Как я могу убедиться, что конструкция шнека полностью электрической экструзионной выдувной машины соответствует характеристикам моего сырья?

На нашем заводе мы часто видим, как клиенты беспокоятся, что стандартное оборудование не сможет эффективно обрабатывать их конкретную смесь смол или переработанный материал. Эти опасения вполне обоснованы, поскольку плохая совместимость шнеков снижает рентабельность.

Для проверки пригодности конструкции шнека необходимо проверить соотношение длины к диаметру (L/D) (стремясь к значению 24:1 или выше), потребовать заданную геометрию барьерных витков для обеспечения стабильности расплава и запросить конкретный тест на энергопотребление (SEC). Всегда подтверждайте эти показатели с помощью испытаний материала с использованием вашей конкретной марки смолы.

Давайте разберем технические детали, которые необходимо проверить перед подписанием контракта.
технические характеристики ¹

Как геометрия шнека влияет на обработку ПЦР-материалов или переработанных материалов?

При экспорте оборудования в Европу клиенты часто спрашивают, может ли наше оборудование перерабатывать 100% вторичного сырья (PCR) без засорения или скачков давления.
Переработанные отходы (PCR) ²

Геометрия шнека имеет решающее значение для ПЦР; необходимо убедиться, что шнек имеет барьерную конструкцию для отделения твердых частиц от расплава, а также биметаллическую футеровку цилиндра для защиты от истирания. Более высокое соотношение L/D обеспечивает достаточное время перемешивания, предотвращая образование нерасплавленных "гелей" и полос, которые могут испортить качество конечного продукта.

Обработка ПЦР-материала или переработанного сырья принципиально отличается от обработки первичной смолы. На наших инженерных совещаниях мы подчеркиваем, что простое повышение температуры не является решением; необходимо изменить оборудование. Первым параметром, который необходимо проверить, является Соотношение длины к диаметру (L/D). Для стандартного первичного полиэтилена высокой плотности (HDPE) может быть достаточно соотношения 20:1 или 22:1. Однако для ПЦР-приложений мы настаиваем на минимальном соотношении L/D, равном... 24:1 или 25:1. Более короткие шнеки просто не обеспечивают достаточного "времени пребывания" для тщательного перемешивания неоднородного расплава переработанного пластика и его смешивания с мастербатчем. Если шнек слишком короткий, вы увидите цветовые полосы или неравномерность на стенках бутылки.

Во-вторых, вам следует отказаться от простых дозирующих винтов. Вам следует убедиться, что в машине используется... Геометрия полета через барьер. Шнековый транспортер имеет дополнительную лопасть, которая разделяет канал на два пути: один для твердых частиц, а другой для расплава. Это гарантирует, что к матрице может пройти только полностью расплавленный пластик. Без этого нерасплавленные частицы (гели) часто просачиваются, блокируя тонкий зазор матрицы и вызывая срывы.

Наконец, следует учитывать фактор износа. В PCR содержатся загрязнения, такие как бумажные волокна, кремнезем и металлические фрагменты. Стандартная азотированная сталь изнашивается менее чем за 12 месяцев. Мы настоятельно рекомендуем указывать в спецификации Биметаллическая броня—на фюзеляже нанесено упрочняющее покрытие из карбида вольфрама.

Таблица: Характеристики винтов для первичной и ПЦР-смолы

Какие конкретные вопросы следует задать о выделении тепла за счет сдвига в полностью электрических системах?

В ходе наших исследований и разработок электрических моделей мы обнаружили, что электрические приводы обладают настолько высоким крутящим моментом, что могут легко перегревать чувствительные смолы, если конструкция шнека не контролируется должным образом.

Необходимо выяснить, не создает ли конструкция шнека чрезмерного нагрева за счет трения, известного как чувствительность к сдвигу. Проверьте это, запустив шнек со скоростью 801 об/мин при выключенных нагревательных элементах; если температура расплава значительно превышает заданное значение, значит, геометрия слишком агрессивна для вашей смолы.

