Granulálási technológiák a műanyagiparban

Ha körülnézünk a napjainkban alkalmazott műanyag-feldolgozási eljárások között, megállapíthatjuk, hogy az esetek túlnyomó többségében az alapanyagunk granulátum formájában érkezik a feldolgozás helyszínére. Az irodalomban általában részletesen olvashatunk a keverékek, valamint kompozitok homogenizálására alkalmazott berendezésekről, ám ennek ellenére a legutolsó lépésről – a granulálásról – viszonylag kevés szó esik. Jelen cikkemben a granulátumok előállításának fontosságáról, és az erre leggyakrabban alkalmazott berendezésekről olvashatnak.

A granulátumok alkalmazásának számos oka van; a granulátumok teszik lehetővé az alapanyag megfelelő kezelhetőségét, szállíthatóságát, de ezeknek köszönhetően valósulhat meg a pontos beadagolhatóság is, mely kiemelt fontosságú lehet például mesterkeverékek bejuttatása esetén. A kisméretű gömb vagy hengeres alak, és az ezáltal kialakított felület-térfogat arány pontos megválasztása fontos szerepet játszik eme rossz hővezető képességű anyagok feldolgozása, megömlesztése során. Egyes polimereket (pl.: poliamidok, polietilén-tereftalát, polikarbonát) tulajdonságaik megőrzése érdekében, gyakorlatilag minden esetben szárítanunk kell, melyre az alapanyaggyártók a termékük adatlapján külön felhívják a figyelmet. Habár a felületi nedvességtartalom könnyen eltávolítható, a tömbi nedvesség diffúziókontrollált jellege miatt a tömbfázis (granulátum) mérete és geometriai paraméterei befolyásolják a szárítás időtartalmát.

A megfelelő ömledékhomogenitás eléréshez számos szakaszos és folyamatos berendezés áll rendelkezésünkre, ám a granulátumok előállításakor minden esetben valamilyen extrudert alkalmaznak. A pontos típus kiválasztása mindig az adott feladattól függ. Kompozitok előállítása során leggyakrabban moduláris, két csigás extrudert alkalmaznak, míg újrafeldolgozás esetén gyakori a két lépcsős extruzió. A granulátumok előállításához minden esetben pár milliméter átmérőjű szálak extrudálására képes szerszámot alkalmaznak. A szerszám geometriája, valamint a szálképző furatok elhelyezkedése nagymértékben függ a granulálási technológiától.

Hidegvágásos granulálás (Strand Pelletizing)

Ezen technológia során a szerszám által képzett szálakat vízfürdőn vezetik át, ahol az ömledéket a polimer olvadáspontja alá hűtik. Az így képzett szálakat meleg levegős lefúvítás után (felületi nedvességtartalom eltávolítása) egy speciális vágófejbe vezetik, ahol kis méretű hengerekké darabolják azt. A henger magasságát a vágófej és az elhúzás sebessége, míg az átmérőjét az extruder térfogatárama, valamint az elhúzás sebessége határozza meg. A kapott granulátumokat rázóasztalon vezetik át, melynek segítségével eltávolítják a kisméretű törmelékeket, valamint a nem megfelelően elvágott szálakat.

A hidegvágásos granulálás viszonylag kis termelékenysége ellenére elterjedt technológia, melyet az alacsony költség, valamint a könnyű kezelhetőség indokol. A hideggranulálás gyengeségei közé tartozik viszont, hogy a gyártósor hosszú, így eléggé helyigényes, a vágófej folyamatos karbantartást, a technológia az esetleges pulzálások és ömledék szakadások miatt pedig folyamatos figyelmet igényel.

