EXTRUDERING - Plastforum
Transcription
EXTRUDERING - Plastforum
BEARBETNING FRÅN A TILL Ö EXTRUDERING DEL 1 2 I anslutning till extruderns munstycke ansluts en rad olika system. När det gäller rör och profiler tillkommer kalibrering, kylning, avdragning, kapning och stapling. I detta avsnittet beskrivs vidare tillverkning av plattor, folier samt formblåsta och sträckblåsta produkter. Sträckblåsning är egentligen inte en förlängning av extrudering eftersom man utgår från formsprutade ämnen. SYSTEMEN RUNT OMKRING Teknik i anslutning till extrudern ■ Munstycket anpassas till produktens utformning och hastighet. Vid masstillverkning är tillverkningen synkroniserad och justerbar. Undantag från konventionell extrudring är tillverkning av profiler i mycket högviskösa material som PTFE och PE-UHMW. Digitala omvandlare och mikroprocessorer är nödvändiga för att rationali- Filmblåsning är en form av extrudering. sera tillverkningen. Kontrollsystemen innebär en högre kostnad, men vinsten ligger i höga produktionshastigheter, mindre avfall vid tillverkning och framför allt lägre personalkostnader. Ofta kan en operatör bevaka fler produktionsenheter. För att göra de höga produktionshastigheterna möjliga måste produktens dimensioner kontrolleras noggrant med till exempel laser. Mätningarna styr extrudern automatiskt och ger dessutom operatören möjligheter att justera förloppet. Vid tillverkning av folier har extrudern en diameter av upp till 30 cm och levererar fem ton/timme eller mer. i extrudatets tjocklek och dessutom kyls extrudatet av de kylda valsarna. Vid behov införs en skyddande film i kalendern. I en rullbana kyls den kontinuerligt tillverkade skivan ytterligare med luft och kantskärs varefter den löper genom en avdragare med två rullar för att kapas i kortare skivor och slutligen staplas. Munstyckets roll är således reducerad till att ge en jämn strömning med konstant hastighet över hela skivans bredd medan spalten mellan valsarna i kalendern kalibrerar skivans tjocklek. Kalanderns valsar kan ha ytor som ger blankpolerade, matta eller mönstrade ytor. I kalendern kan materialet sträckas, vilket undviks genom styrning av valsarnas rotationshastigheter. Avdragningsrullarna, som tillverkas av gummi, får ej heller orsaka sträckning. Lars-Erik Edshammar Tillverkning av skivor ■ Plastskivor skiljer sig från filmer (folier) genom att inte kunna rullas upp utan kvarstående deformation. De platta skivorna är i allmänhet tjockare än 0,25 mm och maximalt 25 mm tjocka. Kommersiell skivor extruderas till en bredd av 4 m vid tjocklekar av 15 mm. Utrustningen för tillverkning av skivor (sheet train) består av en extruder med ett munstycke, som har en bred splits. Mellan munstycket och extrudern införs ett filter för att avskilja föroreningar. Bredslitsmunstyckets fördelningskanal är utformad som en ”klädhängare” för att smältan ska flyta jämt fördelad över hela munstyckets bredd. Munstycket är uppvärmt och extrudatets tjocklek styrs av munstyckets inställbara läppar. Extrudatet är tjockare än den färdiga skivan, som får sitt rätta mått då det löper genom ett valsverk (kalander), som vanligen består av tre valsar. Gapet mellan valsarna utjämnar eventuella variationer PLASTFORUM 10 2005 Extruderanläggning för plattor (schematiskt) ANVÄNDNINGSOMRÅDEN för plattor är till exempel byggnadsindustrin samt skivor för varmformning (vakuumformning). Styv PVC ger slagsega varmformbara tunna skivor, som är glasklara med en svag gulton. Skivan kan vara matt eller blankpolerad och varmformas till livsmedelsförpackningar. Tjockare skivor används i hushållsgods, värme- och ventilationsanläggningar samt som väggbeklädnader. Mjuk PVC tillverkas i 4 till 6 mm tjocka gummiliknande skivor, som skärs till remsor och lister. Vita skivor av ABS varmformas till kabinettet i kylskåp. HIPS (slagseg polystyren) ger liksom ABS opaka skivor medan SAN ger glasklara varmformbara skivor, som efter en tid gulnar. SAN förekommer därför vanligen infärgad (blått kompenserar gul- 77 BEARBETNING FRÅN A TILL Ö Tillverkning av skivor (forts) Biaxiellt orienterad polypropen – BOPP ningen). PMMA ger kristallklara produkter med