Ich beschäftige mich schon seit Jahren mit Plattenextrusionsanlagen und es besteht eine Lücke zwischen dem, was in den Verkaufsbroschüren steht, und dem, was passiert, wenn man um 2 Uhr morgens an einer Linie steht und versucht herauszufinden, warum das Messgerät abweicht. Durch die Extrusion von Kunststoffplatten werden Verpackungsmaterialien für alles hergestellt, von Joghurtbechern bis hin zu Klappbehältern. Um eine gleichbleibende Leistung zu erzielen, ist jedoch mehr erforderlich, als nur das Handbuch zu befolgen.
Beginnen Sie mit den Grundlagen, aber nicht wirklich
Der Extruderzylinder hat je nach Maschine normalerweise sechs oder sieben Zonen -. Jede Zone läuft bei einer anderen Temperatur, und der Gradient ist wichtig, weil Sie versuchen, das Polymer allmählich zu schmelzen und gleichzeitig Druck aufzubauen. Beschleunigen Sie es und Sie erhalten ungeschmolzene Pellets. Gehen Sie zu langsam, besteht die Gefahr einer thermischen Zersetzung, insbesondere bei temperaturempfindlichen Materialien wie PVC.
Bei den meisten PP-Betrieben wird die Einzugszone um etwa 180 Grad gedreht und an der Düse auf etwa 215 Grad gesteigert. Diese Zahlen variieren jedoch je nach verwendeter Harzqualität. Ein PP mit hohem -Schmelzfluss- benötigt niedrigere Temperaturen als eine Standardqualität, sonst tropft Material aus der Düse, bevor die Linie überhaupt in Betrieb genommen wird.
Für das Formendesign geben Hersteller das echte Geld aus. Bei einer billigen Matrize kommt es zu Kantenwulstproblemen -, da die Blattkanten dicker sind als in der Mitte - und Sie am Ende 15–20 % der Materialbreite abschneiden müssen, nur um ein brauchbares Produkt zu erhalten. Unternehmen wie Nordson EDI verlangen höhere Preise für ihre Düsen, aber die von ihnen verwendete Fließkanalgeometrie verteilt die Schmelze tatsächlich gleichmäßig. Ihr AutoFlex-Matrizensystem passt sich automatisch an Dickenschwankungen an, was großartig klingt, bis Sie ein Heizelement austauschen müssen und feststellen, dass die Teile mehr kosten, als manche Leute für ihr Auto bezahlen.
Die Materialkosten haben im Jahr 2021 alles verändert
Die Harzpreise spielten während der Pandemie verrückt. LDPE, das im Jahr 2019 0,45 $/Pfund kostete, erreichte laut Einkaufsdaten von plasticstoday.com bis Mitte 2021 einen Wert von 0,89 $/Pfund, und plötzlich kümmerten sich alle um die Ausschussraten. Davor war eine Ausschussrate von 5 % keine große Sache. Nachdem sich die Preise verdoppelt hatten, bedeuteten dieselben 5 %, dass echtes Geld verloren ging.
Bei recycelten Inhalten ging es weniger um Marketing als vielmehr um Wirtschaft. Die Herausforderung beim Mahlgut liegt in der Konsistenz - Eine Charge fließt anders als die nächste, und wenn Sie an einem Tag Neuware und am nächsten Tag eine 30 %ige PCR-Mischung verwenden, müssen Sie die Zylindertemperaturen und die Schneckengeschwindigkeit ständig anpassen. Einige Betriebe stellten ganze Produktionslinien für recyceltes Material ein, nur um den Umstellungsaufwand zu vermeiden.
Es gibt dieses Ding mit PET-Folien, bei denen der Feuchtigkeitsgehalt über den Lauf entscheidet. PET ist hygroskopisch, saugt Wasser aus der Luft auf, und wenn Sie versuchen, es ohne vorheriges Trocknen zu extrudieren, entstehen Blasen und Trübungen in der Folie. Adsorptionstrockner können einen Feuchtigkeitsgehalt von bis zu 0,005 % erreichen, was genau das ist, was Sie brauchen, aber sie kosten je nach Durchsatzanforderungen 15.000 bis 40.000 US-Dollar. Wenn Sie den Trockner weglassen, steigt Ihre Ausschussrate in die Höhe.
