PL | EN
Dozowanie materiałów w procesie wytłaczania – systemy grawimetryczne i wolumetryczne

Dozowanie materiałów w procesie wytłaczania – systemy grawimetryczne i wolumetryczne

Dozowanie jest jednym z podstawowych elementów kontroli receptury podczas wytłaczania i compoundingu. Nie wystarczy jednak ustawić procentowego udziału masterbatchu, proszku, napełniacza lub dodatku płynnego. Rzeczywisty strumień składnika zależy również od właściwości materiału, sposobu jego przepływu w zasobniku, charakterystyki elementu dozującego, miejsca wprowadzenia do ekstrudera oraz synchronizacji z wydajnością całego procesu.
Dozowanie grawimetryczne wykorzystuje pomiar masy do kontroli rzeczywistego strumienia materiału, natomiast system wolumetryczny pracuje na podstawie skalibrowanej charakterystyki elementu dozującego bez ciągłego pomiaru masy. Różnica staje się szczególnie istotna przy małych udziałach dodatków, zmiennej gęstości nasypowej, trudnych proszkach oraz procesach, w których niewielkie odchylenie receptury wpływa na barwę, reologię, przewodnictwo, właściwości mechaniczne lub inne cechy końcowego materiału.
Wytłaczarki i linie SiTech3D mogą być integrowane z systemami dozowania Movacolor oraz urządzeniami innych producentów. Integracja obejmuje dobór miejsca podania składnika, montaż mechaniczny, rozwiązania wspomagające przepływ materiałów sypkich, takie jak SiFlow, oraz synchronizację układu dozowania ze sterowaniem wytłaczarki i pozostałymi elementami procesu.

Dozowanie w wytłaczaniu oznacza kontrolę strumienia, a nie tylko ustawienie procentu

Receptura tworzywa jest realizowana przez rzeczywiste strumienie poszczególnych składników doprowadzanych do procesu. Wartość procentowa ma jednoznaczne znaczenie dopiero wtedy, gdy wiadomo, do jakiej masy została odniesiona i w jaki sposób zmienia się wraz z wydajnością całego układu.

Jeżeli udział dodatku x określono względem strumienia materiału podstawowego, zależność można zapisać w uproszczeniu jako:

ṁdod = x/100 × ṁbaza

Jeżeli natomiast ta sama wartość procentowa oznacza udział masowy dodatku w gotowej mieszaninie, relacja jest inna:

ṁdod = x/(100 − x) × ṁbaza

Przy małych stężeniach różnica jest niewielka, ale przy większych udziałach napełniaczy, przemiału lub innych składników staje się istotna. Dlatego sposób definiowania receptury powinien być jednoznaczny zarówno w dozowniku, jak i w nadrzędnym systemie sterowania linią.

Dozowanie grawimetryczne i wolumetryczne – na czym polega różnica?

Cecha Dozowanie grawimetryczne Dozowanie wolumetryczne
Podstawa sterowania Pomiar masy materiału Skalibrowana charakterystyka elementu dozującego i jego prędkość
Pomiar rzeczywistego strumienia masowego Tak – w układach pracujących według zasady loss-in-weight Nie w sposób ciągły
Kompensacja zmian charakterystyki podawania Możliwa w zakresie zdolności regulacyjnej układu Ograniczona – zmiana materiału może wymagać ponownej kalibracji
Złożoność układu Większa Mniejsza
Typowe zastosowanie Krytyczne dodatki, proszki, compounding, procesy wymagające kontroli i rejestracji receptury Materiały o stabilnej charakterystyce i procesy o mniejszych wymaganiach dotyczących kontroli strumienia masowego

Dozowanie grawimetryczne jest pojęciem szerszym niż loss-in-weight. Loss-in-weight, czyli pomiar ubytku masy, jest jednym z najczęściej stosowanych sposobów realizacji ciągłego dozowania grawimetrycznego.

Jak działa dozowanie loss-in-weight?

W układzie loss-in-weight zasobnik z materiałem oraz element dozujący są objęte pomiarem wagowym. Podczas dozowania masa układu maleje, a sterownik wyznacza rzeczywisty strumień masowy na podstawie szybkości tego ubytku.

