Wytłaczarka laboratoryjna LE-1S 25 mm

Wytłaczarka 25 mm jako platforma procesu, a nie tylko urządzenie laboratoryjne

LE-1S 25 mm została zaprojektowana jako konfigurowalna wytłaczarka jednoślimakowa, która może pełnić różne funkcje w zależności od wyposażenia i wymagań procesu. Może pracować jako samodzielne stanowisko R&D, jednostka procesowa w niewielkiej linii technologicznej, koekstruder lub element bardziej rozbudowanego stanowiska badawczego i produkcyjnego.

W praktyce oznacza to, że konfiguracji urządzenia nie trzeba podporządkowywać jednej maksymalnej wartości wydajności. Znacznie ważniejsze jest uzyskanie stabilnego transportu materiału, kontrolowanego uplastyczniania, odpowiedniej temperatury stopu, stabilnego ciśnienia oraz powtarzalnego strumienia materiału na wyjściu z wytłaczarki.

Średnica ślimaka 25 mm w połączeniu z konfiguracją L/D 24–32 daje możliwość dostosowania części procesowej do rodzaju tworzywa, geometrii ślimaka, sposobu zasilania oraz funkcji, jaką wytłaczarka ma pełnić w całej linii.

Napęd i kontrola rzeczywistego obciążenia procesu

Układ napędowy LE-1S 25 mm zapewnia maksymalny dostępny moment obrotowy na ślimaku do 260 Nm i prędkość obrotową do 300 obr./min. W zastosowanym rozwiązaniu silnik Lenze MF pracuje z falownikiem rodziny i500 w trybie SC ASM, z identyfikacją parametrów silnika.

Układ napędowy wyznacza moment obrotowy podczas pracy, a jego wartość może być rejestrowana razem z pozostałymi parametrami procesu. Dzięki temu moment jest użytecznym sygnałem diagnostycznym, pozwalającym obserwować zmianę obciążenia układu uplastyczniającego podczas zmian materiału, temperatury, prędkości obrotowej lub warunków przepływu.

Momentu obrotowego nie należy jednak utożsamiać bezpośrednio z lepkością tworzywa. Jest on wynikiem całkowitego obciążenia układu i zależy między innymi od geometrii ślimaka, stopnia jego wypełnienia, tarcia, temperatury materiału oraz oporów przepływu. Największą wartość diagnostyczną uzyskuje się dlatego przez analizę momentu razem z temperaturą, ciśnieniem, prędkością obrotową i innymi rejestrowanymi wielkościami procesu.

Temperatura cylindra i rzeczywista temperatura stopu

LE-1S 25 mm może posiadać od 4 do 8 niezależnie regulowanych stref grzewczo-chłodzących. Standardowe wykonanie umożliwia pracę do 400°C, a w konfiguracji wysokotemperaturowej do 420°C. Dostępne jest również wykonanie ze stali kwasoodpornej, przeznaczone do pracy do 270°C.

Niezależna regulacja poszczególnych stref pozwala budować profil temperaturowy odpowiedni dla sposobu nagrzewania, uplastyczniania i transportu konkretnego materiału. Strefa karmienia posiada oddzielne chłodzenie wodne pracujące w obiegu z pompą i chłodnicą, co umożliwia stabilizację warunków w obszarze zasypu.

Istotne jest rozróżnienie temperatury cylindra od temperatury rzeczywistego stopu. Nastawa lub pomiar temperatury strefy grzewczej opisuje warunki cieplne cylindra, natomiast materiał podczas przepływu może dodatkowo nagrzewać się wskutek ścinania i dyssypacji energii mechanicznej. Z tego powodu LE-1S może być wyposażona w bezpośredni pomiar temperatury stopu, uzupełniający informacje pochodzące z regulacji stref cylindra.

Ciśnienie jako informacja o warunkach przepływu

Pomiar ciśnienia stopu pozwala obserwować warunki panujące w określonym miejscu układu przepływowego. Wartość ciśnienia zależy nie tylko od pracy samego ślimaka, lecz również od temperatury i właściwości materiału, wydajności, geometrii głowicy, filtrów oraz innych elementów znajdujących się za wytłaczarką.

Dlatego analiza ciśnienia jest szczególnie użyteczna w połączeniu z pomiarem temperatury stopu, momentem napędu i prędkością ślimaka. Taki zestaw sygnałów pozwala znacznie lepiej ocenić stabilność procesu niż obserwacja samej temperatury cylindra lub prądu silnika.

Geometria ślimaka dobierana do procesu

Standardowo LE-1S 25 mm wykorzystuje ślimak monolityczny. Jego geometria może być dobierana do właściwości materiału i zadania technologicznego. Innych warunków transportu, uplastyczniania i mieszania wymagają na przykład materiały o dobrej sypkości, tworzywa trudne w podawaniu, formulacje zawierające dodatki czy procesy wymagające szczególnej kontroli temperatury stopu.

Wytłaczarka jednoślimakowa może realizować również funkcje mieszające, jednak skuteczność mieszania zależy od konstrukcji ślimaka i warunków procesu. Jeżeli głównym zadaniem jest intensywne mieszanie dyspersyjne lub dystrybucyjne dużej ilości dodatków, napełniaczy albo włókien, właściwszym rozwiązaniem może być wytłaczarka dwuślimakowa przeznaczona do compoundingu.