Über Roll-Stack-Konfigurationen redet niemand viel
Drei-Rollenstapel im Vergleich zu zwei-Rollenstapeln - scheinen einfach zu sein, verändern aber Ihren gesamten Vorgang. Mit drei-Rollen haben Sie eine bessere Kontrolle über die Ebenheit des Blechs, da Sie beim Abkühlen des Blechs beide Oberflächen kontrollieren. Zwei-Rollen sind günstiger in der Anschaffung und Wartung und benötigen weniger Stellfläche. Für dünne Materialien unter 0,5 mm sind drei -Rollen sinnvoll. Bei dickeren Platten über 2 mm kommt man bei vielen Anwendungen mit zwei Rollen aus.
Der Anpressdruck zwischen den Walzen beeinflusst die Oberflächenbeschaffenheit. Zu viel Druck führt zu einem Spiegelglanz, der zwar schön aussieht, später aber zu Problemen führen kann, wenn das Blatt bedruckt oder laminiert werden muss. Zu wenig Druck führt dazu, dass das Laken nicht flach aufliegt und sich wellt. Den richtigen Druck zu finden, ist meist Versuch und Irrtum.
Die Temperaturstabilität von Kühlwalzen ist schwieriger aufrechtzuerhalten, als man denkt. Sie lassen Wasser mit einer Temperatur von etwa 20 {5}}25 Grad durch die Walze zirkulieren, und die einlaufende Folie hat je nach Polymer eine Temperatur von 140–160 Grad. Das ist ein enormer Temperaturunterschied, und wenn Ihr Wasserkühler nicht mithalten kann, beginnt die Walzentemperatur zu steigen und Ihre Blatteigenschaften ändern sich. Ich habe das in einer Anlage gesehen, in der HIPS-Platten verwendet wurden – der Kühler war für die Liniengeschwindigkeit, die sie betreiben wollten, zu klein dimensioniert, und jeden Nachmittag, wenn die Umgebungstemperatur ihren Höhepunkt erreichte, traten Qualitätsprobleme auf. Ausstattung war in Ordnung. Der Flaschenhals war die Kapazität der Kältemaschine.
Warum es bei Liniengeschwindigkeit nicht nur darum geht, schneller zu sein
Es besteht der Druck, den Durchsatz zu maximieren, aber die Plattenextrusion hat physikalische Grenzen. Der Düsenspalt beträgt in der Regel zwischen 1,0-2,5 mm, abhängig von der endgültigen Blechdicke, und das Material dehnt sich beim Austritt aus, was als Düsenaufweitung bezeichnet wird. Wenn Sie zu schnell laufen, ziehen Sie die Platte herunter, bevor sie vollständig aufquellen und sich verfestigen kann, wodurch sich Ihre Dichte und mechanischen Eigenschaften ändern.
Das in Österreich ansässige Unternehmen Greiner Extrusion hat Daten veröffentlicht, aus denen hervorgeht, dass seine PET-Folienanlagen bei Dicken von 0,3 bis 1,5 mm mit einer Geschwindigkeit von 25 bis 45 m/min arbeiten. Diese Geschwindigkeiten sind das Ergebnis jahrzehntelanger Prozessoptimierung. Nur weil ein Motor schneller drehen kann, heißt das nicht, dass Ihr Produkt akzeptabel ist. Auf greiner-gpi.com wird detailliert beschrieben, wie die Liniengeschwindigkeit direkt mit der Kristallisationsrate in PET zusammenhängt. Wenn Sie zu schnell abkühlen, entstehen amorphe Bereiche, die die Klarheit und Festigkeit beeinträchtigen.
Auch die Verweilzeit des Materials im Fass spielt eine Rolle. Sitzt man dort zu lange bei hohen Temperaturen, kommt es zu einer Verschlechterung. Verschiedene Polymere haben unterschiedliche thermische Stabilität - Polycarbonat verträgt längere Verweilzeiten als Acryl, das bei Überhitzung vergilbt. Wenn Sie Produktionspläne ändern, müssen die Start- und Abschaltvorgänge eine Spülung - berücksichtigen, bei der das alte Material ausgespült wird, damit es den neuen Lauf nicht verunreinigt.
Es wurden Dickenmesssysteme entwickelt
Früher maß man die Dicke mit einem Handmikrometer, nahm alle paar Minuten eine Probe und stellte die Matrizenschrauben manuell ein, wenn man eine Abweichung feststellte. Mittlerweile gibt es automatisierte Systeme mit Laser- oder Nuklearsensoren, die das Netz scannen und Daten an Steuerungen zurückgeben, die die Matrize im Handumdrehen anpassen. Aber diese Systeme kosten Geld - ein vollständiger Aufbau eines Abtastmessgeräts kostet installiert 80.000 bis 150.000 US-Dollar.
