Plast Teknologi. Udvalgt sektion

Transkript

1 Plast Teknologi Udvalgt sektion

2 Processen Ved ekstrudering starter processen ved tragten. Råvaren, som for det meste er granulat, hældes i tragten. Visse plasttyper kræver forudgående tørring, da de suger fugt. ranulatet falder ned omkring den roterende snekke. Snekken er udstyret med et meget kraftigt gevind, som, når den drejes rundt, skubber/skruer granulatet fremad mod enden af snekken. Snekken er placeret i en cylinder (et meget kraftigt stålrør/emnerør), hvorpå der er monteret elektriske varmebånd, temperaturfølere og eventuelt køle blæsere. Når snekken ved sin rotation transporterer granulatet fremad, opvarmes det af varmen fra varmebåndene på cylinderen. Cy- linderen kan også være opvarmet med olie, som cirkulerer i rør uden om den. Samtidigt med rotationen sker der en kraftig udvikling af friktions varme (varme, der opstår som følge af tryk og gnidning). Snekkens normale udformning gør, at der er mest plads til granulat mellem gængene un der tragten. Længere fremme bliver pladsen mindre, hvorved granulatet kommer under stigende højt tryk og der udvikles friktionsvarme. Temperatur fø lerne, som er jævnt fordelt hen over cylinderen, kontrollerer temperaturen. Hvis temperaturen bliver for høj, starter køle blæserne, så den holdes nede. es uden er mange snekker hule indvendigt, og det er muligt at fjerne noget af overskudsvarmen ved at køle snekken gennem hulrummet. Når granulatet, som nu efterhånden er helt flydende og dejagtigt, kommer hen mod snekkespidsen, sker der på grund af rotationen en kraftig blanding og æltning, som resulterer i en ensartet masse. enne masse bliver nu presset ud gennem et formgivningsværktøj. Hertil er alle ekstruderingsprocesser i princippet ens, bortset fra at der findes næsten lige så mange forskellige ekstrudertyper, som der findes biltyper. er findes typer med kun lige det nødvendigste udstyr, og der findes typer med en masse ekstraudstyr, hvor det er muligt at programmere alt samt at overvåge og justere alt elektronisk. er findes meget små ekstrudere, og der findes meget store. e mindste forarbejder 5-10 kg i timen, mens de største kan forarbejde op mod kg pr. time. Enkelte kan endda forarbejde kg i timen. er findes også ekstrudere med to snekker, hvor gængerne går i indgreb med hinanden. e kaldes for dobbeltsnekkede ekstrudere og anvendes overvejende til forarbejdning af stiv PVC, når det leveres som pulver. Men på trods af disse store forskelle i udstyret er opgaven den samme, nemlig at få plasten opvarmet til den rigtige temperatur, få den gennem æltet og blandet, således at den er fuldstændig homogen, når den kommer ind i formgivningsværktøjet. 2

3 Pelletering er fremstilles granulat ved to grundlæggende metoder. Plasttypen og andre forhold kan være afgørende for, hvilken af metoderne der anvendes. er er to typer af granulat. ranulat er normalt runde skiver af varierende diameter, og af varierende længde eller tykkelse. Forskellen på de to typer er ud over diameteren og længden, at den ene type er med pæne, afrundede endeflader, mens den anden type har skarpe og meget uens endeflader. Årsagen til de uens og skarpe endeflader er, at disse granulater oprindeligt var tynde, runde stænger, som er blevet hugget eller klippet over i små korte stykker ved hjælp af en pelletizer, en maskine, som indeholder hurtigt roterende knive. Huldyse og roterende kniv til fremstilling af granulat. (Battenfeld) obbeltsnekket ekstruder med pelleteringsudstyr (Battenfeld) Ved granulater med pæne, afrundede endeflader er fremstillingsmetoden følgende: Formgivningsværktøjet kan sammenlignes med den kendte hulplade i kødhakkeren. Snekken presser den opvarmede og smeltede plastmasse ud gennem hullerne. På den udvendige side af hulpladen sidder en roterende kniv, som skærer de varme plaststænger over i korte stykker. Når plasten er varm, medfører det, at skiverne får pæne og glatte endeflader. Nu skal skiverne afkøles ret hurtigt igen, ellers smelter de sammen. Afkøling kan ske, ved at granulatet blæses over i en silo, hvor rotation og vedvarende køling forhindrer sammensmeltning. enne 3