Rowkowana strefa karmienia

Opcjonalna rowkowana strefa karmienia może być zastosowana wtedy, gdy wymagane jest zwiększenie zdolności transportu materiału stałego lub poprawa stabilności jego podawania. Jej zadaniem nie jest samo zwiększenie maksymalnej liczby kilogramów na godzinę, lecz stworzenie bardziej przewidywalnych warunków transportu materiału przed rozpoczęciem uplastyczniania.

Dobór takiego rozwiązania powinien uwzględniać właściwości granulatu, współczynnik tarcia, geometrię ślimaka, wymagany strumień materiału oraz charakter dalszej części procesu.

Dozowanie materiałów, cieczy i gazów

LE-1S 25 mm może współpracować z dozownikami wolumetrycznymi i grawimetrycznymi, a także z układami dozowania cieczy i gazów. W zależności od procesu ciecz może być podawana między innymi pompą perystaltyczną lub bezpośrednio do cylindra za pomocą odpowiedniego układu pompowego.

Rozbudowa systemu dozowania pozwala traktować wytłaczarkę jako część kontrolowanego stanowiska procesowego, w którym można nie tylko zmieniać skład formulacji, ale również rejestrować warunki konkretnej próby i później odtworzyć zweryfikowaną recepturę.

Odgazowanie dobierane do rzeczywistego procesu

Układ odgazowania lub próżniowy jest dostępny jako wyposażenie opcjonalne, natomiast wykonanie portu odgazowania wymaga odpowiedniego zaprojektowania konfiguracji procesowej.

Skuteczne odgazowanie nie zależy wyłącznie od obecności otworu w cylindrze. W obszarze portu konieczne jest uzyskanie odpowiedniego stopnia wypełnienia kanału ślimaka, aby materiał nie był wypychany do układu próżniowego, a jednocześnie powierzchnia stopu umożliwiała efektywne usuwanie wilgoci, lotnych składników lub produktów ubocznych procesu.

R&D, rejestracja danych i powtarzalność prób

W pracach badawczo-rozwojowych wartość wytłaczarki nie kończy się na osiągnięciu określonego punktu pracy. Równie istotna jest możliwość udokumentowania tego punktu oraz jego późniejszego odtworzenia.

LE-1S umożliwia rejestrację parametrów procesu i obsługę receptur. Pozwala to porównywać kolejne próby materiałowe, analizować wpływ zmian temperatury lub prędkości ślimaka oraz dokumentować warunki, w których uzyskano określone właściwości produktu.

W zależności od konfiguracji urządzenie może być wyposażone w komunikację Ethernet, OPC UA, pomiar energii, serwer WWW oraz funkcje zdalnego dostępu i diagnostyki. Ułatwia to integrację wytłaczarki z nadrzędnym systemem linii, systemem akwizycji danych lub infrastrukturą stanowiska badawczego.

LE-1S 25 mm jako koekstruder

W koekstruzji najważniejsza nie jest maksymalna wydajność pojedynczej wytłaczarki, lecz stabilność strumienia każdego komponentu oraz utrzymanie wymaganej relacji pomiędzy poszczególnymi warstwami lub materiałami.

LE-1S 25 mm może pracować jako samodzielny koekstruder i być integrowana z głowicą wielokomponentową oraz pozostałymi urządzeniami linii. Dobór ślimaka, napędu, systemu dozowania i sposobu sterowania powinien być wtedy wykonywany w odniesieniu do wymaganej wydajności danego komponentu oraz jego właściwości reologicznych.

Od badań R&D do niewielkiej produkcji

LE-1S 25 mm może być wykorzystana zarówno podczas opracowywania procesu, jak i później jako jednostka robocza niewielkiej linii technologicznej, jeżeli wymagany punkt pracy mieści się w zakresie urządzenia.

Takie podejście ogranicza różnice pomiędzy stanowiskiem badawczym i późniejszą konfiguracją procesową. Parametry wypracowane podczas prób mogą być punktem wyjścia do dalszej optymalizacji bez konieczności automatycznego przechodzenia na całkowicie inną klasę urządzenia.

Nie oznacza to prostego skalowania procesu wyłącznie na podstawie średnicy ślimaka lub wydajności. Przy zmianie skali należy uwzględnić między innymi geometrię układu uplastyczniającego, czas przebywania materiału, powierzchnię wymiany ciepła, intensywność ścinania oraz charakterystykę urządzeń znajdujących się za wytłaczarką.

Konfiguracja LE-1S 25 mm

Dobór konfiguracji powinien rozpocząć się od materiału, wymaganej funkcji wytłaczarki oraz sposobu wykorzystania jej w całej linii. Na tej podstawie można określić geometrię i długość ślimaka, sposób karmienia, liczbę stref temperaturowych, wymagane pomiary, system dozowania, ewentualne odgazowanie oraz sposób komunikacji z pozostałymi urządzeniami.

Dzięki temu LE-1S 25 mm może być skonfigurowana nie jako uniwersalne urządzenie o przypadkowo dobranych parametrach, lecz jako konkretne narzędzie do prowadzenia mierzalnego i powtarzalnego procesu przetwórstwa.