Kleinere Betriebe führen immer noch manuelle Messungen und Anpassungen durch. Die Optimierung dauert länger, Sie erhalten mehr Variationen, aber wenn Ihre Kundenspezifikationen locker genug sind, können Sie ohne die aufwendige Ausrüstung auskommen. Mit diesem Ansatz kommen Verpackungen von Medizinprodukten jedoch nicht zurecht. Die FDA-Vorschriften erfordern eine dokumentierte Prozesskontrolle. Wenn Sie nachweisen können, dass Ihre Dicke innerhalb von ±2 % bleibt, verfügen Sie über kontinuierliche Messdaten.
Bahnhandhabung nach dem Abkühlen der Bahn
Die Spannungsregelung durch den Wickler ist eine eigene Spezialität. Zu viel Spannung und dünne Bleche können sich dehnen und die Abmessungen verändern. Bei zu geringer Spannung kommt es zu teleskopierbaren oder losen Rollen, die sich stromabwärts nicht mehr sauber abwickeln lassen. Gleitmittel in der Formulierung beeinflussen die Wechselwirkung der Blattschichten beim Aufwickeln - zu viel Gleitmittel und Rollen verschieben sich während des Transports.
Randbeschnitte werden in der Regel recycelt und dem Prozess als Mahlgut wieder zugeführt. Sie können jedoch nur so viel Mahlgut hinzufügen, dass sich die Eigenschaften verschlechtern. In den meisten Betrieben bleibt der Mahlgutanteil für erstklassige Produkte unter 25 %. Für weniger kritische Anwendungen können Sie einen höheren Wert erreichen, aber die Farbkonsistenz wird zum Problem, wenn Sie neues und recyceltes Material mischen.
Eine Oberflächenbehandlung ist bei Blechen üblich, die bedruckt oder mit Klebstoff beschichtet werden müssen. Durch die Corona- oder Flammbehandlung wird die Oberflächenenergie verändert und macht sie für Tinten und Klebstoffe empfänglich. Der Behandlungsgrad lässt jedoch mit der Zeit nach, weshalb Drucker frisch extrudierte Platten wünschen, wenn sie diese bekommen können.
Die Kosten für die Gerätewartung summieren sich
Der Verschleiß von Schnecke und Zylinder erfolgt allmählich. Die Schneckenflügeloberflächen polieren glatt, die Abstände vergrößern sich und die Leistung sinkt. Vielleicht bemerken Sie es zunächst nicht, aber über Tausende von Stunden nimmt der Durchsatz bei einer bestimmten Schneckengeschwindigkeit um 10–15 % ab. Letztendlich müssen Sie die Schraube entweder neu beschichten oder komplett ersetzen. Das kostet je nach Größe und Material 20.000 bis 50.000 US-Dollar.
Die Wartung erfolgt ständig. Kohlenstoffablagerungen an den Düsenlippen müssen bei manchen Anwendungen alle paar Wochen, bei anderen täglich gereinigt werden. Die Einstellschrauben müssen kalibriert bleiben, Heizbänder versagen und müssen ersetzt werden. Einige Betriebe planen den Austausch von Matrizen, damit sie eine Matrize gründlich reinigen und prüfen können, während die Produktion an einer anderen läuft.
Getriebeölwechsel, Filterwechsel, Temperaturregler kalibrieren - das ist alles Routine, summiert sich aber. Vorbeugende Wartungspläne sind hilfreich, es kommt jedoch immer noch zu ungeplanten Ausfallzeiten. Lagerausfälle, durchgebrannte Sicherungen, SPS-Fehler. Jede Stunde, in der die Linie ausfällt, bedeutet Umsatzeinbußen, und in der Verpackungsbranche steht normalerweise ein anderer Verarbeiter bereit, um Ihr Unternehmen zu übernehmen, wenn Sie nicht pünktlich liefern können.
Die Kapitalinvestition für eine komplette Blechfertigungsanlage beginnt bei etwa 800.000 US-Dollar für eine einfache Anlage und kann bei Breitband-Hochgeschwindigkeitssystemen mit allen Steuerungen und Automatisierungen leicht über 3 Millionen US-Dollar liegen. Es gibt einen Markt für gebrauchte Geräte, aber der Kauf gebrauchter Geräte bedeutet, die Wartungsprobleme eines anderen zu übernehmen, es sei denn, Sie wissen wirklich, was Sie bei der Inspektion überprüfen.