiczność”. Pośród nich należy wyróżnić rozwiązania idące w kierunku:
-
Utwardzania wewnętrznej części cylindra metodą indukcyjną, pozwalającej na jego zabezpieczenie przed ścieraniem i wydłużenie żywotności. Technika ta polega na indukowaniu prądów wirowych na powierzchni roboczej cylindra i jego stopniowemu oraz kontrolowanemu (zarówno co do głębokości jak i temperatury) rozgrzewaniu. Cewka indukcyjna w trakcie utwardzania przesuwa się z dołu do góry ze stałą prędkością, a utrzymanie stałej temperatury zapewnia pierścień wodny.
-
Zmian w systemach chłodzenia oraz ogrzewania cylindra wiążących się bezpośrednio z możliwościami zbliżenia kanałów chłodzących i grzewczych do powierzchni cylindra i ślimaków, a co za tym idzie również stopu tworzywa. Kanały chłodzące są projektowane w taki sposób, aby jak najbardziej efektywnie zapewnić stałą temperaturę procesu. W tym celu stosuje się w kanałach chłodzących przepływ przeciwprądowy zapewniający bardziej bezpośrednie, szybsze przenoszenie ciepła. Z kolei elementy grzejne umieszcza się relatywnie blisko otworów cylindra, celem zapewnienia możliwości szybkiego rozruchu maszyny (szybsze osiągnięcie zadanych temperatur dla odpowiednich stref grzejnych).
-
Zmian w sposobie łączenia cylindrów dzięki zastosowaniu klamer łączących zamiast tradycyjnych śrub zapewnia uszczelnienie przed ciśnieniem bez konieczności stosowania dodatkowych zabezpieczeń wewnątrz cylindra. Rozwiązania tego typu dają wymierne oszczędności związane z montażem oraz demontażem cylindrów, a także dają możliwość stosowania różnorodnych cylindrów, zależnie od typu procesu przetwórczego.
-
Nowych konstrukcji ślimaków posiadających nie zazębiające się zwoje, które umożliwiają efektywniejsze uplastycznianie i mieszanie materiałów polimerowych (bardziej jednorodne oraz intensywne). Jednocześnie zastosowanie tego typu elementów ślimaka o specjalnej konstrukcji powoduje znaczący spadek naprężeń ścinających w porównaniu do typowych bloków ugniatających, umożliwiając właściwe wprowadzenie do matrycy polimerowej szczególnie wrażliwych dodatków oraz wypełniaczy.
-
Stosowania ślimaków przeznaczonych do specjalnych zastosowań charakteryzujących się dużym stosunkiem średnicy zewnętrznej do średnicy wewnętrznej (D/d=1,74). Taka budowa ślimaków zapewnia wzrost przestrzeni między ślimakiem a cylindrem a poprzez to m.in.: większą powierzchnię topnienia, możliwość stosowania polimerów o niskim ciężarze nasypowym, łatwiejsze odgazowanie, a także umożliwia wprowadzenie bardzo wysokich zawartości napełniaczy do tworzywa (nawet 70%), kosztem spadku wartości momentu obrotowego ślimaków.
Autorami Artykułu są:
-
Alfred Nogossek - Berstorff, Niemcy
-
Jacek Szczerba - Enterio, Rzeszów / Tel. +48 17 8611890, e-mail: /
