Od lat pracuję nad urządzeniami do wytłaczania arkuszy i istnieje rozbieżność między tym, co mówią broszury sprzedażowe, a tym, co dzieje się, gdy o drugiej w nocy stoisz obok linii i próbujesz dowiedzieć się, dlaczego wskaźnik dryfuje. Wytłaczanie arkuszy tworzyw sztucznych tworzy materiały opakowaniowe do wszystkiego, od kubków na jogurt po pojemniki z klapką, ale uzyskanie spójnej wydajności wymaga czegoś więcej niż tylko przestrzegania instrukcji.
Zaczynając od podstaw, ale nie do końca
Bęben wytłaczarki ma strefy -, zwykle sześć lub siedem, w zależności od maszyny. Każda strefa ma inną temperaturę, a gradient ma znaczenie, ponieważ próbujesz stopniowo topić polimer podczas zwiększania ciśnienia. Pospiesz się, a otrzymasz niestopione granulki. Jedź zbyt wolno, ryzykując degradację termiczną, szczególnie w przypadku materiałów-wrażliwych na temperaturę, takich jak PCV.
Większość operacji PP prowadzi strefę podawania pod kątem około 180 stopni i zwiększa się do około 215 stopni na matrycy. Ale te liczby zmieniają się w zależności od gatunku żywicy, której używasz. PP o wysokiej-stopieniu-wymaga niższych temperatur niż gatunek standardowy, w przeciwnym razie materiał będzie kapał z matrycy jeszcze przed uruchomieniem linii.
Projektowanie matryc to miejsce, w którym producenci wydają prawdziwe pieniądze. Tania matryca powoduje problemy z krawędziami -, w których krawędzie arkusza są grubsze niż środek -, co kończy się przycięciem 15-20% szerokości materiału, aby uzyskać użyteczny produkt. Firmy takie jak Nordson EDI pobierają wyższe ceny za swoje matryce, ale stosowana przez nich geometria kanału przepływowego faktycznie rozprowadza stopiony materiał równomiernie. Ich system matryc AutoFlex automatycznie dostosowuje się do zmian grubości, co brzmi świetnie, dopóki nie trzeba wymienić elementu grzejnego i nie zdamy sobie sprawy, że części kosztują więcej niż opłata za samochód niektórych osób.
Koszty materiałów zmieniły wszystko w 2021 roku
Ceny żywic w czasie pandemii powariowały. Według danych dotyczących zakupów na stronie Plasticstoday.com LDPE, który w 2019 r. kosztował 0,45 USD/funt, osiągnął 0,89 USD/funt w połowie 2021 r. i nagle wszyscy zaczęli zwracać uwagę na stawki złomu. Wcześniej 5% stawka złomu nie była wielkim problemem. Po podwojeniu cen te same 5% oznaczało, że prawdziwe pieniądze wychodzą z rynku.
Treści pochodzące z recyklingu przestały dotyczyć marketingu, a bardziej ekonomii. Wyzwaniem związanym z przemiałem jest konsystencja, - przepływ jednej partii jest inny niż drugiej, więc jeśli jednego dnia używasz pierwotnego materiału, a następnego dnia mieszanki PCR o zawartości 30%, będziesz musiał stale dostosowywać temperaturę beczki i prędkość ślimaka. W niektórych zakładach całe linie były przeznaczone na materiały pochodzące z recyklingu, aby uniknąć problemów związanych z przezbrojeniem.
Jest taka rzecz z arkuszami PET, gdzie zawartość wilgoci utrudnia lub przerywa bieg. PET jest higroskopijny, wysysa wodę z powietrza i jeśli spróbujesz go wytłoczyć bez uprzedniego suszenia, w arkuszu pojawią się bąbelki i zamglenie. Suszarki adsorpcyjne mogą obniżyć poziom wilgoci do 0,005%, czyli tyle, ile potrzebujesz, ale kosztują 15 000–40 000 USD w zależności od wymagań dotyczących przepustowości. Pomiń suszarkę, a liczba odrzuceń będzie ogromna.
