Wytłaczarki laboratoryjne

Wytłaczarki laboratoryjne SiTech3D są przeznaczone do badań materiałowych, rozwoju formulacji, optymalizacji technologii wytłaczania oraz przygotowania procesów do dalszego skalowania. Oferta obejmuje konfigurowalne wytłaczarki jednoślimakowe LE-1S, dwuślimakowe LE-2CC oraz rozwiązania specjalizowane do przetwórstwa tworzyw sztucznych, żywności, gumy i silikonu.

Dobór stanowiska wynika z rodzaju materiału i operacji technologicznych, które mają zostać wykonane. Zależnie od konstrukcji i wyposażenia urządzenia SiTech3D umożliwiają badanie wpływu geometrii ślimaków, dozowania, mieszania, temperatury, ciśnienia i innych parametrów procesu na właściwości materiału oraz produktu. Stanowisko może być również częścią kompletnej linii z urządzeniami formującymi, pomiarami, automatyką i rejestracją danych.

Trzy skale rozwoju procesu SiTech3D

Wybór skali zależy od dostępnej ilości materiału, celu badań i warunków technologicznych, które należy odtworzyć. Urządzenia miniaturowe, laboratoryjne i pilotażowe odpowiadają różnym zadaniom badawczym. Nie jest konieczne przechodzenie kolejno przez wszystkie trzy skale.

Jak dobrać wytłaczarkę laboratoryjną do procesu?

Dobór urządzenia warto rozpocząć od określenia, co ma wydarzyć się z materiałem podczas przejścia przez układ uplastyczniający. Średnica ślimaka, długość L/D, moment napędu, prędkość obrotowa i wydajność są istotne, ale powinny wynikać z właściwości materiału oraz wymaganego przebiegu procesu.

Szczegółowe kryteria techniczne wyboru urządzenia przedstawiamy w artykule Jak dobrać wytłaczarkę do materiału, procesu i skali produkcji?.

Laboratoryjne platformy LE-1S i LE-2CC

LE-1S – wytłaczarki jednoślimakowe

Rodzina LE-1S obejmuje laboratoryjne wytłaczarki o średnicach między innymi 20, 25 i 32 mm. Układy te umożliwiają badanie transportu materiału stałego, topienia, homogenizacji, mieszania, generowania ciśnienia oraz przepływu stopu przez głowicę.

Charakter procesu zależy od geometrii ślimaka, długości roboczej, profilu temperatury, warunków zasilania, prędkości obrotowej oraz oporów przepływu. Możliwe są wykonania o geometrii dostosowanej do określonych materiałów i zadań mieszających. Zależnie od modelu i konfiguracji dostępne są również rozwiązania z rowkowaną strefą karmienia, portami procesowymi lub odgazowaniem.

Przykładem tej rodziny jest LE-1S 25 mm, przeznaczona do badań nad uplastycznianiem, mieszaniem, homogenizacją i transportem stopu.

LE-2CC – wytłaczarki dwuślimakowe

Rodzina LE-2CC obejmuje między innymi laboratoryjne układy 2×20 i 2×24 mm. Jej istotnym wyróżnikiem są segmentowe ślimaki umożliwiające konfigurowanie kolejnych stref procesu. Dobór elementów transportujących, ugniatających i mieszających wpływa na transport materiału, stopień wypełnienia, historię termomechaniczną oraz przebieg mieszania i odgazowania.

Mieszanie dystrybucyjne służy rozprowadzaniu składników w objętości materiału. Mieszanie dyspersyjne wymaga natomiast odpowiednich naprężeń prowadzących do rozdrabniania aglomeratów lub innych struktur. Konfiguracja segmentów pozwala kształtować udział tych mechanizmów odpowiednio do formulacji i wymagań produktu.

Ważnym rozwiązaniem konstrukcyjnym jest dzielony cylinder, ułatwiający dostęp do ślimaków, czyszczenie, zmianę konfiguracji i ocenę pozostałości materiału po zatrzymaniu próby. Wybrane wykonania LE-2CC umożliwiają pracę współbieżną i przeciwbieżną przy odpowiednio dobranej przekładni i geometrii ślimaków. Oba tryby tworzą odmienne warunki transportu i mieszania.

