Linia laboratoryjna wytłaczarkowa miniaturowa

Mała ilość materiału, duża wartość informacji

Na wczesnym etapie rozwoju materiału liczba możliwych eksperymentów często jest ograniczona przez ilość dostępnego surowca. Dotyczy to szczególnie nowych polimerów, kosztownych dodatków, materiałów funkcjonalnych, składników aktywnych oraz formulacji przygotowywanych początkowo tylko w niewielkich partiach.

Miniaturowa skala ogranicza ilość materiału potrzebną do pojedynczej próby, ale sama miniaturyzacja nie jest celem. Wartość stanowiska badawczego wynika z możliwości prowadzenia porównywalnych eksperymentów, pomiaru rzeczywistych parametrów procesu oraz zapisania warunków, w których uzyskano określony rezultat.

Minilab łączy ograniczone zużycie materiału z kontrolą procesu, pomiarami i rejestracją danych potrzebnych do porównywania formulacji, konfiguracji urządzeń i parametrów wytłaczania.

LE-1S 12 mm czy LE-2CC 2×12 mm?

Obie wytłaczarki pracują w tej samej klasie miniaturowych stanowisk badawczych, ale odpowiadają na inne pytania technologiczne. Wybór powinien wynikać przede wszystkim z tego, czy badaniu podlega głównie sposób przetwarzania wcześniej przygotowanego materiału, czy również przygotowanie i modyfikowanie formulacji wewnątrz wytłaczarki.

LE-1S 12 mm Mini – uplastycznianie i formowanie

Jednoślimakowa LE-1S 12 mm Mini jest przeznaczona przede wszystkim do badań materiałów o wcześniej przygotowanym składzie. Umożliwia analizowanie wpływu temperatury, prędkości ślimaka, obciążenia układu, warunków przepływu oraz odbioru na zachowanie stopu i otrzymywany produkt.

Układ pozwala mierzyć między innymi moment obrotowy ślimaka, obciążenie napędu, ciśnienie i temperaturę materiału. Jest właściwym rozwiązaniem wtedy, gdy celem doświadczenia jest przede wszystkim poznanie zachowania gotowego polimeru, mieszaniny lub wcześniej przygotowanego compoundu podczas wytłaczania i formowania.

LE-2CC 2×12 mm Mini – formulacja, mieszanie i compoundowanie

LE-2CC 2×12 mm Mini przenosi do skali miniaturowej rozwiązania konstrukcyjne stosowane również w większych wytłaczarkach dwuślimakowych SiTech3D. Segmentowe ślimaki, dzielony cylinder, wymienne wkładki oraz możliwość pracy współbieżnej i przeciwbieżnej pozwalają konfigurować część procesową odpowiednio do badanego materiału i celu eksperymentu.

Dzielony poziomo cylinder jest otwierany na zawiasach i pozycjonowany po zamknięciu. Zapewnia to dostęp do strefy procesowej podczas inspekcji, czyszczenia oraz oceny rozmieszczenia materiału wzdłuż układu uplastyczniającego.

Oznaczenie 2×12 mm określa nominalną klasę urządzenia, a nie jedną niezmienną geometrię roboczą. Przy stałym rozstawie osi 9,5 mm wymiana wkładek cylindra i odpowiedniego zestawu ślimaków umożliwia zmianę geometrii Do/Di, a wraz z nią między innymi głębokości kanału, wolnej objętości oraz charakterystyki transportu i mieszania.

Porty dozowania, możliwość zastosowania podajników bocznych, dozowania cieczy i gazów oraz odgazowania pozwalają badać nie tylko końcowe formowanie produktu, ale również sposób przygotowania samej formulacji. Więcej informacji o różnych sposobach pracy układów dwuślimakowych przedstawiamy w artykule wytłaczarki współbieżne i przeciwbieżne dwuślimakowe.

Proces mierzony, a nie tylko ustawiany

Wartości zadane na sterowniku nie opisują w pełni rzeczywistych warunków przetwarzania. Dwie formulacje prowadzone przy tej samej temperaturze cylindra i prędkości ślimaków mogą powodować inne obciążenie układu, ciśnienie, temperaturę stopu oraz przebieg formowania.

