Műanyagok feldolgozása, additív technológiák

Ha extrudáláskor nem minden adalékot tartalmazó kompaundot dolgoznak fel, hanem – akár adalékanyagokat visznek be az ömledékbe, akár az alapanyag és az adalékok granulátum-keverékét (szárazkeveréket) töltik be az etetőtölcsérbe – az extrudernek a betáplált anyag(ok) megömlesztésén és szerszámhoz szállításán kívül a különböző komponensek egyenletes keverékét is elő kell állítania. Nem kellően homogén ömledékből nem lehet jó terméket előállítani. A gépgyártók ezért a keverés hatásfokát javító csigaelemeket kínálnak a feldolgozók számára. Az ömledék homogenitásának minősítése azonban nem könnyű feladat. Ezt legtöbbször szemrevételezéssel végzik, ami szubjektív és nem reprodukálható tevékenység. Néha szúrópróba alapján vett minták kémiai analízisével vizsgálják a homogenitást, ami nagyon idő- és munkaigényes eljárás. Egy német kutatóintézetben az extrudátumokból vékony metszeteket készítenek, és korábban készített referenciaképekkel összehasonlítva ezek fotója alapján 9 osztályba sorolják a homogenitást. A szabad szemmel végzett összehasonlítás helyett a közelmúltban kifejlesztettek egy digitális képelemzési eljárást, amellyel jól reprodukálható, objektív adatokat kapnak, és általa lehetővé vált az extruderek különböző paraméterek melletti keverőhatásának tanulmányozása is.

A forrócsatornás technológiát több mint 50 éve vezették be a műanyagiparba. Forradalmasította a fröccsöntést, javítva a termékek minőségét, az eljárás hatékonyságát, csökkentve a hulladékot és növelve a gazdaságosságot. Diadalútja jelenleg is tart, a K’2019 düsseldorfi kiállításon számos újdonságot mutattak be, amelyek különösen a fejlett vezérlő rendszerekkel párosítva tűnnek ígéretesnek.

A fröccsöntésnél a gyártás közbeni két leggyakoribb hiba a hiányos és a sorjás darabok megjelenése. Ha nem állapítjuk meg a jelenség okát, a tüneti kezelést jelentő felületes intézkedések gyakran a másik hibafajta irányába tolják el a gyártást.

A granulálás a műanyag-feldolgozás fontos lépése. A hőre lágyuló műanyagok többnyire granulátum formájában érkeznek a feldolgozó üzemekbe, ezért sok szakembernek nincs gyakorlati tapasztalata erről az eljárásról. Az alábbiakban a granuláló berendezések legújabb fejlesztéseit, típusválasztékát tekintjük át.

Az additív gyártástechnológiának is nevezett 3D nyomtatás térnyerése töretlenül folytatódik, egyre újabb iparágak alkalmazzák gyors prototípus-készítéshez és kis szériás gyártáshoz. E tekintetben a műanyagipar élenjár, de a fémek feldolgozása is jelentős. Megindult a 3D nyomtatási és a CAD/CAM rendszerek integrációja, tovább egyszerűsítve és felgyorsítva a termékfejlesztési folyamatot. A nagyobb automatizáció, a nyomtatás felgyorsítása és az új alapanyagok révén egyre több termék gyártását lehet 3D nyomtatással megvalósítani a jövőben.

Vállalatok és kormányok világszerte keményen küzdenek a koronavírus okozta fertőzés megelőzésével és az akadozó vagy összeomló szállítási láncok gazdasági életre gyakorolt hatásával. A 3D nyomtatással (additív gyártással) foglalkozó szakemberek úgy gondolják, hogy az általuk felkínált technológiával egyszerre lehetne az embereket megóvni a fertőzéstől, másrészt a felhasználás helyén gyártott termékekkel ki lehetne zárni a szállítás bizonytalanságait.

Az orvosi csövek precíziós, nagyon korszerű termékek. Mind az anyagválasztás, mind az extrudálási technológia nagy szakértelmet követel. Az alábbiakban a katéterekről, a szilikon csövekről és a TPU csövek vágásáról olvashatnak.

Az anyagátállásoknál sok időt és anyagot megtakaríthatunk, ha a feldolgozandó anyagok sor-rendjét helyesen választjuk meg. Általános szabály, hogy a nagyobb viszkozitású anyagok és a részben kristályos anyagoknál a magasabb olvadáspontúak sokkal könnyebben tisztítják a kisebb viszkozitású/olvadáspontú anyagokat, mint fordítva. Az optimális anyagátállások megtervezéséhez szükséges ismernünk az alapanyagok nyírási sebesség/viszkozitás görbéit.

A szerszámtervezőnek és a fröccsöntő szakembernek szorosan együtt kell működnie a kezdetektől a szerszámpróbák sikeres lezárásáig. A szerző ehhez az összetett feladatsorhoz ad tanácsokat egy proaktív ellenőrző listával.

A műanyag ablakprofilok immár évtizedek óta méltó versenytársai a más anyagú termékeknek. A legújabb fejlesztések és az elhasznált profilok újrahasznosítása erősítik ezt a tendenciát.

Német kutatók egy új technológiát dolgoztak ki erősítőszálas extrudált termékek előállítására. Az erősítő szálak hosszának növelésével kívánták javítani a termék mechanikai tulajdonságait. Egy másik fejlesztésben a többrétegű csöveket speciális, ún. cirkuláris szerszámmal állították elő. Ezzel a kialakítással az ömledék-hőmérsékletükben nagyon eltérő polimerek is feldolgozhatók.