Przykładem jest LE-2CC 2×24 mm, dostępna w konfiguracjach obejmujących segmentowe ślimaki, dzielony cylinder, porty procesowe, rozbudowane dozowanie oraz pomiary. Zakres wyposażenia dobiera się do konkretnego programu badań.

SiTech3D udostępnia techniczną bazę segmentów ślimaków, w której można zapoznać się z geometrią i przeznaczeniem elementów roboczych. Temat rozwija artykuł Anatomia ślimaków segmentowych.

Co mówią dane z procesu wytłaczania?

Wartość stanowiska badawczo-rozwojowego wynika nie tylko z możliwości otrzymania próbki, lecz także z ustalenia, dlaczego zmiana formulacji lub parametrów pracy prowadzi do określonego wyniku. Dlatego zakres pomiarów powinien być dobierany razem z konfiguracją mechaniczną i programem eksperymentów.

Żaden pojedynczy sygnał nie opisuje samodzielnie stanu materiału. Wartość diagnostyczna rośnie, gdy temperaturę stopu, ciśnienie, moment, wydajność i dozowanie analizuje się łącznie, uwzględniając położenie czujników, sposób wyznaczania sygnałów oraz warunki prowadzenia eksperymentu.

Rejestracja danych, receptury procesowe i komunikacja z systemami nadrzędnymi mogą wspierać porównywanie kolejnych prób. Dostępność funkcji, zakres pomiarów i ich dokładność zależą od modelu oraz wyposażenia stanowiska.

Więcej na temat pomiarów opisujemy w artykule Technologie czujników do monitorowania procesów w wytłaczaniu polimerów.

Materiały i konfiguracja stanowiska laboratoryjnego

Termoplasty, mieszaniny i kompozyty

Wytłaczarki laboratoryjne umożliwiają badanie przetwarzalności polimerów, przygotowywanie próbek, rozwój formulacji oraz ocenę wpływu warunków procesu na właściwości produktu. W przypadku mieszanin i kompozytów znaczenie mają sposób rozproszenia składników, zwilżanie napełniaczy, morfologia materiału oraz intensywność oddziaływania mechanicznego.

Przy polimerach wysokotemperaturowych istotny jest dobór zakresu temperatur, materiałów konstrukcyjnych części procesowych i czasu ekspozycji materiału na obciążenia cieplne. W przypadku dodatków włóknistych należy uwzględnić wpływ miejsca dozowania i konfiguracji dalszych stref na długość włókien w gotowym compoundzie.

Żywność, guma i silikon

W procesach spożywczych układ uplastyczniający może jednocześnie realizować transport, mieszanie, obróbkę termomechaniczną i formowanie surowca. Znaczenie mają temperatura, wilgotność, czas przebywania oraz wymagany stopień przekształcenia struktury produktu.

Mieszanki gumowe i silikonowe wymagają uwzględnienia charakterystyki reologicznej, właściwości transportowych, historii mechanicznej oraz wrażliwości na temperaturę. Do takich zadań dobiera się odpowiednią geometrię układu roboczego i sposób prowadzenia procesu, a nie wyłącznie średnicę ślimaka.

Dozowanie, podawanie boczne i odgazowanie

Stanowisko może zostać skonfigurowane do dozowania wielu składników, wprowadzania wybranych dodatków w dalszej części układu oraz odprowadzania gazów i substancji lotnych. Dobór miejsca podawania ma znaczenie dla stopnia uplastycznienia matrycy, zwilżania dodatków, czasu ich dalszego mieszania i ograniczenia niepożądanej degradacji.

Skuteczność odgazowania zależy nie tylko od podciśnienia, lecz także od stopnia wypełnienia kanałów, właściwości stopu, dostępnej powierzchni wymiany masy, czasu przebywania oraz konfiguracji sąsiednich stref. Dlatego dozowanie, mieszanie i odgazowanie należy projektować jako powiązane operacje technologiczne.

