Az extruder csigák tisztítási lehetőségei

Jelen cikkemben röviden szeretném ismertetni az extruder csigák leggyakoribb tisztítási módjait. A tisztítás a termelés folyamán nélkülözhetetlen, hiszen a gyártás során kismértékű polimer degradációra mindig számolnunk kell. Ennek kialakulása lehet anyaghiba, rossz beállítási paraméterek, vagy lokális túlmelegedés is. Ez a degradálódott polimer a csiga felületén, vagy régebbi, kopott berendezések esetében az esetlegesen megtalálható holtterekben felgyülemlett elszíneződött polimer réteg kialakulásához vezet.  Nem megfelelő kompaundok esetében a műanyag egyes alkotóelemei, mint például egyes adalékanyagok, szintén kiülhetnek a csiga felületére.

Az eddig felsorolt folyamatok mind valamilyen káros folyamat lejátszódása miatt tették szükségessé egy tisztítási folyamat közbeiktatását. Megjegyzendő, hogy ezek fellépése nélkül is szükségessé válhat egy kisebb tisztítás, úgymint egyes anyagok közötti váltásokkor, színcserék vagy például leállás esetében. A tisztítás mellőzése esetén, nagyobb nyírás hatására a lerakódott, degradálódott polimer felszakadozhat, a termékbe kerülhet. A jelenség lejátszódása viszonylag könnyen észrevehető a termék felületén megjelenő fekete pöttyökből, darabkákból. Nagyobb mértékű leragadás esetében a reológiai viszonyok megváltozása rossz minőségű terméket eredményezhet. Visszamaradó anyag esetében a termékünk felületén folyásnyomok, színhibák léphetnek fel.

1. ábra: Egy erősen szennyezett és egy megfelelően megtisztított felületű csiga

1. ábra: Egy erősen szennyezett és egy megfelelően megtisztított felületű csiga

A csigák tisztításának két lehetséges módját különböztetjük meg. Első módszer során csigát a berendezés szétszedése nélkül járatás közben tisztítjuk meg, amihez valamilyen, a berendezésbe juttatott speciális anyagot használunk fel. A második lehetőség esetében az extrudert szétszedjük, és a csigát a berendezésből eltávolítva tisztítjuk meg.

Tisztítás szétszedés nélkül

A szétszedés nélküli tisztítás elsőre sokkal egyszerűbbnek, gyorsabbnak és gazdaságosabbnak tűnik, de ez nem mindig van így. Habár egyszerűsége megkérdőjelezhetetlen, az alkalmazott speciális tisztító anyagok általában drágák. A gyártók a magas ár mellett leggyakrabban azzal érvelnek, hogy a tisztítási idő rövidülése miatt összességében még így is gazdaságosabb, hisz a berendezésen kisebb időveszteséggel folytathatjuk a gyártást. Véleményem szerint egy kevésbé vagy közepesen szennyezett csiga esetében ez az állítás ténylegesen helytálló, ám magas szennyezettségű csigák esetében a tisztítás többszöri átjáratást, azaz hosszú időt vehet igénybe. Megjegyzendő viszont, hogy a csiga felületének tisztaságát a kijáratott anyag színéből csak közvetve érzékeljük, mely nem tökéletes tisztításhoz, visszamaradó felületi szennyeződésekhez vezethet.

A legegyszerűbb szétszedés nélküli tisztítási módszer az anyagváltások során történő mosóanyaggal való kijáratás. Ekkor nem található komolyabb szennyeződés a csigán, a kijáratás legfontosabb feladata a korábban gyártott anyag csigáról történő eltávolítása. Ilyen kijáratási módszert alkalmazunk gyártóberendezéseink leállításakor is. A gyártás végén, a gépek leállításakor egyes műanyagok a csigán hagyhatók, majd a legközelebbi indításakor újramelegíthetők, kijárathatók komolyabb probléma nélkül. Ilyen polimerek például a poliolefinek (polietilén, polipropilén). Az oxigént tartalmazó polimerek általában érzékenyebbek az oxidatív degradációra (pl.: etilén-vinil alkohol polimer), így ezeket mindig valamilyen mosóanyaggal le kell járatnunk a csigáról.

Komolyabb szennyeződések esetében régebben kissé abrazív (koptató) anyagokat alkalmaztak a tisztítási lépés során. Ezek legnagyobb hátránya az volt, hogy bár a csiga felületén megtapadt szennyeződéseket maradéktalanul eltávolították, a gyártóberendezés egyes részeit is koptatták (csiga, henger), mely a berendezés élettartamának csökkenéséhez vezetett. Ebből következően ezeket az anyagokat ma már gyakorlatilag nagyon ritkán alkalmazzuk, sőt a legtöbb gyártó termékein kimondottan hangsúlyozza, hogy abrazív komponenseket nem tartalmaz. A manapság piacon tisztító granulátumokat vagy az alap polimerhez adagolható emulziókat találhatunk. Ezek általában nagy nyírás vagy valamilyen speciális kémiai kapcsolat segítségével végzik el a tisztító hatást. A nagy nyírást alacsonyabb hőmérsékleten történő feldolgozással (nagyobb az ömledék viszkozitása) érik el. Egyes tisztító anyagokat hőterhelés mellett bizonyos ideig a csigán kell hagyni, miközben habosodnak. A gépbe duzzadt habot ki kell járatni a berendezésből, mely eközben elvégzi a kívánt tisztítást.