4 kølemetode kan anvendes til de plasttyper, som ikke klæber særligt meget i varm tilstand. Køling af klæbende materialer kan ske, ved at granulatet falder ned i et cirkulerende vandbad. Også her er cirkulation vigtig for at undgå sammen smeltning. Efter at granulatet er afkølet, føres det til en centrifuge, som filtrerer vandet fra. Efter køling og eventuel efterfølgende tørring kan granulatet fyldes i sække eller såkaldte octabiner (paptønder, som rummer ca. 1 ton). Ved den anden pelleteringsmetode, hvor granulatkornene har skarpe og uens endeflader, er fremstillingsmetoden følgende: Plasten ledes som før gennem en hulplade, men bliver ikke klippet over. Strengene føres derimod gennem et vandbad og afkøles. Først efter afkølingen passerer de nu hårde og stive strenge en roterende kniv, og derfor får granulatkornene skarpere brudflader i enderne. En af årsagerne til at man i nogle tilfælde vælger at køle inden klipnin gen, er, at visse plasttyper er meget bløde og klæbende, når de er varme, og derfor vil sætte sig på den roterende kniv. Pelleteringsanlæg findes i størrelser fra meget store anlæg, som kan pelletere op mod 75 tons i timen, til ganske små anlæg, som kob les på en eksisterende ekstruder, til pelletering af kg i timen. Mange virksomheder har et mindre anlæg stående til pelletering af såkaldt regenerat, der er knust affaldsplast. Fordelene ved at pelletere regenerat kan være mange. Bl.a. sikrer man derved, at man får et ensartet granulat, som sikrer ensartet fyldning af ekstruderen. Eventuelt snavs bliver fanget af filtrene i regenereringsanlægget og vil ikke efterfølgende forstyrre en kostbar produktion med høje kvalitetskrav. Man har desuden mulighed for at tilsætte ekstra proceshjælpemidler under pelleteringen, hvis der er behov for det. I mange tilfælde vil fejliblanding i affaldsplast også blive opdaget under pelleteringen. Skulle man mod forventning have fået blandet to plasttyper i samme container med knus, vil det ofte afsløres under pelleteringen, og stop i produktionen kan undgås. Kort og godt: Man sikrer sig langt bedre kvalitet og udnyttelse af affaldsplasten, når den bliver knust og efterfølgende pelleteret. Rør og profiler I formgivningsværktøjet, også kaldet ekstruderhovedet eller bare værktøjet, sker den endelige formgivning af den opvarmede plastmasse. Værktøjet er normalt placeret i umiddelbar forlængelse af ekstruderen. Værktøjerne kan have utallige størrelser og former, men de mest almindelige er nok rør- og profilværktøjer. 4

5 Profilanlæg bestående af ekstruder, kalibratorbord med vakuumkalibratorer, trækbænk og afkorter. (Battenfeld) Røranlæg (anatech ApS/AMUT) 5