Dlatego Minilab umożliwia pomiar i zapis parametrów procesu, takich jak temperatury stref, moment obrotowy, obciążenie napędu, ciśnienie i temperatura materiału. Receptury oraz dane pomiarowe mogą być archiwizowane, dzięki czemu kolejne eksperymenty można porównywać i odtwarzać w kontrolowanych warunkach.

Dozowanie dostosowane do małej skali

Przy niewielkim strumieniu materiału stabilność dozowania ma szczególne znaczenie. Niewielka zmiana ilości składnika może odpowiadać dużej zmianie jego udziału w całej formulacji, dlatego dozowniki stosowane w Minilab dobiera się do rzeczywistego zakresu przepływu materiału.

Opcjonalnie mogą być stosowane systemy dozowania wolumetrycznego i grawimetrycznego. W zależności od konfiguracji możliwe jest także dozowanie cieczy do zasypu, wprowadzanie cieczy pod ciśnieniem bezpośrednio do cylindra, dozowanie gazów oraz – w wersji dwuślimakowej – podawanie boczne i odgazowanie.

Rozwiązania przeznaczone do bardziej rozbudowanych procesów mieszania przedstawiamy również w grupie laboratoryjnych linii do compoundingu i granulacji.

Automatyka, dane i integracja z infrastrukturą badawczą

Minilab może pracować jako samodzielna linia badawcza albo jako element większego systemu laboratoryjnego. Automatyka B&R wykorzystuje POWERLINK i Ethernet do komunikacji pomiędzy urządzeniami stanowiska.

System może zostać rozszerzony o serwer OPC UA i WWW, Wi-Fi, sterowanie z tabletu, zdalny nadzór i diagnostykę oraz integrację z systemami nadrzędnymi laboratorium lub uczelni. Możliwa jest również integracja z systemami LMS, PMS, DMS i innymi systemami użytkownika, zależnie od wymagań konkretnego projektu.

Dzięki temu wyniki eksperymentu nie muszą pozostawać wyłącznie w sterowniku urządzenia. Dane procesowe mogą zostać włączone do szerszego systemu dokumentowania, analizowania i zarządzania badaniami.

Od stopu do mierzalnego produktu

Minilab może obejmować cały tor technologiczny potrzebny do formowania, chłodzenia, kalibracji, odbioru i pomiaru produktu. Pozwala to analizować nie tylko pracę wytłaczarki, lecz również wpływ dalszych etapów procesu na końcową geometrię i stabilność wytłoczyny.

Filament 1,75 i 2,85 mm oraz inne miniaturowe profile

Dla badań filamentów dostępne są narzędzia do produktów o nominalnej średnicy 1,75 i 2,85 mm. Końcowa średnica nie jest jednak prostym odwzorowaniem wymiaru otworu głowicy. Zależy między innymi od właściwości reologicznych materiału, temperatury, strumienia stopu, pęcznienia wytłoczyny, warunków chłodzenia i prędkości odbioru.

Jeżeli celem badania jest inna geometria, stanowisko może zostać wyposażone w odpowiednio dobraną lub zaprojektowaną głowicę i narzędzie formujące. Dzięki temu platforma Minilab może być wykorzystywana również do badań innych miniaturowych profili wytłaczanych.

Kompletne rozwiązania dla filamentów przedstawiamy w grupie linii do produkcji i badań filamentów.

Chłodzenie, kalibracja i kontrolowany odbiór

Po opuszczeniu głowicy gorąca wytłoczyna nadal może zmieniać swoją geometrię. Warunki chłodzenia, kalibracji i odbioru są więc częścią eksperymentu, a nie jedynie wyposażeniem pomocniczym.

Linia Minilab wykorzystuje kompaktową wannę chłodzącą z kalibratorem podciśnieniowym oraz cyfrowy odciąg rolkowy. Prędkość odciągu wpływa na transport produktu, jego rozciągnięcie i końcowy wymiar, dlatego powinna być analizowana razem z parametrami wytłaczania i chłodzenia.

Przykłady urządzeń dalszej części linii przedstawiamy również na stronie wanny chłodzące, przenośniki i inne elementy linii do wytłaczania.

Dwuosiowy pomiar geometrii i regulacja closed loop

Standardowym elementem stanowiska jest dwuosiowy, bezkontaktowy pomiar laserowy o rozdzielczości 0,001 mm. Pomiar w dwóch kierunkach umożliwia obserwowanie średnicy oraz różnicy wymiarów przekroju, a tym samym również ocenę owalności produktu.