ṁ = −dm/dt

Sterownik porównuje strumień rzeczywisty z wartością zadaną i koryguje prędkość cylindra, ślimaka lub spirali dozującej. Pętla sprzężenia zwrotnego pozwala kompensować między innymi stopniowe zmiany wypełnienia elementu dozującego oraz charakterystyki podawania materiału.

Nie oznacza to jednak, że pomiar grawimetryczny może skompensować każdą nieprawidłowość przepływu. Stabilny most materiałowy, silna fluidyzacja proszku, zbrylanie lub brak dopływu materiału do elementu dozującego są problemami mechanicznymi i wymagają odpowiedniej konstrukcji zasobnika, mieszadła, spirali albo systemu wspomagającego przepływ.

Co dzieje się podczas napełniania dozownika loss-in-weight?

Podczas normalnej pracy masa materiału w układzie maleje. W trakcie uzupełniania zasobnika masa zaczyna natomiast rosnąć i chwilowo nie można wyznaczać strumienia na podstawie normalnego ubytku masy.

W typowym układzie loss-in-weight sterownik przechodzi na ten czas na sterowanie oparte na zapamiętanej charakterystyce dozowania lub modelu pracy podajnika. Po zakończeniu napełniania i ustabilizowaniu sygnału wagowego ponownie uruchamiana jest pełna regulacja grawimetryczna.

Z tego powodu na krótkookresową stabilność dozowania wpływają również wielkość zasobnika, częstotliwość jego uzupełniania, sposób podawania materiału oraz dynamika procesu napełniania.

Jak działa dozowanie wolumetryczne?

Dozownik wolumetryczny nie mierzy w sposób ciągły rzeczywistego strumienia masowego. Przed rozpoczęciem pracy określa się charakterystykę elementu dozującego, czyli zależność pomiędzy jego prędkością a ilością podawanego materiału.

Przy stabilnej gęstości nasypowej i niezmiennych właściwościach surowca metoda może zapewniać dobrą powtarzalność. Zmiana granulacji, gęstości nasypowej, wilgotności, stopnia napowietrzenia lub sposobu wypełniania elementu dozującego może jednak zmienić rzeczywistą masę podawaną przy tej samej prędkości.

Dokładność, powtarzalność i stabilność dozowania nie są tym samym

Parametr Znaczenie w procesie
Dokładność dozowania Zgodność rzeczywistego strumienia materiału z wartością zadaną
Powtarzalność Zdolność do uzyskiwania zbliżonych wyników w kolejnych okresach pracy
Rozdzielczość Najmniejsza zmiana sygnału lub nastawy możliwa do rozróżnienia przez układ
Stabilność krótkookresowa Wielkość chwilowych wahań strumienia materiału
Stabilność długookresowa Utrzymanie receptury podczas dłuższej pracy, kolejnych napełnień i zmian poziomu materiału

Parametru dokładności podawanego przez producenta dozownika nie należy automatycznie utożsamiać z dokładnością składu całego produktu. Na rzeczywistą recepturę wpływają również stabilność strumienia materiału podstawowego, właściwości wszystkich składników, sposób podania, miejsce dozowania i dynamika całego procesu.

Dobór dozownika powinien zaczynać się od właściwości materiału

Wymagana wydajność w kg/h jest tylko jednym z kryteriów doboru. Znaczenie mają również gęstość nasypowa, wielkość i kształt cząstek, rozkład granulometryczny, podatność na segregację, tarcie wewnętrzne, skłonność do zbrylania i mostkowania, elektrostatyka, wilgotność oraz ścieralność materiału.

Granulat, mikrogranulat, masterbatch i przemiał

Regularny granulat o dobrych właściwościach przepływowych można zwykle dozować cylindrem lub ślimakiem dobranym do wielkości cząstek i wymaganego strumienia. Przy bardzo małych dawkach znaczenie zaczyna mieć również liczba pojedynczych granulek przechodzących przez układ w jednostce czasu.

Przemiał może być trudniejszy do stabilnego podawania ze względu na nieregularny kształt cząstek, różnice gęstości nasypowej, możliwość klinowania oraz mniej jednorodne wypełnianie elementu dozującego.