6 Plastmassen formes gennem et kanalsystem inde i værktøjet til et rør eller et profil. Når profilet forlader værktøjet eller dysen, som det sidste stykke på værktøjet kaldes, kan det afkøles i en kalibrator og fastholdes på de rigtige udvendige mål. Kalibratoren til rør er som regel anbragt i begyndelsen af en lang vakuumkøletank, hvor røret bliver overbruset med koldt vand. Andre profiler kalibreres ofte i vakuumkalibratorer, som er anbragt på et justérbart bord. Kalibratorerne har indbyggede kølevandskanaler. e nu kolde og stive rør eller profiler forlader kølesektionen og føres gennem trækbænken. Trækbænken er udstyret med to eller flere larvebånd belagt med gummi. isse larvebånd trækker profilet gennem kølekassen, fra det forlader dysen. Træk bænken skubber desuden røret/profilet ind gennem en sav, som afkorter røret/profilet i de rette længder. er fremstilles rør og slanger i størrelser fra under 1 mm til over 2 meter i diameter, og der fremstilles profiler fra under 1 mm og op mod 2 meter i bredden. Folie Rørværktøjet kan også være rejst op på en den, således at dysen vender opad. Man mon terer da blot et rør som forbindelsesstykke mellem ekstruderen og værktøjet. Ekstruderen er da ofte placeret meget tæt på gulvet. Plastmassen bliver da presset af snekken gennem forbindelsesstykket ind i bunden af værktøjet og lodret op gennem rørværktøjet. 6

7 7

8 8

9 9

10 10

11 11

12 12

13 13

14 14

15 15

16 Røret, som kommer op af dysen, føres op gennem et tårn til to valser, der klemmer rø ret helt fladt. isse to valser trækker røret noget hurtigere, end dysen afleverer dette. er ved bliver godstykkelsen mindre. Samtidigt er det muligt at blæse luft ind igennem værktøjet, op gennem dysen og ud indvendigt i røret. Når man således blæser en masse luft ind i røret, der er klemt fladt af valserne i toppen, vil det blæses op til anse -elig størrelse præcis som en ballon. Når ballonen har den størrelse, man ønsker, lukker man for luften. Nu vil det nye rør, som til stadighed kommer ud af dysen, tvinges uden om denne store luftmængde, som er inde i røret mellem dysen og valserne. odsvæggen i røret bliver som før nævnt mindre, da valserne kører hurtigere, men ved at diameteren også bliver øget, bliver væggen yderligere reduceret. ette resulterer i, at røret, som fra starten ty pisk er 1-1,5 mm tyk, ender med at være mellem 20 og 200 µm tykt. For at få folien (boblen) kølet, er der monteret en kraftig blæser, som blæser luft op omkring boblen. På de store anlæg kan der yderligere være monteret en kraftig blæser og en lige så kraftig suger til at skifte luften inde i boblen ud kontinuerligt. I disse værktøjer er der etableret to kraftige kanaler op gennem værktøjet. ennem den ene blæses kold luft ind i boblen, og i den anden suges lige så megen luft ud af boblen. ette kan man styre så præ cist, at boblen konstant bibeholder den samme størrelse. Efter at røret (rørfolien) forlader valserne, føres det som regel ned mod gulvet og bliver spolet op på store ruller. Siden kan rullerne omspoles, trykkes med billeder og lignende og svejses sammen til forskellige former for poser og emballage. er fremstilles folier fra omkring 10 µm til µm i tykkelse. Boblen kan variere fra omkring 100 mm til over 5 meter i diameter. Plader Breddyse- eller fladdyseværktøjet sidder ligesom rør-/profilværktøjet i umiddelbar forlængelse af ekstruderen. En fladdyse er et meget bredt værk tøj, der former plastmassen ud i stor bredde. Her afleverer den plas-ten med ensartet godstykkelse af form som en plade eller folie. Pladen/folien ledes gennem et sæt af valser, normalt 2, 3 eller 4, som køler og udglatter eventuelle ujævnheder. Hvis pladen/folien skal have en nopret overflade, er mønstret præget i den første valse. 16

