ANGMieszalnik pracujący na linii dwuślimakowej 40 mm rzadko otrzymuje dwukrotnie ten sam pellet po przeniesieniu tego samego preparatu TPE do maszyny 75 mm. Twardość Shore’a A przesuwa się o dwa lub trzy punkty, olej migruje na powierzchnię peletu, a pasmo przykleja się do przenośnika. Średnica śruby rzadko jest prawdziwą przyczyną. Zwykle zmienia się gęstość momentu obrotowego, wydajność podawania cieczy i droga chłodzenia pomiędzy matrycą a granulatorem.
Oto krótka odpowiedź: najpierw ustal gęstość momentu obrotowego, następnie architekturę podawania, a następnie drogę granulowania. W przypadku mieszania TPE te trzy decyzje oddziałują ze sobą znacznie silniej niż w przypadku sztywnego PVC lub niewypełnionego polipropylenu, ponieważ stop jest miękki, preparat często zawiera od 30 do 50 procent wagowych oleju, a polimer jest albo lekko usieciowany, albo w ogóle nieusieciowany.
W poniższych sekcjach omówiono każdą decyzję w kolejności, z tolerancjami, ograniczeniami i kompromisami w hali produkcyjnej, które faktycznie decydują o tym, czy linia utrzyma stopę.
Czym różni się mieszanka TPE od mieszanki sztywnego tworzywa sztucznego?
TPE to rodzina, a nie pojedynczy polimer. Gatunki styrenowych kopolimerów blokowych zbudowane na bazie SEBS lub SEPS, dynamicznie wulkanizowanego TPV, mieszanek termoplastycznych olefin i TPU przechodzą przez linię mieszania, a każdy z nich wymaga czegoś innego od lufy.
Gatunek na bazie SEBS zwykle zawiera od 100 do 200 phr parafinowego oleju procesowego. Olej ten należy wcisnąć do gumowego bloku środkowego, nie niszcząc styropianowych bloków końcowych, które nadają materiałowi wytrzymałość. TPV zawiera fazę gumową, którą należy ścinać wystarczająco mocno, aby równomiernie się rozproszyć, ale nie na tyle mocno, aby uległa degradacji. TPU jest wrażliwy na wilgoć, a woda resztkowa w nadawie powoduje powstawanie pęcherzyków, defektów powierzchni i mierzalną utratę właściwości mechanicznych.
| Rodzina TPE | Główne zadanie łączenia | Zapotrzebowanie na paszę | Typowa trasa granulowania |
|---|---|---|---|
| SEBS/SEPS, olej rozszerzony | Rozprowadź olej w fazie gumowej, nie niszcząc twardych bloków | Wtrysk cieczy w dalszej części procesu oraz grawimetryczny dopływ polimeru | Cięcie na gorąco pierścieniem wodnym lub cięcie pod wodą |
| TPV (PP / EPDM) | Dynamiczna wulkanizacja przy kontrolowanym ścinaniu i czasie przebywania | Precyzyjne dozowanie środków leczniczych i olejków | Granulowanie podwodne |
| Mieszanki TPO | Równomiernie rozprowadź wypełniacz i pigment | Podajnik boczny talku lub węglanu wapnia | Linka lub pierścień wodny |
| TPU | Kontroluj wilgotność i ograniczaj historię termiczną | Suszona pasza, uszczelniony transport | Granulowanie podwodne |
Wspólnym wątkiem jest to, że większość preparatów TPE zawiera co najmniej dwa strumienie, których nie mają sztywne mieszanki tworzyw sztucznych: płyn i proszek o małej gęstości nasypowej. Doprowadzenie tych dwóch strumieni do stopu z kontrolowaną szybkością jest najważniejszym czynnikiem decydującym o tym, czy linia będzie działać stabilnie przez całą zmianę. Ta sama logika rządzi procesami wytłaczania reakcyjnego, w których polimer jest wbudowany w cylinder, a nie tylko topiony, jak opisano w pracy nad Linie do wytłaczania reakcji TPU .
Gęstość momentu obrotowego to pierwsza specyfikacja, którą należy naprawić
Specyficzny moment obrotowy jest najbardziej użyteczną pojedynczą liczbą do porównywania współbieżnych maszyn dwuślimakowych. Oblicza się go jako moment obrotowy na każdym wale podzielony przez sześcian odległości od osi i wyrażony w Nm/cm3. Konwencjonalna maszyna mieszająca ma około 9 Nm/cm3. Konstrukcje o wysokim momencie obrotowym osiągają od 11 do 13,5 Nm/cm3, a Kunwei twierdzi, że jego maszyna zorientowana na mieszanie osiąga 14 Nm/cm3.
Rysunek 1: Szeroko stosowane klasy momentu obrotowego dla współbieżnych maszyn mieszających dwuślimakowych, z wartością 14 Nm/cm3 podaną przez Kunwei dla serii mieszanek.