Dlaczego proszki są trudniejsze w dozowaniu?

Proszek nie zawsze zachowuje się jak swobodnie płynący materiał ziarnisty. W zależności od wielkości i kształtu cząstek, wilgotności, elektrostatyki oraz oddziaływań międzycząsteczkowych mogą występować:

  • mostkowanie nad wylotem zasobnika,
  • tworzenie kanałów przepływu,
  • pozostawanie materiału przy ściankach leja,
  • nieregularne zapadanie się złoża,
  • napowietrzanie i fluidyzacja drobnego proszku,
  • zbrylanie i przywieranie materiału,
  • nieregularne wypełnianie spirali lub ślimaka dozującego.

Dlatego bardzo dokładny układ wagowy nie gwarantuje stabilnego dozowania, jeżeli materiał nie dopływa równomiernie do elementu dozującego.

Dozownik a rzeczywista wydajność wytłaczarki

Sposób synchronizacji dozowania zależy od sposobu zasilania ekstrudera. W klasycznej wytłaczarce jednoślimakowej zasilanej swobodnie wydajność materiału podstawowego wynika przede wszystkim z prędkości ślimaka, geometrii układu, właściwości tworzywa i oporów przepływu. Strumień dodatku powinien być odnoszony do rzeczywistej lub prawidłowo wyznaczonej wydajności materiału podstawowego.

W wytłaczarce dwuślimakowej pracującej w warunkach niedopełnienia, czyli w układzie starve-fed, sytuacja jest inna. Całkowity strumień materiału jest w dużej mierze ustalany przez dozowniki, natomiast prędkość ślimaków wpływa między innymi na stopień napełnienia kanałów, czas przebywania, transport i warunki ścinania.

Dlatego proste powiązanie dawki dodatku wyłącznie z obrotami ślimaka nie zawsze zapewnia stałą recepturę. W zaawansowanych stanowiskach właściwą wielkością odniesienia jest rzeczywisty strumień materiału albo nadrzędna wartość wydajności zadana całemu układowi dozowania.

Miejsce dozowania jest częścią projektowania procesu

Składnik może być wprowadzany razem z materiałem podstawowym do głównej strefy zasilania albo w dalszej części układu uplastyczniającego. Wybór miejsca wpływa na czas przebywania dodatku, historię temperatury, intensywność ścinania oraz długość strefy dostępnej na jego zwilżenie, dyspersję i homogenizację.

Dozowanie boczne w układach dwuślimakowych

W wytłaczarkach dwuślimakowych część składników może być podawana przez lej główny, a część przez port boczny i podajnik boczny. Późniejsze wprowadzenie składnika może ograniczyć jego ekspozycję na temperaturę i ścinanie, zmniejszyć obciążenie głównej strefy karmienia lub umożliwić dodanie napełniacza dopiero po uplastycznieniu polimeru.

Ma to jednak konsekwencję procesową: im później materiał zostanie wprowadzony, tym krótsza pozostaje długość układu na jego zwilżenie, rozprowadzenie i ewentualną dyspersję. Miejsce podania powinno więc wynikać z konfiguracji segmentów ślimaków oraz wymaganej historii termomechanicznej materiału.

Proszek wprowadzany do ekstrudera transportuje również powietrze

Drobny proszek, szczególnie o małej gęstości nasypowej, może wprowadzać do układu znaczną objętość powietrza. Przy wysokich udziałach napełniacza faza gazowa może ograniczać zdolność napełniania kanałów ślimakowych i destabilizować podawanie.

Dlatego przy bocznym dozowaniu proszków znaczenie mają nie tylko wydajność dozownika, ale również konstrukcja podajnika bocznego, dostępna objętość kanałów ślimakowych oraz możliwość odprowadzania powietrza z układu.

Dozowanie cieczy

W przypadku dodatków płynnych stabilność dozowania zależy między innymi od lepkości, temperatury cieczy, charakterystyki pompy, średnicy przewodów, ciśnienia oraz miejsca wprowadzenia składnika do procesu.