17 Pladen/folien kan udskæres som plader eller opvikles som folie på ruller til senere forarbejdning eller bearbejdning. Folier eller plader kan fremstilles fra få µm i tykkelse til over 10 mm. Bredden kan variere fra ca. 250 mm til omkring 4 m. Fladdyseanlæg bestående af ekstruder og kontrolskab, gearpumpe/smeltepumpe, fladdyseværktøj, kølevalser, rullebord og aftræk. (Welex Inc.) Monofilamenter Vi kender dem fra fx tøj og tæpper. Vi kender dem fra fiskesnøre og garn, og vi kender dem fra tykke og stive kostehår. e kaldes under ét monofiler eller fibre. et er alt fra meget tynde fibre til meget tykke bør stehår. Ekstruderen presser plastmassen hen til en dyse med et passende antal huller. Efter at trådene er presset ud af dysen, ledes de gennem et kølende vandbad. Efter afkølingen opvarmes trådene igen og strækkes til mindre tykkelse. Baggrunden for at trådene strækkes, er, at molekylerne skal rettes ud, således at de kommer til at ligge side om side på samme måde som fibrene i et reb. erved opnår tråden/fiberen optimal styrke. Efter strækningen spoles trådene/fibrene op på spoler og kan senere gå til videreforarbejdning, fx i et væveri. 17

18 Monofilanlæg bestående af eks-truder med gearpumpe/smeltepumpe, dyseværktøj, kølekar, aftræk, ovn eller varmebad, trækstation, ovn, trækstation og (uden for billedet) en opspolesektion. (Semex/Meccaniche Moderne) Kapperør, isolering på elledninger osv. Værktøjet ligner lidt et rørværktøj, men den afgørende forskel er, at der er et hul på langs midt gennem værktøjet. Heri ledes tråden eller emnet, som skal påføres plastisolering. et betyder, at plastmassen skal ind gennem siden af værktøjet. en nem kanaler i krydshovedet formes plastmassen nu til et rør uden om tråden. Metaltråden ledes ind gennem hul let, og plast røret lægger sig som en kappe (isolering) om kring tråden. For at sikre at isoleringen slutter helt tæt ind til tråden, etableres der ofte vakuum mellem tråd og kappe. Princippet er generelt set det samme, om det er en tråd, der skal isoleres, eller det er en haveslange med vævet armering, der skal have det yderste lag plast på. Princippet bruges også, hvis man har brug for at lægge et vand- eller olierør ned på havets bund. isse rør er ofte armeret med stål for at klare det meget høje tryk. For at beskytte stålet mod rust lægges en plastkappe yderst. Ligeledes anvendes dette system, når man øn sker at lægge et kapperør på isolerede fjern varmerør. På den måde er rørene beskyttet mod fugt og mod dyr, som kunne ødelægge isoleringen. 18

19 Krydshoved: Ekstruderen står på tværs af linjeretningen og leverer plasten ind gennem siden af værktøjet. Plasten fordeler sig rundt om dornen på vej hen mod dysen. I nogle krydshoveder er der vakuum inde i værktøjet, som skal sikre, at plasten lægger sig tæt op ad den tråd, som skal isoleres. Blæsestøbning Blæsestøbning ofte også benævnt flaskeblæsning er egentligt udviklet til produktion af flasker, derfor navnet flaskeblæsning. Men da man også fremstiller mange andre hule emner end flasker, er det blevet mere almindeligt at bruge ordet blæsestøbning. På engelsk hedder det blow moulding, på amerikansk blow mol ding og på tysk Extrusionsblasformen. Ordet blæse indgår, da der er tale om, at man klemmer et stykke varm slange af plastmateriale flad i den ene ende, hvorefter slangen blæses op som en ballon. Når man i dette tilfælde blæser ballonen op inde i en form med et hulrum som fx en flaske, får den form som en flaske. 19

20 en slange, man blæser op, er varm og blød, og lader sig let forme. For men er kold, og derved stivner den opblæste ballon/flaske, når den blæses ud mod formen. Om slangen bruges ofte også det amerikansk/engelske ord parison. Hospitalssektoren og industrien er storforbrugere af blæsestøbte emner. I formen ses blæsestøbte væskebeholdere i åben blæseform inden afformning. (BASF) 20