Od wytłaczarki do kompletnej linii technologicznej

W wielu projektach badawczych wytłaczarka jest elementem większego stanowiska. SiTech3D projektuje i integruje układy obejmujące przygotowanie i dozowanie materiału, wytłaczanie, pomiary stopu, stabilizację przepływu, formowanie, chłodzenie, kontrolę geometrii oraz odbiór produktu.

W zależności od procesu pompa stopu może umożliwiać częściowe rozdzielenie funkcji uplastyczniania i homogenizacji od stabilizowanego podawania materiału do głowicy. Jej zastosowanie nie jest jednak konieczne w każdej linii.

Przykłady integracji SiTech3D

Linia z LE-2CC 2×24 mm łączy rozwój formulacji, compounding i bezpośrednie formowanie filamentu. W odpowiednio dobranym procesie materiał może trafiać do głowicy bez pośredniej granulacji i ponownego uplastyczniania. Pozwala to badać zależność pomiędzy recepturą, konfiguracją ślimaków a właściwościami gotowego produktu.

Linia LE-1SF 32 mm stanowi przykład integracji wytłaczarki z pompą stopu P-36, formowaniem, chłodzeniem, pomiarem średnicy i regulowanym odciągiem. W odpowiedniej konfiguracji pomiar średnicy online może sterować korektą prędkości odciągu w zamkniętej pętli regulacji.

Oba rozwiązania pokazują możliwość projektowania i kontrolowania całego ciągu technologicznego, a nie tylko pojedynczej maszyny. Więcej konfiguracji przedstawiamy w kategorii laboratoryjne linie z wytłaczarkami jedno- i dwuślimakowymi.

Jak przygotować dane do doboru wytłaczarki laboratoryjnej?

Na etapie zapytania ofertowego nie trzeba znać wszystkich parametrów przyszłej maszyny. Ważniejsze jest możliwie dokładne określenie materiału, celu procesu i zakresu planowanych badań.

Na tej podstawie SiTech3D może dobrać typ układu uplastyczniającego, średnicę i geometrię ślimaka, długość L/D, wymagany zakres momentu i prędkości obrotowej, strefy temperaturowe, dozowanie, aparaturę pomiarową oraz urządzenia współpracujące.

Dobór stanowiska laboratoryjnego SiTech3D rozpoczyna się od materiału i celu procesu, a nie od maksymalnej wydajności katalogowej. Skontaktuj się z nami, aby omówić konfigurację wytłaczarki lub kompletnej linii badawczej.

FAQ – wytłaczarki laboratoryjne

Czy wytłaczarka laboratoryjna może służyć do badań reologicznych?

Może dostarczać danych o zachowaniu materiału w rzeczywistym procesie, ale sama wytłaczarka nie zastępuje automatycznie reometru. Ilościowe wyznaczanie właściwości reologicznych wymaga odpowiedniego układu pomiarowego i zdefiniowanych warunków badania.

Czy stanowisko laboratoryjne można później rozbudować?

Zakres rozbudowy zależy od konstrukcji urządzenia i wyposażenia przewidzianego podczas projektowania. Możliwa jest integracja dodatkowych dozowników, pomiarów i urządzeń współpracujących, jeżeli pozwalają na to rezerwy mechaniczne, elektryczne oraz architektura automatyki. Dlatego planowane przyszłe funkcje warto określić już na etapie doboru.

Czy wyniki laboratoryjne można wykorzystać do skalowania procesu?

Tak, jeżeli zidentyfikowano wielkości istotne dla właściwości materiału i produktu. Przejście do większej skali wymaga uwzględnienia zmian warunków transportu, mieszania, wymiany ciepła, ciśnienia i czasu przebywania. Wyniki laboratoryjne stanowią podstawę świadomie zaprojektowanych prób pilotażowych lub dalszego rozwoju technologii.