MDS Balance Liquid

Aktualny system Movacolor MDS Balance Liquid może być wyposażony w pompę mono lub pompę perystaltyczną. Producent podaje zakres wydajności 0,04–35 l/h. Układ grawimetryczny wykorzystuje pomiar masy do kontroli rzeczywistego strumienia cieczy.

System jest również dostępny w wykonaniu wolumetrycznym. Wybór zasady dozowania oraz pompy powinien wynikać z rodzaju cieczy, jej lepkości, wymaganej wydajności i warunków podania.

Pompa perystaltyczna

W pompie perystaltycznej ciecz przepływa wewnątrz elastycznego przewodu okresowo ściskanego przez rolki. Rozwiązanie ułatwia zmianę materiału i ogranicza liczbę części pompy mających bezpośredni kontakt z medium.

Charakterystyka przepływu zależy jednak między innymi od rodzaju przewodu, jego zużycia, prędkości pracy oraz lepkości cieczy. W układzie grawimetrycznym zmiany te mogą być korygowane na podstawie rzeczywistego pomiaru strumienia masowego.

Bardzo małe dawki – dozowanie optometryczne

Przy ekstremalnie małym strumieniu granulowanego dodatku ograniczeniem systemu wagowego może stać się masa pojedynczej granulki w stosunku do mierzonego strumienia. W takich zastosowaniach Movacolor wykorzystuje technologię optometryczną MDS Nexus.

Specjalna tarcza pobiera pojedyncze granulki, które są wykrywane optycznie. Według producenta system może zliczać do 5 granulek na sekundę i wykorzystuje algorytm kompensujący brakujące granulki. Dzięki temu kontrolowana jest liczba rzeczywiście podawanych cząstek, a nie wyłącznie ich średnia masa.

Grawimetryczne systemy Movacolor integrowane z SiTech3D

MDS Balance

MDS Balance jest grawimetrycznym systemem dozującym pracującym według zasady loss-in-weight. Centralnie umieszczony czujnik wagowy i oprogramowanie Balance Technology mierzą ubytek masy materiału oraz korygują prędkość elementu dozującego.

Aktualna rodzina MDS Balance obejmuje zakres od około 0,07 do 180 kg/h. Producent deklaruje możliwość osiągnięcia dokładności dozowania do 0,05% w odpowiednio dobranej konfiguracji i warunkach pracy. Wartości tej nie należy utożsamiać z gwarantowaną dokładnością składu całej mieszaniny.

Dozownik grawimetryczny Movacolor MDS Balance do dozowania materiałów w procesie wytłaczania.

Rys. 1. Dozownik grawimetryczny Movacolor MDS Balance.

MDS Balance Cleanroom

MDS Balance Cleanroom jest wykonaniem przeznaczonym do środowisk wymagających zwiększonej kontroli zanieczyszczeń. Producent stosuje konstrukcję bezolejową, elementy ze stali nierdzewnej, uszczelnienia jakości spożywczej przeznaczone do większości zastosowań medycznych i cleanroom oraz kontroler bez zewnętrznej wentylacji. Urządzenie może być czyszczone alkoholem izopropylowym.

Dozownik grawimetryczny Movacolor MDS Balance Cleanroom.

Rys. 2. Dozownik grawimetryczny Movacolor MDS Balance Cleanroom.

Dobór elementu dozującego MDS Balance

Szeroki zakres wydajności systemu uzyskuje się przez dobór cylindra lub ślimaka dozującego odpowiedniego do materiału i wymaganego strumienia. Poniższa tabela przedstawia szczegółowe zakresy narzędzi opisanych w dokumentacji technicznej Movacolor.

