Extrusionsgrundlagen: Achten Sie auf den Düsenabstand

Allan Griff | Jul 18, 2020

Die Eröffnung ist das Thema der Kolumne dieses Monats. Ich spreche von der Düsenöffnung oder dem Düsenspalt, aus dem unser extrudierter Kunststoff kommt, und nicht von dem politisch aufgeladenen Kampf um die Öffnung der Wirtschaft, der jetzt neben dem Virus tobt. Ich gehöre zu diesen gefährdeten Senioren, deshalb bleibe ich zu Hause, schreibe diese Artikel und versuche, die Politik von Kunststoffen zu verstehen.

Einige Düsenabstände sind manuell oder automatisch einstellbar. Wenn es automatisch ist, verfügen Sie über einen permanenten Watchdog, der jedoch kalibriert und gewartet werden muss, was geplant und nicht durch eine „Call-X-if-it-breaks“-Strategie „verwaltet“ werden sollte. Sogar die Automatik hängt von einem Ausgangspunkt ab. Flachdüsenprodukte sind ein gutes Beispiel, da sie darauf ausgelegt sind, ein einheitliches Produkt für ein bestimmtes Harz zu erzeugen – Viskosität als Funktion von Geschwindigkeit und Temperatur, nicht nur vom Schmelzindex – bei einem bestimmten Massenstrom, der gut gemischt zugeführt werden kann dem Extruder zugeführt und nach Verlassen der Düse ordnungsgemäß abgekühlt.

Zusätzlich zur eingebauten und automatischen Dickensteuerung kann es beim Start erforderlich sein, die Matrizenschrauben und die Drosselstangenschrauben ungleichmäßig einzustellen sowie die Düsenheizung zu steuern. Letzteres lässt sich oft am einfachsten anpassen, reicht aber manchmal nicht aus. Eine Isolierung des gesamten Chips oder von Teilen davon kann hilfreich sein, ebenso wie eine punktuelle lokale Erwärmung. Wenn das Anschrauben ein Problem darstellt, kann die Isolierung mit Magneten oder rostfreien Klettverschlüssen befestigt werden.

Einige Matrizen, die auf eine bestimmte Größe ausgelegt sind, sind überhaupt nicht verstellbar, einige verfügen über Zentrierbolzen, die am einfachsten im Voraus eingestellt werden können, während andere möglicherweise nicht während des Betriebs verstellbar sind, sondern über Lippeneinsätze verfügen, die unterschiedliche Bereiche ermöglichen. Bei einigen Produkten wird die Dicke auch während des Abkühlens weiter kontrolliert. Wenn das Produkt jedoch später wieder erhitzt werden soll, entspannt es sich möglicherweise so weit, dass die Dicke wieder an die Stelle zurückgedrückt wird, an der sie sich vor dem Abkühlen/Auspressen befand. Die bereits von Metallen bekannte Wissenschaft des Glühens gilt auch für Kunststoffe.

Einstellbar oder nicht, mit den drei „SSD-Werkzeugen“ – Quellen, Schrumpfen und Absenken – ist eine bessere Dickenverwaltung möglich.

Kunststoffmoleküle sind lange Ketten, die sich wie Baumstämme aufreihen, die einen Fluss hinuntertreiben, wenn sie aus der Matrize herauskommen. Im Extruder und einigen Teilen der Düse sind sie in keiner Richtung stark ausgerichtet; Wenn sie die Matrizenlippen erreichen, werden sie an den Seiten festgehalten, können sich aber frei in linearer Richtung bewegen. Sobald sie aus der Form kommen, können sie sich in alle Richtungen bewegen, was normalerweise die Dicke erhöht. Das istanschwellen , die je nach Formdesign zwischen nahezu Null und 100 % oder mehr variieren kann (allmähliche Verengung bedeutet weniger Schwellung); die molekulare Struktur des Harzes; Schmelztemperatur(en); und Zeit – dh wie lange die Schmelze im letzten Teil der Form eingeschlossen war. Langsameres und heißeres Laufen entspannt die Moleküle, sodass die Schwellung geringer ist.

