При производстве изделий из пластмасс с применением любого метода всегда присутствует одинаковый технологический этап – чистка оборудования и оснастки. В прессовании, формовке и подобных процессах это простые операции. Когда в составе технологической линии появляется материальный цилиндр, в котором происходит пластикация полимера, например, в литье под давлением или в экструзии, это добавляет необходимость выбора материалов и выбора метода очистки, который позволит провести её эффективно и безболезненно для оборудования.
Профилактика
Переработчики пластмасс понимают, что очистка является неизбежным злом и что каждый момент простоя оборачивается упущенной выгодой. В связи с этим возникает очевидный вопрос о том, “как действовать на опережение”, устраняя черные пятна, нагар и разложившийся полимер, а также сводя к минимуму необходимость остановки производства. Процесс разложения полимера или образования нагара напрямую связан с условиями процесса, оборудованием и материалами, которые определяют приблизительное время процесса разложения. Планирование очистки для предотвращения образования загрязнений до начала выпуска изделий является наиболее логичным подходом и для этого требуется программа, которая является проактивной, а не пост-проблемной.
Загрязнение является результатом разложения объёмов полимера, которые накапливаются в застойных зонах. По мере продолжения процесса разложения образуются слои, которые превращаются в черную или обесцвеченную стеклоподобную массу, которая становится более твердой, аккумулирует тепло и повышает свою адгезию к металлу. Несмотря на распространенное мнение о том, что чистка более жёстким полимером или продолжение процесса производства изделий приведут к удалению таких скоплений, такой подход только ускоряет процесс их образования и роста. Как правило, это приводит к тому, что зона деструкции расширяется и загрязнение попадает в поток расплава, образуя черные или обесцвеченные частицы, которые начинают появляться в детали. Факторами, способствующими деструкции, являются износ шнека и цилиндра.
Краситель, добавляемый в полимер, содержит частицы пигмента, каждая из которых обладает индивидуальными характеристиками, зависящими от температуры, напряжения сдвига и текучести расплава. Хотя они стабильны при определенной температуре процесса, как только эти пигменты попадают в застойные зоны, они подвергаются постоянному воздействию повышенных температур, что может изменить их фактический внешний вид. Когда они отрываются и попадают в поток расплава полимера и смешиваются с первичными частицами пигмента, они создают явное искажение желаемого цвета, что приводит к браку деталей.
Внедрение программы планового профилактического обслуживания (ППО) требует предварительного анализа; из-за большого количества переменных, связанных с этим, в определенной степени приходится прибегать к методу проб и ошибок. Определение частоты профилактических работ для устранения накопления загрязнений, как правило, может проводиться еженедельно, оцениваться, а затем корректироваться на основе результатов. Создание эффективной программы требует постоянного совершенствования, понимания того, какие продукты для очистки следует использовать, сбора и анализа данных и внесения соответствующих корректировок. Для очистки цилиндра и шнека используется механический метод очистки, после чего в манифолды, системы горячих каналов, экструзионную оснастку и т.д. добавляется химический или гибридный компаунд. Интеграция мероприятий по очистке при остановке и запуске производства для поддержания чистоты шнека и цилиндра является важной частью программы ППО и настоятельно рекомендуется. (1)
Механическая термическая очистка
Механическая термическая очистка заключается в непосредственном ручном или инструментальном воздействии на открытые и доступные части оборудования и оснастки в собранном или демонтированном виде при повышенной температуре. В этом случае для нагревания полимера часто используют горелки. При этом необходимо помнить, что очистка пламенем может влиять на свойства металлов и механическую прочность деталей (особенно при воздействии на биметаллический шнек). Кроме того, локальный нагрев пламенем вызывает перегрев, что может привести к деформации.
Очистка цилиндра без дополнительных средств
Существует несколько типов процедур очистки цилиндра на основе «лайфхаков». В некоторых случаях в цилиндре могут создавать “вихревые” токи в местах с меньшей обтекаемостью, поэтому может быть эффективным пульсирующее изменение скорости вращения шнека от низкой к высокой. Изменения производительности приводят не только к изменению объема потока, но и к изменению вязкости. Например, вязкость значительно выше при очень низких скоростях сдвига (низких оборотах шнека), что создаёт дополнительное давление при очистке. Для повышения эффективности этого метода можно использовать колебания температуры цилиндра и оснастки (для экструзии). Например, временное повышение температуры оснастки может улучшить очистку, поскольку это оказывает лишь незначительное влияние на температуру и вязкость расплава полимера, за исключением случаев, когда он находится непосредственно у стенок.
В литье под давлением загрязнения часто скапливаются в области запорного кольца и сопла. В этом случае более эффективным при очистке является использование небольших объёмов впрыска: при этом повышается частота работы кольца и воздействие на потенциальные нагары.
Очистка при помощи компаундов
Методы очистки с применением специальных компаундов делят на 3 основные группы: 1) Механическая очистка – производится при помощи воздействия твёрдых минеральных или стеклоподобных частиц; 2) Химическая очистка – производится при помощи химической реакции; 3) Гибридная очистка – объединяет преимущества и недостатки обоих методов.
Не существует универсального компаунда, одинаково эффективно работающего со всеми материалами на всех видах переработки на любом оборудовании! Эффективность очистки можно оценить по параметрам, приведённым в таблице 1.
Таблица 1 – Параметры оценки эффективности очисткиё
В каждом из указанных методов очистки по-разному реализованы указанные параметры. Их сравнение в бальной форме приведено в таблице 2. Видно, что общая итоговая оценка близка для каждого из методов и имеет диапазоны, возникающие из-за потенциально различного результата в разных процессах и с разным полимерным сырьём. Таким образом, подтверждается вывод об отсутствии универсального компаунда.
Таблица 2 – Сравнение эффективности различных методов очистки при помощи компаундов (баллы, где 5 – высокий показатель, 1 – низкий показатель)
Для процессов литья под давлением, экструзии или выдувного формования рекомендуется придерживаться следующей программы, основанной на вышеописанной системе планового профилактического оборудования.
1) Регулярная чистка механическим или гибридным компаундом. На этом этапе удаляются крупные загрязнения и нагары; 2) Периодическая очистка до, во время и после производственного цикла каждые два-три дня химическим или гибридным компаундом; 3) Полная очистка от глубоких загрязнений химическим компаундом каждые 3-4 недели; 4) Герметизация цилиндра при длительных остановах с помощью компаунда без стекловолокна («стоп-концентрат») для удаления кислорода из цилиндра с целью предотвращения окисления, а также для предотвращения образования нагара на начальных стадиях. Важным является удалить предыдущий материал. (2)
Периодичность применения компаундов, указанная в схеме, является ориентировочной и призвана только указать соотношения по длительности между применениями различных типов. Реальные значения могут быть выявлены только экспериментальным путём.
Список литературы
1. Brian K. Cochran, Britec Solutions Inc. Be Proactive in Your Purging Program. [В Интернете] https://www.ptonline.com/blog/post/be-proactive-in-your-purging-program.
2. Dave Denzel, iDAdditives. Follow These Tips to Maximize Purging Eficiency. [В Интернете] 2022 г. https://www.ptonline.com/articles/follow-these-practices-for-purging-machinery-during-extended-shutdowns.