System dozowania Granulat Proszek Ocena względna wg dokumentacji Wydajność g/s Wydajność kg/h
GLX Tak Tak ++ 0,02–1,6* 0,07–5,8*
GX Tak Tak + 0,2–5,0* 0,72–18*
HX Nie Tak ++ 0,01–1,6** 0,04–5,8**
A-8 – podawanie ślimakiem Tak Tak + 0,02–1* 0,07–3,6*
A-10D – podawanie ślimakiem Tak Tak + 0,05–3,3* 0,18–11,9*
A-15 – podawanie ślimakiem Tak Tak +/- 0,2–5* 0,72–18*
A-20 / A-20HT*** – podawanie ślimakiem Tak Tak +/- 0,5–20* 1,8–72*
A-30HT*** – podawanie ślimakiem Tak Tak +/- 2–50* 7,2–180*

* Wartości określone dla standardowego granulowanego masterbatchu o gęstości nasypowej 0,8 kg/dm³.
** Wartości określone dla swobodnie płynącego proszku o gęstości nasypowej 0,65 kg/dm³.
*** Oznaczenie HT odnosi się do wykonania z silnikiem krokowym o zwiększonym momencie obrotowym 4,5 A.
Oznaczenia ++, + i +/- są względnymi oznaczeniami stosowanymi w dokumentacji Movacolor do porównania narzędzi dozujących. Nie oznaczają procentowego błędu dozowania.

Cylindry i elementy dozujące stosowane w systemach Movacolor MDS Balance.

Rys. 3. Przykładowe elementy dozujące systemu Movacolor MDS Balance.

MDS Balance Powder NFF

MDS Balance Powder NFF jest przeznaczony do dozowania proszków swobodnie i nieswobodnie płynących. Aktualny system wykorzystuje technologię loss-in-weight, mieszadło wspomagające przepływ materiału, silnik o wysokim momencie oraz podwójne narzędzia spiralne.

Producent podaje obecnie zakres całego urządzenia 0,05–45 kg/h oraz konfiguracje z zasobnikiem 5 lub 12 l. Dostępne są różne podwójne spirale dozujące, w tym konstrukcje zazębiające się i samoczyszczące.

Dozownik grawimetryczny do proszków Movacolor MDS Balance Powder.

Rys. 4. Dozownik grawimetryczny Movacolor MDS Balance Powder.

Spirale SP15 i SP19 – dane narzędzi z dokumentacji Movacolor

W dokumentacji technicznej systemu MCBalance Powder opisano dwie charakterystyczne geometrie podwójnych spiral: SP15 – współbieżne i niezazębiające się oraz SP19 – współbieżne i zazębiające się. Obie konfiguracje występują również w wariancie bez nieruchomego rdzenia.

Poniższe wartości są danymi referencyjnymi dla tych konkretnych narzędzi dozujących. Nie są aktualną tabelą zakresów całego MDS Balance Powder NFF, którego obecna specyfikacja katalogowa obejmuje zakres 0,05–45 kg/h.

System dozowania Ocena względna wg dokumentacji Wydajność g/s Wydajność kg/h
SP15 ++ 0,023–4,6 0,1–16,4
SP15 bez rdzenia + 0,027–7,2 0,1–25,9
SP19 ++ 0,077–12,5 0,3–45,1
SP19 bez rdzenia + 0,113–21,3 0,4–76,6

Zakresy według dokumentacji technicznej Movacolor określono dla swobodnie płynącego proszku o gęstości nasypowej 0,60 kg/dm³. Rzeczywista wydajność zależy od właściwości proszku, konfiguracji spirali i warunków pracy.

Podwójne spirale dozujące SP15 i SP19 stosowane w systemach dozowania proszków Movacolor.

Rys. 5. Konstrukcje podwójnych spiral dozujących proszki Movacolor.

  1. SP15 – współbieżne, niezazębiające się spirale o przekroju kwadratowym z nieruchomym rdzeniem.
  2. SP19 – współbieżne, zazębiające się spirale o przekroju kwadratowym z nieruchomym rdzeniem.

Sterowanie dozowaniem

Aktualne systemy MDS wykorzystują kolorowy ekran dotykowy o przekątnej 8 cali. W zależności od konfiguracji dostępne są zapis receptur, rejestracja zmian parametrów oraz komunikacja z nadrzędnym sterowaniem za pomocą interfejsów takich jak Modbus TCP/IP, Profibus, Profinet i OPC UA.

W przypadku MDS Balance producent przewiduje zapis do 1000 receptur oraz możliwość współpracy z sygnałami analogowymi i sygnałem prędkości ekstrudera.