hög åldrings- och väderbeständighet. Användningsområden är sanitära produkter, fönster samt UVoch väderbeständigt skyltmaterial. PE-HD ger både opaka och delvis transparenta material med en vaxartad yta. PE-HD är resistent mot både hög och låg temperatur, kan steriliseras upp till 120° C och används i tekniska produkter. Skivor av polykarbonat har hög slagseghet och används i säkerhetsglas. Ofta samextruderas skivor och exemplen är otaliga till exempel laminering av ABS med PMMA för ökad UVresistens. Skivorna används bland annat för tillverkning av småbåtar och kanoter. Skivor av HIPS, som är dubbelsidigt laminerade med PMMA, får reptåliga ytor och används för tillverkning av duschkabiner. ■ Biaxiell orientering av tunna filmer ger en flerfaldig ökad styrka genomskinlighet och låg permeabilitet. Vanliga material är PP, PS, PAN och PET. Sträckningen sker i en tvåstegsprocess med dragning längsled följd av sträckning i tväriktningen med gripverkyg. Alternativt sker sträckningen biaxiellt i ett moment. med de ovanligt starka filmer som omger CD-skivans godsaker, chocklad- och cigarrettpaket. Det förekommer alltid en anvisning för att lätt kunna öppna paketet, men det är inte alltid så lätt att hitta anvisningen om den inte är markerad. Filmen består av biaxiellt orienterad polypropen (BOPP) och den ersatte på 1960-talet cellofan, vilket var orsaken till att så gott som all cellofantillverkning ALLA ÄR BEKANTA upphörde. BOPP kan tillverkas på flera sätt men den populäraste metoden använder en spännram. En produktionsanläggning ger 300 meter film per minut med en bredd av 3–10 meter. VID TILLVERKNINGEN EXTRUDERAS en smälta som är fri från föroreningar och gelklumpar. Extrudern har en diameter av upp till 300 mm och plastsmassan sprutas genom ett slitsformat munstycke. Materialet kyls så snabbt som möjligt för att få en struktur med små och jämnt fördelade kristalliter. De små kristalliterna ger filmen hög riv- och punkteringshållfasthet samt hög genomskinlighet. Nedkylningen sker med hjälp av kylda rullar, som har en diameter av minst två meter. Filmen kyls dessutom i ett vattenbad för att undvika sfärulittillväxt. Efter avkylningen men före sträck- Fortsättning sidan 80 Plana folier ■ Plastfolier eller filmer är tunnare än plastskivor men tillverkas i liknande utrustningar. Munstycket vid tillverkning av tunna material är vanligen utformat på annat sätt än för tjocka. Båda använder ett munstycke som är av klädhängaretyp men vid tillverkning av tunna filmer används inte ett stypelement utan extrudatets tjocklek inställs med en böjlig läpp (flex lip). FOLIER TILLVERKAS OCKSÅ genom att extrudera ett i tunt rör som expanderas genom filmblåsning och därefter kyls och kläms ihop till en dubbel plan film som kantskärs och rullas upp. Filmblåsningsutrustningen har en helt annan uppbyggnad än den vid tillverkning av plana filmer och beskrivs i det följande. Vid tillverkning av planfolier skiljer man mellan enaxligt och tvåaxligt orienterad film – uniaxiell eller biaxiell orientering – samt om filmen består av ett material eller samextruderas. Vid samextrudering skiljer man mellan tre metoder: sammanflytning av komponenterna i själva eller strax utanför munstycket, ”adapter”-teknik samt extruderingsbeläggning. I det första fallet flyter plastsmältorna från olika extrudrar genom avskilda flytkanaler i ett flerskiktsmunstycke (multichannel die process). 78 Skikttjocklekarna bestäms genom extrudrarnas dimensionering. Sammanflytning av de olika skikten sker strax innanför eller utanför utmatningsspalten. VID ADAPTERSAMEXTRUDERING (feed block) sammanförs plastsmältor från olika extrudrar i ”adapter”-form, som består av plastskikt i ett block som pressas ut genom ett planfoliemunstycke. Plastsmältorna måste ha likartade flytegenskaper så att de flyter laminärt genom munstycket. Adaptermetoden kräver låga investeringskostnader och antalet skikt är i teorin obegränsat medan materialvalet är begränsat. Plastbeläggning med hjälp av extrudering görs även av plastfilmer, papper, säckpapper, kartong och aluminiumfolier samt väv. en god vidhäftning mellan plasten och underlaget. Beläggningsmaterialet