Dla obu wariantów Minilab dostępny jest tryb pracy w pętli zamkniętej, w którym wynik pomiaru geometrii jest wykorzystywany do automatycznej korekty prędkości odciągu. Pomiar staje się dzięki temu elementem regulacji procesu, a nie wyłącznie jego obserwacji.

Rozdzielczość 0,001 mm opisuje system pomiarowy i nie jest tożsama z tolerancją procesu. Rzeczywista stabilność wymiarowa zależy od materiału oraz współpracy wytłaczarki, głowicy, chłodzenia, kalibracji i odbioru.

Nawijanie małych partii badawczych

Dla filamentów i innych elastycznych profili stanowisko może być wyposażone w kompaktową nawijarkę z cyfrowym układaczem. Sterowanie parametrami nawoju pozwala stabilnie odbierać niewielkie partie produktu bez wprowadzania niekontrolowanych zmian do wcześniejszych etapów procesu.

Stanowisko projektowane pod badanie

Nie każde doświadczenie można prawidłowo przeprowadzić przy użyciu jednej stałej konfiguracji. Jeżeli proces wymaga innego sposobu dozowania, specjalnej głowicy, określonego sposobu chłodzenia lub kalibracji, dodatkowego pomiaru albo nietypowego urządzenia odbiorczego, odpowiedni element stanowiska może zostać dobrany lub zaprojektowany dla konkretnego zastosowania.

Punktem wyjścia pozostają materiał, cel eksperymentu oraz informacja, którą użytkownik chce uzyskać. Konfiguracja urządzeń powinna wynikać z tych wymagań, a nie wyłącznie z gotowego wariantu katalogowego.

Badania farmaceutyczne i materiały do zastosowań medycznych

Miniaturowa skala może być szczególnie przydatna w projektach wykorzystujących kosztowne lub dostępne w ograniczonej ilości składniki aktywne i funkcjonalne. Odpowiednio skonfigurowane stanowisko może być wykorzystywane w pracach nad formulacjami farmaceutycznymi, procesami hot-melt extrusion oraz materiałami przeznaczonymi do zastosowań medycznych.

W zależności od wymagań projektu wybrane elementy mogą być wykonywane ze stali 304, 316 lub 316L oraz z odpowiednio dobranym wykończeniem powierzchni. Materiały konstrukcyjne, sposób czyszczenia i pozostałe wymagania stanowiska powinny być każdorazowo określane dla konkretnego zastosowania. Samo wykonanie materiałowe nie oznacza automatycznie zgodności stanowiska z wymaganiami określonego procesu farmaceutycznego.

Minilab a dalszy rozwój procesu

Minilab jest szczególnie użyteczny na wcześniejszych etapach R&D, kiedy ilość materiału jest ograniczona i potrzebna jest większa liczba porównywalnych eksperymentów. Większa linia laboratoryjna staje się właściwsza wtedy, gdy potrzebny jest większy strumień materiału, większa ilość produktu do dalszych badań albo kolejny etap rozwoju technologii.

Nastaw uzyskanych na miniaturowej wytłaczarce nie należy bezpośrednio kopiować na większą maszynę. Zmiana skali wpływa między innymi na transport materiału, wymianę ciepła, ścinanie, czas przebywania oraz warunki chłodzenia.

Wartością eksperymentu jest przede wszystkim poznanie zależności:

formulacja → konfiguracja urządzeń → parametry procesu → zachowanie stopu → formowanie → właściwości produktu.

Dzięki temu na kolejny etap rozwoju można przenieść wiedzę o zachowaniu materiału i wrażliwości procesu, a nie przypadkowy zestaw nastaw z mniejszej maszyny.

Szersze informacje o doborze kompletnej architektury znajdują się na stronie laboratoryjne linie z wytłaczarkami jedno- i dwuślimakowymi.

Jeżeli chcesz dobrać Minilab do określonego materiału lub programu badań, prześlij przez formularz kontaktowy informacje o materiale, planowanych procesach, dostępnej ilości surowca i wymaganych pomiarach. Na tej podstawie możemy dobrać wariant wytłaczarki i konfigurację całego stanowiska.