Konfiguracje stosów rolek, o których nikt nie mówi zbyt wiele
Stos składający się z trzech-rolek a stos z dwóch-stosów- wydaje się prosty, ale zmienia całą operację. Trzy-rolki zapewniają lepszą kontrolę nad płaskością arkusza, ponieważ w miarę stygnięcia arkusza można kontrolować obie powierzchnie. Dwie-rolki są tańsze w zakupie i utrzymaniu, zajmują mniej miejsca na podłodze. W przypadku cienkich materiałów o grubości poniżej 0,5 mm sensowne są trzy-rolki. W przypadku grubszych arkuszy powyżej 2 mm w wielu zastosowaniach można zastosować dwie-rolki.
Nacisk między walcami wpływa na wykończenie powierzchni. Zbyt duży nacisk powoduje lustrzany połysk, który może wyglądać ładnie, ale może powodować problemy w dalszej części procesu, jeśli arkusz wymaga wydrukowania lub laminowania. Niedostateczny nacisk powoduje, że arkusz nie układa się płasko, pojawia się falistość. Znalezienie odpowiedniego ciśnienia odbywa się głównie metodą prób i błędów.
Stabilność temperatury bułki chłodzącej jest trudniejsza do utrzymania, niż się ludziom wydaje. Woda krąży w rolce pod kątem około 20-25 stopni, a temperatura przychodzącego arkusza wynosi 140-160 stopni, w zależności od polimeru. To ogromna różnica temperatur i jeśli agregat chłodniczy nie nadąża, temperatura walca zaczyna rosnąć, a właściwości arkusza ulegają zmianie. Widziałem taką sytuację w zakładzie obsługującym arkusze HIPS – ich agregat chłodniczy był za mały w stosunku do prędkości linii, którą próbowali uruchomić, i każdego popołudnia, gdy temperatura otoczenia osiągnęła szczyt, zaczynały pojawiać się problemy z jakością. Sprzęt był w porządku. Wąskim gardłem była wydajność agregatu chłodniczego.
Dlaczego prędkość linii nie polega tylko na szybszym działaniu
Istnieje presja maksymalizacji wydajności, ale wytłaczanie arkuszy ma fizyczne ograniczenia. Szczelina matrycy wynosi zwykle od 1,0-2,5 mm w zależności od końcowej grubości arkusza, a materiał po wyjściu rozszerza się, co nazywa się pęcznieniem matrycy. Jeśli biegniesz zbyt szybko, rozciągasz arkusz, zanim całkowicie spęcznieje i stwardnieje, co zmienia jego gęstość i właściwości mechaniczne.
Firma Greiner Extrusion z siedzibą w Austrii opublikowała dane wskazujące, że linie arkuszy PET pracują z prędkością od 25-45 m/min dla grubości od 0,3 do 1,5 mm. Prędkości te są wynikiem dziesięcioleci optymalizacji procesów. To, że silnik może obracać się szybciej, nie oznacza, że Twój produkt będzie akceptowalny. Na stronie greiner-gpi.com szczegółowo opisano, w jaki sposób prędkość linii jest bezpośrednio powiązana z szybkością krystalizacji PET, a jeśli ochłodzisz się zbyt szybko, otrzymasz obszary amorficzne, które wpływają na klarowność i wytrzymałość.
Czas przebywania materiału w beczce też ma znaczenie. Siedź tam zbyt długo w wysokiej temperaturze, a nastąpi degradacja. Różne polimery mają różną stabilność termiczną. - Poliwęglan wytrzymuje dłuższy czas przebywania niż akryl, który żółknie w przypadku przegrzania. Kiedy zmieniasz harmonogramy produkcji, procedury uruchamiania i zamykania muszą uwzględniać czyszczenie -, wypłukiwanie starego materiału, aby nie zanieczyścił nowej serii.
Ewoluowały systemy pomiaru grubości
Kiedyś mierzyłeś grubość ręcznym mikrometrem, pobierałeś próbki co kilka minut i ręcznie regulowałeś śruby matrycy, jeśli zauważyłeś dryf. Obecnie istnieją zautomatyzowane systemy wyposażone w czujniki laserowe lub nuklearne skanujące sieć i przekazujące dane do sterowników, które na bieżąco dostosowują matrycę. Ale te systemy kosztują. - Instalacja pełnego miernika skanującego kosztuje 80 000–150 000 USD.