Sterownik systemu dozowania Movacolor z kolorowym ekranem dotykowym.

Rys. 6. Sterownik systemu dozowania Movacolor.

Modułowa konfiguracja systemu dozowania

Dozownik jest tylko jednym z elementów kompletnego układu. Do procesu dobiera się również zasobnik, narzędzie dozujące, układ napełniania, element łączący z maszyną, sposób mieszania oraz komunikację ze sterowaniem ekstrudera.

Modułowość ma szczególne znaczenie w stanowiskach laboratoryjnych, ponieważ umożliwia zmianę materiału, zakresu wydajności lub funkcji procesu bez przebudowy całej instalacji.

Modułowa konfiguracja systemów dozowania Movacolor.

Rys. 7. Modułowa konfiguracja systemów dozowania Movacolor.

Integracja dozowników z wytłaczarkami SiTech3D

W urządzeniach SiTech3D układ dozowania może być traktowany jako część sterowania całym procesem, a nie jako niezależne urządzenie pracujące z własną stałą nastawą. Pozwala to powiązać strumień dodatku z rzeczywistym punktem pracy wytłaczarki oraz z innymi urządzeniami linii.

Ma to znaczenie podczas rozruchu, zmiany wydajności, zatrzymania procesu oraz pracy z pompą stopionego polimeru. W zależności od aplikacji układ może wykorzystywać sygnały analogowe, komunikację cyfrową albo logikę sterowania realizowaną przez PLC SiTech3D.

Sterowanie wytłaczarki SiTech3D zintegrowane z układem dozowania materiałów.

Rys. 8. Integracja sterowania wytłaczarki SiTech3D z układem dozowania.

Schemat integracji wytłaczarki, dozowników i pompy stopionego polimeru.

Rys. 9. Przykład integracji wytłaczarki, dozowników i pompy stopionego polimeru.

Komora mieszająca NST40

W zależności od konfiguracji materiał podstawowy i dozowany dodatek mogą być łączone w komorze NST40 przed wejściem do strefy zasilania wytłaczarki. Jej zadaniem jest wprowadzenie dodatku w główny strumień materiału i ograniczenie jego segregacji przed wejściem do układu uplastyczniającego.

Takie wstępne połączenie składników nie zastępuje mieszania zachodzącego wewnątrz ekstrudera, ale może poprawić regularność dopływu dodatku do strefy zasilania.

Schemat komory mieszającej NST40 stosowanej z dozownikami materiałów.

Rys. 10. Zasada działania komory mieszającej NST40.

  1. Zasobnik dozowanego składnika.
  2. Zasobnik materiału podstawowego.
  3. Zewnętrzna komora.
  4. Wewnętrzna część układu mieszającego.
  5. Strefa łączenia strumieni materiału.
  6. Wylot do strefy zasilania wytłaczarki.

SiFlow – wspomaganie przepływu materiałów sypkich

SiFlow jest rozwiązaniem SiTech3D przeznaczonym do wspomagania przepływu proszków i innych materiałów podatnych na mostkowanie. Kontrolowane drgania wybranego elementu układu pomagają uruchamiać materiał i ograniczać tworzenie stabilnych struktur nad wylotem.

Część wprowadzana w drgania jest mechanicznie oddzielona od konstrukcji pomiarowej. Przy współpracy z dozownikiem grawimetrycznym sygnał wagowy jest odpowiednio filtrowany, aby drgania nie były interpretowane jako rzeczywista zmiana masy materiału.

System może być sterowany z PLC wytłaczarki i dzięki temu pracować jako część kompletnej logiki stanowiska procesowego.

System SiFlow do wspomagania przepływu proszków przy dozowaniu do wytłaczarki SiTech3D.

Rys. 11. System SiFlow i adapter integrujący układ dozowania z wytłaczarką SiTech3D.

  1. Zespół dozowników.
  2. Wibrująca komora SiFlow.
  3. Adapter mocowania dozowników do wytłaczarki.
  4. Zasuwa ułatwiająca demontaż i czyszczenie.
  5. Wylot do strefy zasilania wytłaczarki.