1.ábra Szálextruder szerszám működés közben (Coperion)

1.ábra Szálextruder szerszám működés közben (Coperion)

2.ábra Hidegvágásos granulálásra alkalmazott vágófej

2.ábra Hidegvágásos granulálásra alkalmazott vágófej

Víz alatti granulálás (UWP-Underwater Pelletizing)

A víz alatti granulálás lényege, hogy a szerszámon körkörösen elhelyezkedő furatokból kilépő ömledék közvetlenül a hűtőközeggel érintkezik. A szerszámból kilépő, megszilárdulóban lévő ömledéket egy körkörösen mozgó kés vágja le, így a granulátumok alakja gyakran torzult, nem tökéletesen henger alakú. A folyamatos keringésben lévő víz a leválasztott granulátumokat magával sodorja, melyeket egy külön állomáson választunk el a hordozó közegtől. A granulátumokat ezt követően szárítják, majd csomagolják, a közvetítő vizet pedig temperálást követően visszavezetik a technológiába.

A víz alatti granulálás mellett szól, hogy gyakorlatilag bármelyik polimer esetében alkalmazható, nagy kapacitású technológia, az alkalmazott kések hosszú élettartamúak, és a megfelelő forgássebességgel mikroméretű pelletek is előállíthatók. A technológia hátrányai közé tartozik a viszonylag nagy beruházási költsége, nagy vízigénye, valamint a szerszám „befagyásának” kockázata is.

Vízgyűrűs granulálás (WRP- Water Ring Pelletizing)

A vízgyűrűs granulálás esetében, a szerszám közvetlenül nem érintkezik a hűtőközeggel. A megfelelő szögben bevezetett víz a szerszám körül keringő vízgyűrűt képez. Az UWP-hez hasonló kés által leválasztott ömledék szemcsék tehetetlenségük miatt ebbe a vízgyűrűbe csapódnak bele, majd szállítódnak. A megszilárdult granulátumok víztől történő elválasztása és szárítása hasonló az víz alatti granuláláséval.

A technológia legnagyobb előnye, hogy nem kell félni az UWP esetén fennálló szerszám befagyás kockázatától, ráadásul ez a konstrukció általában olcsóbban is üzemetethető a kisebb hőveszteség, valamint a kisebb vízigény miatt. A legnagyobb hátránya viszont, hogy csak olyan műanyagok esetén alkalmazható, amelyek a fémekhez csak kismértékben tapadnak, így a kés által történő levágáskor nem ragadnak össze, hanem leválnak a szerszám felületéről. Ezen ok miatt a vízgyűrűs granulálást általában poliolefinek (polietilén, polipropilén) esetében alkalmazzák.

Megjegyzendő, hogy a PVC sem önmagához, sem pedig a fémekhez nem tapad, így ennek granulálása során általában egyszerű, késes vágófejet alkalmaznak, léghűtés mellett.

3.ábra Vízgyűrűs granuláló szerszám bontott állapotban. Alul belülről, míg felül kívülről jól látható a vízgyűrűt létrehozó, tangenciális irányból bevezetett vízvezetékek (ADG Solution)

3.ábra Vízgyűrűs granuláló szerszám bontott állapotban. Alul belülről, míg felül kívülről jól látható a vízgyűrűt létrehozó, tangenciális irányból bevezetett vízvezetékek (ADG Solution)

4. ábra Egyszerű, léghűtéses, PVC granulálására alkalmaz extruder szerszám (Bandera)

4. ábra Egyszerű, léghűtéses, PVC granulálására alkalmaz extruder szerszám (Bandera)

Összefoglalásként elmondható, hogy annak ellenére, hogy napjainkban viszonylag keveset foglalkozunk a granulálási technológiákkal, újabb és újabb műszaki megoldások jelennek meg a piacon. A sokáig egyeduralkodó hidegvágásos granulálást az igényeknek megfelelően egyre inkább a nagyobb kapacitású technológiák váltják fel. A cél viszont mindegyik esetben ugyan az: jó minőségű, homogén, megfelelő geometriával rendelkező granulátum előállítása, mely nagy mértékben megkönnyítheti a későbbi feldolgozási technológiákat.

Források:

http://www.plastics.gl/wp-content/uploads/2015/10/Coperion_Spritzkopf_SK92_RGB_300dpi.jpg

http://bayplasticsmachinery.com/wp-content/uploads/2015/08/Z-Cutting-Chamber1-1024×683.jpg

http://adgs.net/products/water-ring-pelletizing-systems/im/gro_pelletizer_features1.jpg

https://www.luigibandera.com/wp-content/uploads/15-2.jpg