Gęstość momentu obrotowego przekłada się bezpośrednio na wolną objętość i użyteczną prędkość śruby. Absorpcja 150 phr oleju wymaga wystarczającej wolnej objętości, aby ciecz mogła zostać wchłonięta bez gromadzenia się przy dyszy. Utrzymanie wrażliwego na ciepło elastomeru w stanie nienaruszonym wymaga osiągnięcia niezbędnej pracy mieszania przy niskich obrotach. Maszyna o wyższym momencie obrotowym wykonuje obydwa zadania jednocześnie, ponieważ tę samą moc wyjściową osiąga się przy mniejszej liczbie obrotów, zatem każdy kilogram TPE ma mniejszą historię całkowitego ścinania.
Oto dlaczego wytłaczarki dwuślimakowe o wysokim momencie obrotowym stały się domyślnym wyborem w przypadku łączenia TPE i TPV, a nie opcjonalną aktualizacją. Kompromis ma charakter mechaniczny: wały wielowypustowe, łożyska skrzyni biegów i elementy śrubowe muszą być przystosowane do obciążenia, zatem stwierdzenie o wartości 14 Nm/cm3 jest wiarygodne tylko wtedy, gdy cały układ napędowy jest odpowiednio dostosowany.
Seria KTS o wysokiej wydajności Parametry techniczne Zobacz produkt → Architektura zasilania: wtrysk oleju, wypełniacz i podajniki boczne
Większość linii TPE, które nie osiągają mocy znamionowej, jest ograniczona przed śrubą, a nie przed śrubą. Najważniejsze są trzy decyzje dotyczące karmienia.
Punkt wtrysku cieczy
Olej jest wtryskiwany do sekcji beczki za stopionym uszczelnieniem, nigdy do gardzieli zasilającej. Przewód wtryskowy powinien być ogrzewany, a przepływ powinien być kontrolowany za pomocą pompy zębatej lub grawimetrycznego urządzenia dozującego, a nie grawitacyjnego. Typowy preparat SEBS zawiera 100 do 200 phr oleju parafinowego, więc kilkuprocentowe wahania szybkości są natychmiast widoczne w twardości Shore'a.
Dodatek proszku i wypełniacza
Talk, węglan wapnia, środki zmniejszające palność i proszki barwiące mają niską gęstość nasypową i mają tendencję do fluidyzacji w gardzieli zasilającej, co powoduje głodzenie ślimaka i powstawanie fal. Podajnik boczny, który wywiera niewielkie podciśnienie w punkcie wejścia, zagęszcza proszek na wejściu do beczki, podnosząc efektywną gęstość nasypową i stabilizując prędkość podawania.
Podajnik boczny Podajnik boczny służy do wymuszonego podawania proszku, krótkich włókien lub premiksów, które mogą elastycznie dostosować się do potrzeb procesu lub zwiększyć ilość podawanego materiału. W ... Zobacz produkt → Kontrola grawimetryczna
Podajniki zmniejszające masę są standardem na liniach TPE, ponieważ automatycznie korygują dryft gęstości pomiędzy partiami wypełniacza i stopniową zmianę gęstości nasypowej peletu w miarę zmiany zawartości oleju. Podawanie objętościowe jest odpowiednie tylko wtedy, gdy skład jest ustalony, a surowce pochodzą z jednego, kwalifikowanego źródła.
Temperatura topnienia, ścinanie i odgazowywanie
Stopiony TPE jest miękki i wrażliwy na ciepło, dlatego profil beczki zwykle podnosi się do szczytu mieszania, a następnie ponownie opada przed matrycą. Wysoka temperatura matrycy powoduje, że stop jest zbyt płynny, aby można go było czysto ciąć, natomiast zbyt chłodna matryca zwiększa ciśnienie głowicy i może powodować pękanie stopu.
Rysunek 2: Przykładowe wartości zadane dla związku SEBS na bazie oleju, z chłodną strefą zasilania, pikiem mieszania w pobliżu strefy trzeciej i profilem opadającym w kierunku dyszy.
Dwa porty próżniowe są typowe dla linii TPE. Pierwsza odbywa się bezpośrednio za strefą wtrysku oleju i usuwa lekkie substancje lotne oraz wilgoć przenoszoną przez wypełniacz. Drugi znajduje się blisko matrycy i usuwa resztki wody. Uruchamianie obu portów przy tym samym poziomie podciśnienia jest częstym błędem; port wylotowy zwykle wymaga silniejszego podciśnienia, ponieważ stop jest cieńszy, a wolna powierzchnia jest mniejsza.