Постоянный крутящий момент (S1) ³

В гидравлических машинах неэффективность системы часто маскировала недостатки конструкции шнека. В полностью электрических экструзионно-выдувных машинах прямой привод невероятно эффективен, но это означает, что конструкция шнека должна быть точной, чтобы избежать "чрезмерного сдвига" материала. Тепло сдвига — это повышение температуры, вызванное исключительно трением пластиковых гранул друг о друга и о цилиндр.
Сдвиговое тепло ⁴

Если конструкция винта предусматривает слишком агрессивную зону сжатия, он будет выделять избыточное количество тепла независимо от настроек нагревательного элемента. Мы называем это Переопределение температуры плавления. Чтобы проверить это, попросите производителя запустить машину на рабочей скорости (после предварительного нагрева), а затем выключить нагревательные элементы. Если температура расплава продолжает расти, значит, шнек механически сопротивляется материалу. Это приводит к разрушению полимерных цепей и образованию хрупких бутылок, которые не проходят испытания на ударопрочность.

Кроме того, вам необходимо проверить Термоизоляция подающего патрубка. Во многих компактных электрических конструкциях серводвигатель напрямую соединен с редуктором и шнеком. Мы обнаружили, что тепло от двигателя может передаваться в секцию подачи. Если конструкция шнека не учитывает это с помощью изолированной или интенсивно охлаждаемой водой втулки подачи, вы столкнетесь с "преждевременным плавлением" или образованием комков, когда гранулы слипаются до попадания в зону сжатия, что полностью остановит производство.

Таблица: Диагностика проблем, связанных с тепловыделением при сдвиге.

Как я могу проверить, обеспечивает ли конструкция шнека стабильную однородность расплава моей смолы?

Мы калибруем наши контроллеры полета для обеспечения стабильности, но сам шнек должен обеспечивать химически однородный расплав, чтобы предотвратить колебания толщины стенок.
индекс плавления ⁵

Для проверки однородности расплава необходимо контролировать стабильность противодавления; хорошая конструкция обеспечивает показания в пределах +/- 3 бар. Кроме того, следует осмотреть заготовку на наличие "акульей кожи" или ряби под стробоскопом, чтобы убедиться, что конструкция шнека не создает гармонического резонанса, который не может поглотить электропривод.

гармонический резонанс ⁶

Однородность расплава зависит не только от температуры, но и от стабильности давления. При испытании оборудования на нашем предприятии мы внимательно изучаем эти параметры. Показатель стабильности противодавления на человеко-машинном интерфейсе (HMI). Правильно спроектированный винт должен поддерживать противодавление внутри +/- 3 бар от заданного значения. Если вы видите, что давление колеблется на 10 или 20 бар, это указывает на "пульсацию". Пульсация означает, что шнек неравномерно захватывает материал. Это приводит к образованию заготовок разной длины — одна заготовка слишком длинная, следующая слишком короткая — что вызывает отходы и срабатывание сигнализации оборудования.

Еще одним важнейшим фактором в полностью электрических машинах является Обнаружение резонанса и пульсаций. Гидравлические двигатели действуют как демпфер, поглощая вибрации. Жесткие электрические приводы прямого действия этого не делают; они передают каждое колебание шнека непосредственно на пластик. Если конструкция шнека создает гармонический резонанс, вы увидите "акулью кожу" или мелкие волны на заготовке. Часто это невозможно увидеть невооруженным глазом во время работы станка. Мы рекомендуем использовать стробоскоп, чтобы зафиксировать изображение заготовки в процессе экструзии. Если волны присутствуют, конструкция шнека несовместима с настройкой сервопривода.

Вам также следует поинтересоваться о Геометрия смесительного наконечника. Для термочувствительных смол, обычно используемых в электронно-лучевой плавке, Распределительный смеситель Смесители с распределительным потоком (например, типа Saxton или Pin) часто превосходят высокоскоростные дисперсионные смесители (например, Maddock). Распределительные смесители разделяют и снова объединяют потоки для смешивания цветов и температурных колебаний без резких скачков температуры, обеспечивая однородное расплавление.