21 Coekstrudering Inden for alle de nævnte eksempler er det des uden muligt at foretage det, der hedder coekstrudering. et betyder, at man har to eller flere ekstrudere (normalt maksimalt seks), som afleverer plastmassen ind i det samme værktøj. Værktøjet er da udstyret med så mange kanaler eller flydeveje, at hver ekstruders plastmasse kommer til at danne et lag i fx folien. Plastmassen flyder ikke sammen inde i værktøjet (det er jo ikke flydende, kun dejagtigt). Plastlagene lægger sig lag mod lag, ligesom vi kender det fra lakridskonfekt. erved er det muligt at lave fx folie til en pose, som er sort indvendigt, hvid i midterlaget og grøn udvendigt. Man kan også bruge forskellige typer eller kvaliteter af plast til de forskellige lag. Ofte bruges genbrugsplast til det midterste lag. Coekstrudering anvendes også, hvis man fx ønsker at fremstille et profil i flere farver. et synlige er måske kulørt, mens det øvrige er gråt eller hvidt. Måske ønsker man at fremstille et profil med en blød læbe til tætning omkring vinduer. Her leder den ene ekstruder den hårde plasttype ind til selve profilet, mens den anden leder plasten ind til den bløde læbe. Inde i værktøjet mødes plasttyperne og smelter sammen. Ikke alle plasttyper kan smelte sammen, så det kræver viden og kendskab, når der skal vælges plasttyper (se nedenstående skema). 21

22 22

23 23

24 24

25 25

26 26

27 27

28 28

29 Coekstrudering med forskellige lag kan sammensættes på mange måder. Her vises nogle eksempler med op til syv lag. 29

30 I forbindelse med coekstrudering kan der ofte opstå et problem omkring orienteringsforholdene i plasten, når der ekstruderes med forskellig flydehastighed i værktøjet. et gør sig især gældende, når plasten fremføres i to, tre eller flere kanaler. Hvis disse kanaler er af samme størrelse, og flydehastigheden er forskellig, vil der, hvor de mødes, ske en opbremsning af plasten i det midterste lag, og dermed opstår en overvejende tværgående orientering i plasten (se billedet), mens der vil ske en acceleration og strækning af plasten i det øverste lag med langsgående orientering af plasten i toplaget til følge. isse problemer imødegås imidlertid, hvis kanalerne i værktøjet er tilpasset i størrelse til den lagfordeling, de hver især skal levere. Ved fladdyseekstrudering undgås problemet ofte, ved at lagene mødes i en fordelerblok, inden de kommer ind i værktøjet. erefter flyder alle lag i den samme kanal resten af vejen gennem værktøjet. Men det er kun muligt på grund af værktøjets udformning. Her sker der en kraftig ændring i molekylkædernes orientering. et kan medføre, at der sker en overstrækning af toplaget, hvorved dette brister, hvis folien fx efterfølgende termoformes. Her sker der ingen ændring i molekylkædernes orientering. 30

31 31

32 32

33 33

34 34

35 35

36 36

37 37

38 38

39 39

40 40

41

42

43 43

44 44

45 45

46 46

47 47

48 48

49 49

50 Vedhæftningsevne ved coekstrudering Med hensyn til hvilke materialer der kan coekstruderes, vises et skema over almindeligt an vendte plasttyper, samt hvor velegnet disse typer er til at hæfte til hinanden. Materiale PEL PEH PP PSLI (low impact) PSMI (medium impact) PSHI (high impact) PS Krystal ABS* PEL PEH PP PS Krystal ABS* ABS Blødgjort PVC Fleksibel PVC PC???? 50 PSLI (low impact) PSMI (medium impact) PSHI (high impact)

51 Adiabatisk ekstrudering Ved det man kalder adiabatisk ekstrudering, opvarmes plastmaterialet udelukkende ved friktionsvarme, dvs. ved sådanne maskiner er varmetilskud kun nødvendigt ved opstart. Læs mere i afsnittet Adia batisk ekstruder. Coekstruderingsanlæg bestående af seks ekstrudere og et fladdyseværktøj. (Welex Inc.) 51