Műanyagfeldolgozó gépek és szerszámok 2. előadás Az extrudálás technológiája Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszék
Feldolgozási technológiák Hőre lágyuló Hőre nem lágyuló Feldolgozás ömledékállapotban Feldolgozás nagyrugalmas állapotban Kémiai reakciók és alakadás egy időben Kevésbé termelékeny Fúrás, esztergálás, forgácsolás, fűrészelés Extrúzió Fröccsöntés Extrúziós fúvás Kalanderezés Rotációs öntés Termoformázás Fröccsfúvás 2/34
Extrúzió - bevezetés Az extrúzió műanyagtermékek folyamatos gyártására szolgáló eljárás, a végtelen terméket darabolással hozzák a végső felhasználási formára. 3/34
Extruder gyártók Alkalmazás szerint Laborextruder Ipari extruder Fontosabb gyártók Brabender, Battenfeld, Bandera, Berstoff, Collin, Haake, Labtech 4/34
Extruder gyártósor Extruder Szerszám (alakadás) Kaliber (méret és alak rögzítése) Hűtés Elhúzás Tekercselés vagy darabolás Perforálás Nyomdázás Jelölések 5/34
Alkalmazások Lemezgyártás Csőgyártás Kábelbevonás Profilgyártás Palackfúvás 6/34
Az extruder felépítése 7/34
Az extruder felépítése meghajtás Meghajtóegység, motor Elektromos Változtatható sebesség Sebességváltó Sebesség csökkentése Fogaskerék Direkt meghajtás Gyorsváltós sebességváltó Tengelykapcsoló Talpcsapágy Motor Kúpgörgős vagy golyóscsapágy Kuplung, biztonsági egységek Talpcsapágy Csapágyak Talpcsapágyra ható erő = Fejnyomás csiga keresztmetszet Kulcs Csapágyak 8/34
Az extruder felépítése garat Tölcsér Garat nyílás Etetés, betáplálás Garaton keresztül, tölcsér segítségével Folyamatos vagy éheztetéses Hűtő csatornák Garat hűtése! +Nagyobb kihozatal +Ömledékhőmérséklet csökkenése +Egyenletesebb szállítóteljesítmény Barázdált garat -Nagyobb motorteljesítmény szükséges -Érzékeny az anyag karakterisztikájára -Lágy alapanyag és darálék feldolgozására alkalmatlan -Speciális csigakialakítást igényel 9/34
Az extruder felépítése henger, csiga, fűtés A csiga egy termosztált hengerben forog Nagy felületi keménység, kopásállóság Szerszámacél Rozsdamentes acél Bimetál Henger hőfokszabályozása zónákra bontva Bimetál bevonatok Fém Hozzáadva Rockwell C keménység Tulajdonságok Fe Ni, Si, B, Cr 50-65 Kiváló kopásállóság, rossz korrózióállóság Ni/Co Fe, Si, B, Cr 45-60 Jó kopásállóság, kiváló korrózióállóság Ni/Cr W, B, Fe, Si 60-65 Kiváló kopásállóság, nagyon jó korrózióállóság Hűtés Henger Fűtés, szabályozás Nyomásmérő Szűrő Törőtárcsa 10/34
Nyomás (bar) Az extruder felépítése csiga, nyomásprofil Szilárd anyag Kompresszió Ömledék 1. 2. 3. 1. Szilárdanyag szállítás 2. Kompressziós zóna/megömlés 3. Ömledékszállítás 8 D 7 D 5 D Csiga hossza = 20 D 11/34
Az extruder felépítése csiga, nyomásprofil Kompresszió Dekompresszió Csatorna szélesség Anyagáram Szárnyak dőlésszöge Mag Átmérő Csatorna mélység Hátsó szárny Csiga szárnyak Etetés Vákuum Kompresszió viszony = Csatornamélység szilárd a. zónában Menetmélység öml. száll. zónában 12/34
Az extruder felépítése működés feltétele Olyan súrlódási viszonyok legyenek, hogy az anyag a csigán csússzon meg, ugyanis ezzel biztosítható a szerszám felé történő áramlás Henger felszíne Ömledék film Ömledék/szilárd határfelület Szilárd anyag Csigaszárny Ömledék, forgó áramlás Kompresszió növelhető: Magprogresszív Menetprogresszív 13/34
Az extruder felépítése törőtárcsa, szűrő Törőtárcsa és szűrő feladata Termikus homogenitás javítása Meg nem ömlött szilárd anyag, illetve szennyezés visszatartása Az ömledék áramlási profiljának megváltoztatása 14/34
Csigakialakítások hagyományos csigák Teljes hosszúság: 20-30 D Szilárdanyag szállítási szakasz: 4-8 D Ömledékszállítási szakasz: 6-10 D Kompresszió viszony: 2-4 Kompressziós zóna hossza anyagfüggő 15/34
Csigakialakítások hagyományos csigák Lehetséges módosítások Duplaszárnyas kialakítás a szilárdanyag szállítási zónában: a nyomás ingadozások kiegyenlítésére, csökkenti a csigák meghibásodását. Kisebb termelékenység. Csigaszárnyak szögének megnövelése: optimalizálták a szöget a szilárdanyag szállítási zónában és az ömledékszállítási zónában. Gumitermékek extrúziójához. 16/34