W mniejszych zakładach nadal dokonuje się ręcznych pomiarów i regulacji. Optymalizacja zajmuje więcej czasu, zapewnia większą różnorodność, ale jeśli specyfikacje klienta są wystarczająco luźne, można obejść się bez wymyślnego sprzętu. Jednak opakowania wyrobów medycznych nie radzą sobie z takim podejściem. Przepisy FDA wymagają udokumentowanej kontroli procesu, a wykazanie, że grubość mieści się w granicach ±2%, oznacza posiadanie ciągłych danych pomiarowych.
Obsługa wstęgi po ochłodzeniu arkusza
Kontrola naprężenia poprzez nawijacz to jego specjalność. Zbyt duże napięcie i cienkie arkusze mogą się rozciągać, zmieniając wymiary. Zbyt małe naprężenie powoduje teleskopowe lub luźne rolki, których nie da się czysto rozwinąć w dół rzeki. Środki poślizgowe zawarte w preparacie wpływają na wzajemne oddziaływanie warstw arkusza w przypadku nawinięcia - zbyt dużego poślizgu i przesunięcia rolek podczas transportu.
Obróbka krawędzi jest zwykle poddawana recyklingowi i wprowadzana z powrotem do procesu w postaci przemiału. Ale można dodać tylko tyle przemiału, zanim właściwości zaczną się pogarszać. W przypadku większości operacji zawartość przemiału w przypadku produktów najwyższej jakości pozostaje poniżej 25%. W przypadku mniej krytycznych zastosowań można zwiększyć wydajność, ale spójność kolorów staje się problemem w przypadku mieszania materiałów pierwotnych i pochodzących z recyklingu.
Obróbka powierzchniowa jest powszechna w przypadku arkuszy wymagających drukowania lub powlekania klejem. Obróbka koronowa lub obróbka płomieniowa modyfikuje energię powierzchniową, czyniąc ją podatną na atramenty i kleje. Poziom obróbki pogarsza się jednak z biegiem czasu, dlatego drukarze chcą świeżo wytłaczanego arkusza, jeśli mogą go zdobyć.
Koszty konserwacji sprzętu, które się sumują
Zużycie śruby i lufy następuje stopniowo. Powierzchnie zabieraków ślimaka polerują się gładko, luzy zwiększają się, a moc spada. Być może na początku tego nie zauważysz, ale w ciągu tysięcy godzin wydajność przy danej prędkości ślimaka spada o 10-15%. Ostatecznie trzeba albo ponownie pokryć śrubę, albo ją całkowicie wymienić, co kosztuje od 20 000 do 50 000 dolarów, w zależności od rozmiaru i materiału.
Konserwacja matrycy jest stała. Nagromadzenie węgla na krawędziach matrycy wymaga czyszczenia co kilka tygodni w niektórych zastosowaniach, a w innych codziennie. Śruby regulacyjne muszą pozostać skalibrowane, taśmy grzejne ulegają uszkodzeniu i wymagają wymiany. Niektóre zakłady planują wymianę matryc, aby móc dokładnie oczyścić i sprawdzić jedną matrycę, jednocześnie uruchamiając produkcję innej.
Wymiana oleju w skrzyni biegów, wymiana filtrów, kalibracja regulatorów temperatury - to wszystko rutynowe czynności, ale sumujące się. Harmonogramy konserwacji zapobiegawczej są pomocne, ale nadal zdarzają się nieplanowane przestoje. Awarie łożysk, przepalone bezpieczniki, awarie PLC. Każda godzina przestoju linii powoduje utratę przychodów, a w opakowaniu zwykle znajduje się inny konwerter, który przejmie Twoją firmę, jeśli nie będziesz w stanie dostarczyć towaru na czas.
Inwestycja kapitałowa w kompletną linię arkuszy zaczyna się od 800 000 dolarów za coś podstawowego i może z łatwością przekroczyć 3 miliony dolarów w przypadku systemów o dużej szerokości i dużej prędkości, ze wszystkimi elementami sterującymi i automatyzacją. Istnieje rynek używanego sprzętu, ale kupno używanego oznacza odziedziczenie problemów konserwacyjnych po kimś innym, chyba że naprawdę wiesz, co sprawdzasz podczas kontroli.