Dozowanie w liniach do produkcji filamentu

W linii do produkcji filamentu stabilność składu materiału jest jednym z parametrów wpływających na właściwości wytłaczanego włókna. Dozowanie dodatków powinno być analizowane razem z wydajnością wytłaczarki, homogenizacją stopu, pracą pompy stopu, chłodzeniem, pomiarem średnicy oraz regulacją prędkości odciągu.

Szczególnego znaczenia nabiera to przy filamentach barwionych, napełnianych, przewodzących, wzmacnianych oraz wykonywanych z materiałów pochodzących z recyklingu. Stabilny wymiar filamentu nie gwarantuje bowiem stałego składu materiału, jeżeli niezależnie od układu kontroli średnicy zmienia się rzeczywisty udział dozowanych dodatków.

Jak dobrać system dozowania?

Warunki procesu Najważniejszy aspekt doboru
Stabilny granulat i umiarkowane wymagania recepturowe Możliwe dozowanie wolumetryczne po prawidłowej kalibracji
Drogi masterbatch lub krytyczny dodatek Pomiar masy i kontrola grawimetryczna
Proszek nieswobodnie płynący Geometria spirali, mieszadło, przepływ w zasobniku i kontrola grawimetryczna
Bardzo mały strumień granulowanego dodatku Możliwość zastosowania dozowania optometrycznego
Dodatek płynny Lepkość, charakterystyka pompy, ciśnienie i miejsce podania
Wysoki udział proszku lub napełniacza w compoundingu Strumień masowy, miejsce podania, transport powietrza i dostępna długość mieszania
Zmieniająca się wydajność procesu Synchronizacja dozowania z rzeczywistym strumieniem materiału, a nie wyłącznie z jedną nastawą maszyny

Dozowanie jako część konfiguracji wytłaczarki SiTech3D

System dozowania powinien być dobierany razem z układem uplastyczniającym i całym procesem. SiTech3D może integrować dozowniki Movacolor oraz systemy innych producentów z wytłaczarkami jednoślimakowymi, wytłaczarkami dwuślimakowymi, wytłaczarkami laboratoryjnymi oraz liniami do produkcji filamentu.

Dobór obejmuje nie tylko zakres wydajności dozownika, ale również właściwości materiału, geometrię narzędzia dozującego, sposób uzupełniania zasobnika, miejsce wprowadzenia składnika, wymagania dotyczące mieszania oraz sposób wymiany danych z układem sterowania wytłaczarki.

Wytłaczarka SiTech3D wyposażona w zintegrowany system dozowania materiałów.

Rys. 12. Wytłaczarka SiTech3D ze zintegrowanym układem dozowania.

Podsumowanie

Prawidłowe dozowanie nie polega wyłącznie na wyborze urządzenia o odpowiednim zakresie kg/h. O stabilności receptury decydują równocześnie zasada pomiaru, właściwości materiału, geometria elementu dozującego, zachowanie materiału w zasobniku, sposób uzupełniania, miejsce wprowadzenia składnika oraz synchronizacja z rzeczywistym strumieniem materiału w ekstruderze.

W prostych procesach wystarczający może być prawidłowo skalibrowany układ wolumetryczny. Przy krytycznych dodatkach, zmiennych materiałach, proszkach i procesach wymagających rejestracji parametrów przewagę daje kontrola grawimetryczna. W compoundingu dozowanie staje się natomiast jednym z elementów projektowania całej historii termomechanicznej materiału.

Więcej informacji o samym procesie znajduje się w artykule Wytłaczanie tworzyw sztucznych oraz w materiale Anatomia ślimaków segmentowych w wytłaczarkach dwuślimakowych.

Dane katalogowe dozowników Movacolor: Movacolor.

FAQ – dozowanie materiałów w procesie wytłaczania

Czym różni się dozownik grawimetryczny od wolumetrycznego?

Dozownik grawimetryczny wykorzystuje pomiar masy do kontroli strumienia materiału. Układ wolumetryczny pracuje na podstawie skalibrowanej charakterystyki elementu dozującego i nie mierzy w sposób ciągły rzeczywistego strumienia masowego.