Csigakialakítások hagyományos csigák Lehetséges módosítások Ömledékszállító zóna nélkül - fröccsöntéshez Csak kompressziós zóna fokozatos tömörítés (PA66 termékek) Rövid kompressziós zóna (1D) Dekompressziós csiga 17/34
Csigakialakítások gumi feldolgozása Mai extruderek elődjei Elsőként a melegetetéses extruderek terjedtek el Hidegetetés előnyei Kisebb beruházási költség Szélesebb körű anyagválasztás Hőmérséklet pontosabb szabályozása Különbségek Kisebb hossz Hűtés, fűtés Garat és csigakialakítás 18/34
Csigakialakítások gumi feldolgozása Tipikus csigageometria: állandó csatornamélység, csökkenő menetemelkedés. Változó magátmérő, csatornamélység. Általában nagyobb mélység, a nyírás csökkentése érdekében. Pirelli által kifejlesztett extruder. Garatnál nagyobb csigaátmérő, amely gyorsan csökken. A megoldás növeli a homogenizáló képességet. 19/34
Csigakialakítások gumi feldolgozása Keresztező szárnyak és bemetszések a főszárnyon. Megváltoztatja az áramlási viszonyokat, növeli a nyírást, így segíti a homogenizálás hatékonyságát. QSM keresztirányú áramlással kever. A henger tüskéket tartalmaz. Nagyon jó keverési hatékonyság és kis energiafogyasztás jellemzi. 20/34
Csigakialakítások gáztalanító csiga Ömledékes etetés Állítható tüske 21/34
Csigakialakítások Barrier csiga Barrier zóna: elején egy barrier szárnyat vezetnek be Henger A rés a barrier szárny és a henger között nagyobb, mint a főszárny és a henger között Barrieren átjut az ömledék, a szilárd anyag nem Fő szárny Ömledék Barrier szárny Szilárd anyag Szilárd anyag a barrier szárny aktív oldalán, az ömledék a passzív oldalán marad szeparáció A szilárd anyag teljes megömlését, illetve nagyobb mértékű keveredést biztosít 22/34
Csigakialakítások moduláris csigák A teljes geometria elemenként építhető (henger és csiga is!) Kopott elemek külön cserélhetők 23/34
Csigakialakítások dinamikus keverőelemek 24/34
Csigatípusok kétcsigás extruderek Speciálisabb feladatok ellátása (PVC termékek gyártása, keverékek, kompozitok előállítása) Nagyfokú keverési hatékonyság Por feldolgozására az egycsigás berendezések nem alkalmasak Reaktív feldolgozás (polimerek ojtása, átészterezés) Ára jóval magasabb 1 henger 2 csigák 3 8-as alakú hengertér 25/34
Csigatípusok kétcsigás extruderek Csoportosítás: Forgási irány Azonos irányba forgó Ellentétes irányba forgó Csigák elrendezése Független Részlegesen illeszkedő Szorosan illeszkedő 26/34
Csigatípusok kétcsigás extruderek Nyírás szabályozó Függőleges adagoló Szállító elem Vákuumnyílás Nyíró elem Szállító elem Gyúró elem Homogenizáló elemek 27/34
Az extrúzió lépései 1. Szilárdanyag szállítás A problémamentes extrúzió feltétele a folyamatos, akadásmentes betáplálás (adagolórendszerek) Dugószerű áramlás Tömörödés, kipréselt levegő a garaton át távozik Boltozódás elkerülése 2. Megömlés Kompressziós zónában (hőmérséklet, nyomás, súrlódás) 28/34
Az extrúzió lépései 3. Ömledékszállítás 3/a. Vivő-, sodróáram a csiga és a henger között jön létre, miközben a csiga magja υ 0 kerületi sebességgel forog Sodróáram nagysága függ: Csiga geometriája Csiga fordulatszáma 29/34
Az extrúzió lépései 3/b. Torlóáram elsősorban fojtásból ered, az anyagáram útjába eső alkatrészek miatt (szerszám is) Sodróáram nagysága függ: Csiga geometriája Ömledék viszkozitása Nyomáskülönbség 3/c. Résáram régi, kopott csigák, hengerek esetén fordul elő 30/34
Szállítóteljesítmény Az extruder működése Sodróáram Torlóáram Eredő térfogatáram 2 csigás, szorosan illeszkedő, nagyobb fordulatszám 2 csigás, szorosan illeszkedő Nyomáskülönbség 31/34
Hőmérséklet- és nyomásszabályozás A megfelelő gyártáshoz legalább ismerni kell: hőmérséklet, nyomás, fordulatszám Nyomás: feldolgozás szabályozása, balesetvédelem Fejnyomás: meghatározza a kihozatalt Kapilláris elven vagy nyomórudas/dugattyúszáras 32/34
Hőmérséklet és nyomásszabályozás Hőmérsékletmérés a henger zónáiban, szerszámban, akár ömledékben is ON/OFF vagy PID szabályozás Áramlás útjába helyezhető Külső lézeres vagy infravörös eszközök is lehetnek 33/34
Köszönöm a figyelmet! Bartos András bartos.andras@mail.bme.hu 2018. 09. 12. 34/34