Peletyzowanie: nici, pierścień wodny lub pod wodą
Droga granulowania decyduje o poziomie zapylenia, kształcie peletu i o tym, ile uwagi operatora wymaga linia.
| Trasa | Jak to działa | Najlepsze dopasowanie | Uważaj na |
|---|---|---|---|
| Splot z przenośnikiem chłodzącym powietrzem | Stop opuszcza matrycę, schładza się na długim przenośniku, a następnie jest cięty za pomocą granulatora pasmowego | Wydajność od niskiej do średniej, łatwa wizualna kontrola jakości stopu | Gatunki bogate w olej przyklejają się do paska; wyższy poziom zapylenia |
| Cięcie na gorąco pierścieniem wodnym | Pelety są cięte na powierzchni matrycy i wrzucane do obracającego się pierścienia wodnego | Średnia wydajność, okrągłe pelety, umiarkowane nakłady inwestycyjne | Kontrola temperatury powierzchni matrycy musi być dokładna |
| Granulowanie podwodne | Cięcie odbywa się w komorze wypełnionej wodą bezpośrednio przy płycie matrycy | Wysoka wydajność, system zamknięty, niski poziom zapylenia, dobry do miękkich stopów | Wyższe nakłady inwestycyjne; potrzebne uzdatnianie wody i wymiana sit |
W przypadku gatunków SEBS bogatych w olej preferowane jest zwykle cięcie pierścieniem wodnym i cięcie pod wodą, ponieważ pelety są schładzane w momencie cięcia, co zapewnia ich kształt przed migracją oleju. Granulowanie pasma nadal ma zastosowanie w pracach próbnych i produkcji na małą skalę, gdzie możliwość zobaczenia pasma jest warta więcej niż dodatkowa wydajność.
Podwodne granulowanie Cięcie na gorąco powierzchni matrycy pod wodą oznacza, że materiał jest cięty na cząstki w wodzie i bezpośrednio podąża za przepływem wody do rurociągu w celu chłodzenia i kształtowania. Zobacz produkt → Jak kompletna linia do mieszania TPE pasuje do siebie
Linia TPE przebiega w ustalonej kolejności, a każdy etap ogranicza następny. Podajniki ustalają proporcje, podajnik boczny ustala szybkość wypełniacza, wytłaczarka ustala pracę mieszania, a granulator ustala końcową postać cząstek.
Rysunek 3: Schematyczne rozmieszczenie ciągu mieszającego TPE, od podawania grawimetrycznego przez wytłaczarkę dwuślimakową do granulatora.
Wybór średnicy ślimaka zależy od wymaganej wydajności, a nie odwrotnie. Zakres maszyn od około 8 mm do 177 mm obejmuje wszystko, od prób laboratoryjnych z szybkością kilku kilogramów na godzinę po pełną produkcję przemysłową, a próby na małej maszynie powinny być przeprowadzane przy tym samym właściwym momencie obrotowym i tym samym czasie przebywania co jednostka produkcyjna, w przeciwnym razie zwiększenie skali nie będzie możliwe.
Często zadawane pytania dotyczące mieszania TPE
Jest to mieszanie w stanie stopionym bazy elastomeru termoplastycznego, takiego jak SEBS, SEPS, TPV lub TPU z olejem procesowym, wypełniaczem, przeciwutleniaczem i barwnikiem, a następnie granulowanie w sypkie granulki, które można formować wtryskowo lub wytłaczać.
Ślimak o dużej swobodnej objętości z blokami ugniatającymi do mieszania rozdzielczego, krótką sekcją dyspersyjną i uszczelką ze stopu umieszczoną przed otworem wtrysku oleju. Miękkie stopione TPE zwykle tracą jakość w przypadku agresywnych elementów ścinających.
Olej nie został całkowicie wchłonięty przed matrycą. Sprawdź, czy punkt wtrysku znajduje się za odpowiednią uszczelką ze stopu, czy port próżniowy za nim działa i czy temperatura matrycy pozwala na pokrycie pasma lub matrycy przed cięciem.
Podczas mieszania TPE faza gumowa pozostaje nieusieciowana i jest po prostu zmiękczana przez olej. W produkcji TPV faza gumowa jest sieciowana wewnątrz wytłaczarki, podczas gdy faza plastyczna pozostaje termoplastyczna, co wymaga ściślejszego dozowania środka utwardzającego i kontroli czasu przebywania.
Linie produkcyjne zwykle wykorzystują 100 do 200 phr oleju parafinowego w gatunku SEBS, co stanowi mniej więcej połowę wagową gotowego związku. Poza tym czynnikiem ograniczającym jest zwykle wydajność chłodzenia stopu, a nie układ wtrysku.
Często tak, ale wymaga to przeglądu. Krytycznymi punktami są objętość wolna od ślimaka, dostępność późniejszego portu wtrysku i portów próżniowych, znamionowy moment obrotowy skrzyni biegów oraz to, czy granulator radzi sobie z miękkim, lekko lepkim stopem.