A műanyag alapanyagok és a félig kész műanyag termékek a különféle utóműveletek alapján szennyeződhetnek, és ha így kerülnek a felhasználóhoz, annak megrendülhet a bizalma a gyártóban. Ezért megpróbálják az ilyen hibás terméket kiszűrni. Az alapanyagok – elsősorban a műanyag granulátumok – offline ellenőrzését a korábbi időigényes kézi munka helyett ma már automatizált átvilágított asztalokon lehet végezni. A rátapadt rovarokkal vagy más idegen anyagokkal esetleg szennyezett, nagy sebességgel futó fóliákat pedig kamera pásztázhatja, és a felvett képek elemzését bonyolult szoftver végezheti.

A nagy szigetelő képességű műanyagoknál gyakran okoz problémát a sztatikus feltöltődés. Ennek megszüntetés munkavédelmi okokból is szükséges és a feltöltődött szennyeződések eltávolítására a bevonatok felhordása és más utókezelések elvégzése előtt elengedhetetlen. A legtöbb antisztatizáló eljárás ionizált levegő ráfújásán alapszik. A feltöltődés megszüntetése után a felületen lévő szennyezések eltávolítására többféle módszert is használnak.

A fémekből és műanyagokból kialakított ún. hibrid szerkezetek egyre népszerűbbek, mert az ezekből kialakítható könnyűszerkezetes elemek rendkívül erősek, emellett egyszerre több feladatot is elláthatnak. Elsősorban az autógyártás érdeklődik irántuk. Fejlesztésük nagy iramban folyik. Az alábbiakban ismertetünk néhány olyan eljárást, amelyekkel a fémek és a műanyagok közötti kötést próbálják erősíteni, továbbá bemutatunk néhány példát is a hibrid szerkezetek alkalmazására.

A műanyag termékek belsejének habosításával ezeket könnyíteni lehet és anyagot is meg lehet takarítani. Leggyakrabban fröccsöntéskor alkalmaznak ilyen célból habosító adalékot, de extrudált vagy rotációs öntéssel előállított termékek egyes részeinek – többnyire a belső részeknek – is lehet pórusos, habosított szerkezete. A „core back” és a legújabb „pull and foam” eljárással egészen raffinált felépítésű könnyűszerkezetes termékeket lehet egyazon szerszámban fröccsönteni.

A világ különböző térségeiben nagy mennyiségben képződik olyan rostos mezőgazdasági vagy másfajta hulladék, amelyet elégetnek vagy hulladéklerakókban helyeznek el. Ezek egy része töltő- és erősítőanyagként műanyagokban is felhasználható volna. Az autó-gyártás szívesen alkalmazna ilyen – akár visszanyert műanyagokból – gyártott elemeket, mert olcsóbbak, csökkentik a gépkocsi tömegét, a bennük megkötött szén-dioxid nem kerül vissza a levegőbe, a hulladék nem szennyezi a környezetet, a vele kapcsolatos teendők pedig munkahelyeket teremthetnek a fejlődő országokban.

A túldimenzionált meghajtással rendelkező extruderek nem gazdaságosak az energiafelhasználás szempontjából. Ezért a feldolgozó szakembernek is érdemes ezzel a gépészeti problémával foglalkoznia. Az extruder etető nyílásának (a garatnak) és a csigának a hűtése egy másik olyan kérdés, amelyről kevés nyilvános információt találhatnak az üzemeltetők

Az LSR alapanyag-gyártók új rendszereket vezetnek be a piacra, amelyek jelentősen megkönnyítik a feldolgozást és/vagy lehetővé teszik egyes technológiai lépések elhagyását. Lerövidítik a ciklusidőt, miáltal javul a termelés gazdaságossága. Az adagoló és feldolgozó gépek gyártói is számos újítással javítják az LSR termékek gyártásának versenyképességét. A Nyílt Platformú Kommunikációs Uniformizált Architektúra (OPC UA) interfészek valós idejű kommunikációt bonyolítanak. Az LSR optikai tulajdonságai a világítástechnikában is jól hasznosíthatók.

A fröccsöntő iparág megújulás előtt áll, amelyben az Industry 4.0, vagyis a digitalizáció és automatizálás kulcsszerepet játszik a különböző, a szerszámokat és gépeket érintő innovációk mellett. A fröccsöntés és a 3D nyomtatás alapú prototípus gyártás várhatóan egyre inkább szolgáltatás jellegűvé alakul. A drága anyagokból készülő, kisméretű alkatrészek gazdaságos gyártásához jól bevált a speciális, kisméretű fröccsgépek alkalmazása. A fröccsöntő iparágban az elkövetkező 5 év során átlagosan 6%/év növekedés vár-ható.

A világ nyersanyagforrásainak apadása és a hulladékképződés visszaszorítása egyaránt elkerülhetetlenné teszi a különböző termékek anyagának visszaforgatását az ipari gyártásba. Ezt a „körkörös gazdaságot” elsőként a műanyagiparban akarják megvalósítani. A végső cél az, hogy műanyag egyáltalán ne kerüljön a szemétlerakókba és csak nagyon kis hányadát égessék el, hanem a hulladék megfelelő granulálása és megtisztítása után azt ismét műanyagként használják fel. A feldolgozógépek gyártói ehhez egyre jobb hatásfokú berendezéseket kínálnak.