Таблица: Руководство по выбору типа миксера

Стоит ли мне запросить пробный запуск материала с использованием конкретной марки смолы, прежде чем окончательно утвердить дизайн?

Наша инженерная команда всегда советует не полагаться на характеристики, указанные в каталоге; теоретические показатели редко соответствуют действительности без реальных испытаний с использованием ваших материалов.
Биметаллическая броня ⁷

Обязательно проведите пробный запуск с использованием именно вашей марки смолы. Это позволит проверить целевые показатели энергопотребления (0,25–0,32 кВт·ч/кг для ПЭВП) и убедиться, что оборудование может работать с вашей конкретной мастербатч-смесью или добавками без цветовых разводов или проблем с дисперсией.

загрязняющие вещества, такие как бумажные волокна ⁸

Стандартное испытание с использованием чистого, первичного материала от производителя скрывает множество недостатков. Мы рекомендуем клиентам отправлять свою конкретную смолу — особенно если это переработанный материал или материал с уникальным индексом плавления — на наш завод для проведения заводских приемочных испытаний (FAT). Во время этих испытаний обращайте внимание не только на качество бутылок, но и на данные.
первичный HDPE ⁹

Используйте точные телеметрические данные полностью электрической машины для выполнения следующих задач: Аудит удельного энергопотребления (УЭС). Вам необходимо рассчитать количество киловатт-часов, потребляемых на килограмм переработанного пластика. Высокоэффективная конструкция шнека для полиэтилена высокой плотности (HDPE) должна быть ориентирована на достижение следующих показателей: 0,25 – 0,32 кВт·ч/кг. Если показания превышают 0,40 кВт·ч/кг, это, вероятно, означает, что геометрия шнека создает сопротивление материалу, что сводит на нет преимущество в энергоэффективности, за которое вы заплатили, выбрав электрическую машину.

Кроме того, используйте это испытание для проверки. Согласование кривой крутящего момента и скорости сервопривода. Следите за процентом нагрузки двигателя на HMI во время запуска и продувки на низких оборотах. Требуемый крутящий момент винта должен находиться в пределах... Постоянный крутящий момент (S1) Номинальная мощность двигателя. Если винт требует максимального крутящего момента (номинальный крутящий момент S3) только для медленного вращения, вы будете сталкиваться с частыми отключениями привода и сигналами перегрузки в процессе ежедневного производства, что резко снизит общую эффективность оборудования (OEE).

Заключение

Проверка соотношения длины к диаметру, конструкции барьеров и проведение специальных энергетических аудитов гарантируют, что конструкция вашего шнекового генератора обеспечит максимальную прибыль, а не потери.
удельное энергопотребление (УЭЗ) ¹⁰

Сноски

1. Стандарт ISO, определяющий требования безопасности и технические характеристики литьевых машин. ↩︎
   

2. Данные и определения Агентства по охране окружающей среды (EPA) относительно стандартов переработки пластика. ↩︎
   

3. Международный орган по стандартизации определяет рабочие циклы двигателей (S1). ↩︎
   

4. Образовательный ресурс по физике полимеров и их термическим свойствам. ↩︎
   

5. Технические характеристики продукции от крупного поставщика полиэтилена. ↩︎
   

6. Общее определение физического явления резонанса. ↩︎
   

7. Ведущий производитель предоставляет документацию по технологии биметаллических цилиндров. ↩︎
   

8. Руководство отраслевой ассоциации по загрязняющим веществам в переработанном пластике. ↩︎
   

9. Техническое руководство по выдувному формованию полиэтилена высокой плотности от ведущих производителей полимерных смол. ↩︎
   

10. Официальный правительственный ресурс по показателям анализа энергопотребления в промышленности. ↩︎