2. ábra: A kijáratott tisztító granulátum színváltozása a tisztítás során

2. ábra: A kijáratott tisztító granulátum színváltozása a tisztítás során

Tisztítás a gép megbontásával

A tisztítás másik lehetősége, hogy a csigát – a gép típusától függően- előre vagy hátrafelé eltávolítjuk a hengerből, majd tisztítást követőn helyezzük vissza a gyártóberendezésbe. A legegyszerűbb módja a tisztításnak a még meleg csigáról a szennyeződések és visszamaradt műanyag ömledék spatulákkal, kefékkel történő eltávolítása. Ennél a folyamatnál két fontos dologra kell figyelnünk. Az első, hogy a csiga üzemi hőmérséklete legjobb esetben is 150-200 °C, mely nem körültekintő munkavégzés és nem megfelelő biztonsági felszerelés mellett komoly égési sérüléseket okozhat. A másik, amire figyelnünk kell a tisztításhoz alkalmazott eszközök. Szigorúan csak és kizárólag vörösréz spatulákat, keféket és gézt alkalmazzunk, mivel ezek nem tesznek kárt a csigák felületében. Már egy-egy karcolás is komoly gondokat okozhat a jövőbe tekintve: a karcolás a keményebb, koptatóbb anyagok feldolgozásakor mélyül, későbbiek során holtterek kialakulásához, ez pedig folyamatos beégéshez, pangó anyag megjelenéséhez is vezethet. A kefékkel való tisztítási lépés sokszor hosszú, embert próbáló, időigényes művelet, bár minden kétséget kizáróan az alkalmazott eszközök a legolcsóbbak az összes lehetséges tisztítási eszköz közül.

3. ábra: Extruder csiga fizikai tisztítása

3. ábra: Extruder csiga fizikai tisztítása

A kézi, fizikai tisztítástól egy jóval egyszerűbb és gyorsabb módszer a szennyeződések leégetése. Ezt a metódust kisebb üzemekben egyszerűen, PB-gáz segítségével, míg nagyobb, vagy erre szakosodott cégek esetében zárt kamrákban, csökkentett oxigéntartalom és körülbelül 400 °C hőmérséklet mellett végbemenő pirolízissel végzik. A folyamatot leggyakrabban fizikai (kefékkel történő) tisztítási művelet is kíséri. Fontos, hogy az égetéses tisztítási művelethez acetilén fáklyát semmilyen körülmények között ne alkalmazzunk, mivel ez a csiga lokális gyors felmelegedése miatti felkeményedéshez, az élettartam drasztikus csökkenéséhez vezet. Megemlítendő ezen kívül az a tény is, hogy ennek a módszernek gyakori alkalmazása vetemedéshez, felkeményedéshez vezethet.

Manapság az egyik legfejlettebb, leggyorsabb tisztítási módszer a szárazjeges tisztítás. A szárazjég nem más, mint a szén-dioxid szilárd halmazállapota, mely légköri nyomáson és hőmérsékleten – a folyadék állapot kihagyásával – közvetlenül gáz halmazállapotúvá alakul (szublimál). A szárazjég szórás lényege, hogy a -79 °C-os szilárd széndioxid kisméretű szemcséit nagy nyomású levegővel keverjük. A felületbe becsapódó szárazjég az ott található szennyeződéseket lokálisan lehűti. Mivel a szennyeződések hőtágulási együtthatója eltérő a csigáétól, a szennyeződések elválnak a felületről. A tisztítási metódus másik fontos eleme, hogy a meleg felületen a szárazjég gyors szublimációja által nagy mennyiségű szén-dioxid keletkezik, mely a szennyeződéseket alá kerülve leszorítja azokat a tisztítandó felületről. A nagy sebességgel felületbe csapódó szárazjég szemcsék kis keménységük miatt a tisztítandó alkatrészt egyáltalán nem károsítják. A módszer az összes fentebb említett metódushoz képest gyorsabb, és nagyon nagymértékű szennyezettség esetén is jól alkalmazható. Hátrányként megjegyzendő, hogy az eljárás speciális berendezéseket igényel, melynek értelemszerűen nagyobb költségvonzata is van.

Szárazjég szórásos tisztítás bemutatása egy fröccsöntő csigán:

Rövid összefoglalómban láthattuk, hogy az iparban a csigák megtisztítására számos módszer létezik, melyek közül a számunkra megfelelőt mindig a feldolgozott anyag, a csiga szennyezettsége és a költségek ismeretében kell kiválasztanunk.

Források:
http://read.nxtbook.com/wiley/plasticsengineering/may2016/consultantscorner/Figure2.jpg
http://g03.s.alicdn.com/kf/HTB1tnI8JpXXXXcSXFXXq6xXFXXXa/225531293/HTB1tnI8JpXXXXcSXFXXq6xXFXXXa.jpg
http://d2n4wb9orp1vta.cloudfront.net/resources/images/cdn/cms/0116ptTipsExtrusion3a.jpg
http://www.coratex-emulsion.com/
https://www.asaclean.com/
http://www.slideshare.net/rbplastics/a-method-for-purging-and-cleaning-an-extruder-screw-and-barrel
http://www.thermoclean.com/en/our-services/plastic-removal/
http://www.coldjet.com/en/information/how-does-it-work.php