Schwindung ist die Volumenänderung von der Schmelze zum Feststoff und ist harzspezifisch – sie kann bei halbkristallinen Stoffen bis zu 20 % und bei anderen nur 5 % betragen. Füllstoffe senken diesen Wert zusätzlich. Andere Zusatzstoffe haben in der Regel nur geringe Wirkung, mit Ausnahme von Schaummitteln, die Gase (Stickstoff, Kohlendioxid) hinzufügen, die die Dicke wieder erhöhen. Eigenschaften und Aussehen hängen von der Art und Menge des Treibmittels, den Temperaturen und der Formulierung (Keimbildung) ab und sind ein großes technisches Gebiet für sich.

Quellung und Schrumpfung können im Labor gemessen und untersucht werden, aber die Produktion stört normalerweise nicht, da das Produkt durch den dritten Faktor auf die gewünschte Dicke reduziert wird.Abzug. Eigenschaften wie Schlagzähigkeit und Oberflächenerscheinung können davon beeinflusst werden, wie viel Abzug erforderlich ist, um die endgültige gewünschte Dicke zu erreichen, und einige Schmelzen lassen sich viel leichter ziehen als andere. Die Zugresonanz bei Flachfolien und Beschichtungen ist ein einzigartiger Fall, bei dem das Produkt bei einem bestimmten Abzugsverhältnis – oft geschätzt als Spalt:Enddicke – vibriert und entsprechende Kreuzlinien zeigt. Wenn Sie schneller oder langsamer laufen, verlassen Sie den kritischen Bereich und lösen das Problem. Da es neben der Menge auch auf die Ziehgeschwindigkeit ankommt, besteht eine weitere Abhilfe darin, den Abstand zwischen der Düse und der ersten Kühlung zu ändern, was leicht zu bewerkstelligen ist, wenn man nach unten in einen Wassertank läuft.

Mehr Absinken erhöht die Anisotropie, ein Fachausdruck dafür, wenn sich eine Richtung von der anderen unterscheidet. „Orientierung“ ist ein schärferer Begriff für das Gleiche, und die Beeinflussung der Eigenschaften hängt von der Temperatur und der Spannung ab, wie es auch bei den üblichen orientierten Filmen, Filamenten, Folien und Flaschen der Fall ist. Bei der Extrusion gibt es immer eine Maschinenrichtung, und Anisotropie zeigt sich als MD/TD-Unterschied oder Verhältnis im Endprodukt, in der Zugfestigkeit, der Streckdehnung und/oder im Modul (Steifigkeit). Dieser Unterschied kann bei Aufreißbändern oder Umreifungsbändern wünschenswert sein, ist jedoch unerwünscht, wenn er die Schlagfestigkeit verringert oder beim Abkühlen unterschiedlich schrumpft.

Die Kontrolle der Dicke ist für die Kostenkontrolle von entscheidender Bedeutung, da die Produktion von mehr als benötigtem Material Material- und Geldverschwendung bedeutet und sich manchmal auf die Leistung auswirkt – zu dicke Rohre passen nicht in die Formstücke. Zu dünn kann Feldversagen, weniger Barriere oder zu flexibel bedeuten. Das bedeutet Entscheidungen über die akzeptable Dicke, oft an mehreren Stellen eines Produkts. Versuchen Sie, Spannen statt Durchschnittswerte zu definieren. Nicht einfach, aber ohne sie fliegst du im Nebel.

Ich habe die Temperatur mehrmals erwähnt, aber Wärme als Kontrollmöglichkeit ist begrenzt, da Kunststoffketten durch die Kombination von Temperatur x Zeit unterbrochen werden. Dem wird durch stabilisierende Zusatzstoffe, oft auch Antioxidantien genannt, entgegengewirkt. Die thermische Stabilität ist eine wichtige Materialeigenschaft. Eine Verfärbung in Richtung Gelb kann ein erster Hinweis sein, aber das ist nutzlos, wenn das Produkt dunkel oder schwarz ist. Wenn Sie selbst färben, können Sie ungefärbtes Harz testen. Ein Vakuumofen ist besser (auch keine Luft in einem Extruder), aber ein normaler Ofen muss möglicherweise ausreichen.