Czy każdy dozownik grawimetryczny jest dozownikiem loss-in-weight?

Nie. Loss-in-weight jest jedną z metod dozowania grawimetrycznego. W układzie tego typu strumień materiału jest określany na podstawie ubytku masy zasobnika w czasie.

Czy dozownik grawimetryczny kompensuje zmianę gęstości nasypowej?

Może kompensować zmianę wpływającą na rzeczywisty strumień materiału, dopóki układ mechaniczny pozostaje w zakresie umożliwiającym regulację. Nie usunie jednak trwałego mostu materiałowego, silnego zbrylenia ani całkowitego zaniku dopływu proszku do elementu dozującego.

Co dzieje się podczas napełniania dozownika loss-in-weight?

Podczas napełniania masa układu rośnie, dlatego klasyczne wyznaczanie strumienia z ubytku masy jest chwilowo niedostępne. Typowy system wykorzystuje wtedy zapamiętaną charakterystykę pracy, a po ustabilizowaniu sygnału wagowego powraca do pełnej regulacji grawimetrycznej.

Czy dozownik wyznacza wydajność wytłaczarki?

Zależy to od sposobu prowadzenia procesu. W układzie dwuślimakowym starve-fed strumień materiału może być ustalany przez dozowniki. W klasycznej wytłaczarce jednoślimakowej zasilanej swobodnie wydajność materiału podstawowego wynika przede wszystkim z charakterystyki ekstrudera i jego punktu pracy.

Dlaczego miejsce dozowania w wytłaczarce dwuślimakowej ma znaczenie?

Wpływa na czas przebywania składnika, temperaturę, intensywność ścinania i długość układu dostępną na mieszanie. Późniejsze podanie może chronić wrażliwy składnik, ale pozostawia mniej długości procesowej na jego zwilżenie i rozprowadzenie.

Dlaczego proszek podawany bocznie może ograniczać wydajność?

Proszek wprowadza wraz z cząstkami również powietrze. Przy materiałach o małej gęstości nasypowej objętość fazy gazowej może być znaczna i ograniczać zdolność napełniania kanałów ślimakowych oraz stabilność transportu.

Czy deklarowana dokładność dozownika oznacza dokładność całej receptury?

Nie. Na rzeczywisty skład produktu wpływają również właściwości materiałów, stabilność głównego strumienia, kalibracja, zakres pracy, miejsce podania oraz zachowanie surowca w zasobniku i ekstruderze.

Czy dozowanie może być zsynchronizowane z wytłaczarką SiTech3D?

Tak. System dozowania może być integrowany ze sterowaniem wytłaczarki i pozostałymi elementami linii tak, aby jego praca odpowiadała rzeczywistemu punktowi pracy procesu.

Czy SiTech3D integruje wyłącznie dozowniki Movacolor?

Nie. Movacolor jest jednym z systemów stosowanych przez SiTech3D. Możliwa jest również integracja urządzeń innych producentów po uzgodnieniu interfejsów mechanicznych, elektrycznych i komunikacyjnych.

Zobacz także:

Baza technicznych danych segmentów ślimaków do wytłaczarek dwuślimakowych.

Wydajność wytłaczarki jednoślimakowej – kalkulator

Produkcja filamentu 3D — wymagania procesu i linii technologicznej

Materiały do produkcji filamentów 3D – jak dobrać proces i linię technologiczną

Plastyczne materiały wybuchowe i PBX – właściwości, polimery i formowanie

Wytłaczarki do tworzyw sztucznych: kryteria doboru układu do materiału, procesu i skali produkcji

Rodzaje kauczuków i elastomerów – właściwości, różnice i zastosowania

Przewodnik po bazie wiedzy Sitech3D – przetwórstwo polimerów, reologia i technologia wytłaczania

Polimery w procesie wytłaczania – klasy materiałów i właściwości

Wytłaczanie polimerów wysokotemperaturowych – parametry procesu, reologia i typowe problemy (PEEK, PAEK, PSU, PESU, PPSU, PEI)

X

Poproś o kontakt

Imię i nazwisko:

Nazwa Firmy

e-mail

Telefon

Treść:


chat logo
Zadzwoń