är oftast polyetenbaserade material. Beläggningen fungerar som fuktspärr för otäta bärarmaterial men ger också möjligheter till svetsning av PE-filmer genom att samextrudera med ett polärt förseglingsmaterial. Material av detta slag används i mycket stor utsträckning för tillverkning av livsmedelsförpackningar för mjölk, yoghurt och fruktsafter. Skillnaden mellan munstycken för tjocka skivor och tunn folie Principen för samextrudering i tre skikt System för samextrudering I DE FLESTA FALL FÅS PLASTFORUM 10 2005 BEARBETNING FRÅN A TILL Ö Biaxiellt orienterad polypropen – BOPP (forts) ningen måste filmen värmas upp till den temperatur då kristalliternas orientering blir maximal. Vid uppvärmningen används exempelvis oljeuppvärmda rullar. Uppvärmningstemperaturen är cirka 150°C. sker i två steg: först i längsriktning och därefter i tvärriktning. I dragriktningen används dragrullar och i tvärriktningen en kontinuerligt arbetande spännram med inspänningsklämmor, som håller fast filmen. Medan klämmorna sträcker filmen uppvärms den med het luft. I slutet minskas tvärsträckningen och filmen värmebehandlas för att minska filmens krympning. Filmens kanter, som har den tjocklek filmen hade före tvärsträckningen, avskärs och återanvänds vanligen inte i processen på grund av risk för kontamination. Vid tillverkning av exempelvis film för videotejp införs extra anordningar för sträckning i längsriktningen. Tillverkning av biaxiellt orienterad PP-film (BOPP) DEN BIAXIELLA STRÄCKNINGEN Egenskaper hos icke sträckt och biaxellt orienterad polypropenfilm (tabell nedan) Egenskap PP BOPP Tjocklek, µm 25 25 Draghållfasthet i längsriktning, N/mm 50 150 Draghållfasthet i tvärriktning, N/mm2 40 250 Brottförlängning i längsriktning, N/mm2 400 140 Brottförlängning i tvärriktning, N/mm2 500 40 2 E-modul i längsriktning, N/mm 2 E-modul i tvärriktning, N/mm2 Lågtemperaturresistens, °C 500 2500 900 4 000 cirka 0 –50 Rel. syrepermeabilitet, 23°C, 75 %RH 25 10 Rel. syrepermeabilitet för vattenånga, 23°C, 75 % RH 25 15 Filmblåsning ■ Blåsfolier tillverkas med hjälp av extrudrar med diametrar mellan 60 och 250 mm och skruvar med längden 25D till 33D. Ringformade munstycken är horisontella med diametern 100 till 1000 mm. Spaltbredden varierar mellan 0,5 och 2 mm och den blåsta filmens tjocklek mellan 10 och 300 mm. Då den blåsta cylindrisk filmen plattas ut till dubbelfilm har den en bredd mellan 1,5–2,5 meter. är olika polyetenkvaliteter ofta samextruderade med en barriärplast. Vid filmblåsningen orienteras materialet biaxiellt vilket ger god styrka i både tvär- och längdriktningen. Förr tillämpades metoden huvudsakligen vid framställning av tunna påsförpackningar eller förpackningsfolier av PVC men numera är polyetenkvaliteter helt dominerande . Tillverkningsutrustningen kännetecknas av hög automatik med rullar för kantskärning, plasmaurladdning som ger möjligheter till tryckning, svetsning, perforering, upprullning etc. Kapaciteten räcker för framställning av fler än 50 000 DET VANLIGASTE MATERIALET 80 avfallssäckar och mer än 200 000 perforerade hushållspåsar i ett skift. Fryspåsar tillverkas i tre skikt med ett förstärkt tätt mellanskikt, som motverkar frysbränna vilket försämrar livsmedlets näringsvärde genom torkning och härskning. Avfallspåsar tillverkas också genom samextrudering i tre skikt med recirkylerat material i mitten. munstycket flödar 100 till 1200 kg/timme. Flödet är inställbart och munstycket är av spiraltyp. En yttre kalibreringskorg är placerad där blåsan formas. Den snabba utmatningen kräver en intensiv kylning från utsidan då bubblan expanderar och fortfarande är mjuk. Blåsan blir upp till 20 meter hög och uppsamlas med hjälp ledrullar eller skivor till en dubbel film, som löper vidare och behandlas på olika sätt beroende på slutproduktens användning. Uppstartingen sker genom att man med skyddshandskar kniper ihop den plastmassa, som inledningsvis tränger ut ur munstycket. Man åstadkommer på så sätt en tätning så att tryckluften får blåsan att växa av sig själv. Anläggning för filmblåsning GENOM DET RINGFORMIGA Samextrudering vid filmblåsning (3 lager) PLASTFORUM 10 2005