Zu guter Letzt kommt es auf die Sicherheit an. Das Anpassen der Düsenabstände während des Betriebs kann gefährlich sein, insbesondere bei breiten, flachen Düsen. Es wird uns empfohlen, niemals vor einer heißen und vollen Matrize zu stehen, da heiße Schmelze die Öffnung ausblasen kann. Wir wissen jedoch auch, dass sich die Lücke bei Kälte von der Lücke bei Hitze unterscheidet. Das ist kein so großes Problem, wie es scheint: Obwohl der Abstand im heißen Zustand bestimmt, was herauskommt, hängt er von den Einstellungen im kalten Zustand ab. Sobald wir also wissen, wie man ihn auf einem leeren/sauberen Chip kalt einstellt, können wir es tun auf diese Weise, obwohl wir wissen, dass es sich bei Hitze verändert. Das ist in Ordnung, solange wir das gleiche Material mit der gleichen Geschwindigkeit verarbeiten. Die Rate ist wichtig, da ein schnelleres Drücken die Verteilung von der Mitte bis zu den Enden auf einer flachen Matrize verändert. Außerdem unterscheiden sich die Materialien von Charge zu Charge in der Viskosität, selbst bei Produkten mit derselben Nummer, und auch wenn sich der Anteil an Mahlgut/Ausschuss ändert, und es gibt immer Leute, die andere Hitzeeinstellungen ausprobieren möchten. Daher benötigen wir die Möglichkeit, den Durchfluss sicher anzupassen, beispielsweise durch gut gewartete und kalibrierte automatische Systeme, Verlängerungsarme an manuellen Bolzendrehern und Änderungen der Zonentemperaturen (sowohl im Zylinder als auch im Gesenk). Bei mittelschweren bis schweren Blechen zeigt uns ein Licht im Walzenspalt, wenn das Blech in den Kühlstapel gelangt, sicher, wie es uns geht.

Das ist genug für jetzt. Hinterlassen Sie einen Kommentar oder schreiben Sie mir eine E-Mail, wenn Sie weitere Fragen haben. Und denken Sie daran: Kein Kunststoff ist von Natur aus giftig, aber die Menschen wollen glauben, dass sie es sind. Weitere Informationen finden Sie in meinem PlasticsToday-Artikel vom 12. Mai.

Was Live-Seminare angeht, ist in naher Zukunft nichts geplant – Sie wissen, warum –, aber Sie können immer noch online „teilnehmen“, noch besser als live, über mein neues audiovisuelles Seminar: Keine Reise, kein Warten auf Live-Termine, dieselben PowerPoint-Folien, aber mit meinen Audio-Erklärungen und einer schriftlichen Anleitung. Schauen Sie es sich in Ihrem eigenen Tempo an. Die Gruppenteilnahme wird zum Pauschalpreis angeboten, inklusive des Rechts, Fragen zu stellen und ausführliche Antworten per E-Mail zu erhalten. Für weitere Informationen rufen Sie 301-758-7788 an oder senden Sie mir eine E-Mail an [email protected].

Über den Autor

Allan Griff ist ein erfahrener Extrusionsingenieur, der im technischen Service eines großen Harzlieferanten begann und nun viele Jahre lang selbstständig als Berater, Sachverständiger in Rechtsfällen und insbesondere als Dozent im Rahmen öffentlicher Webinare und Seminare arbeitet und inhouse, und jetzt in seiner neuen audiovisuellen Version. Er schrieb Plastics Extrusion Technology, das erste praktische Extrusionsbuch in den Vereinigten Staaten, sowie das Plastics Extrusion Operating Manual, das fast jedes Jahr aktualisiert wird und sowohl auf Spanisch und Französisch als auch auf Englisch erhältlich ist. Erfahren Sie mehr auf seiner Website www.griffex.com oder senden Sie ihm eine E-Mail an [email protected].

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