[Pflichtkurs für die Extrusionsproduktion korrosiver Materialien] Schnecke & Zylinder

Korrosive, abrasive und Hochtemperaturharze können Schnecken und Zylinder unbeabsichtigt beschädigen. Bestimmte technische Materialien, thermoplastische Elastomere und neu entwickelte Biopolymere erzeugen oft korrosive Bedingungen, die die Ausrüstung schnell beschädigen. Verstärkungsmaterialien wie Glasfasern, Kugeln und andere Füllstoffe und Zusatzstoffe sind abrasiv und können auch Schäden an Geräten, insbesondere Förderschnecken und Zylindern, verursachen.

Verarbeiter müssen die Auswirkungen ihrer Harze auf die Ausrüstung genau überwachen, um Produktionsineffizienzen und potenzielle Probleme mit der Teilequalität zu vermeiden. Um die Verarbeitungsstandards aufrechtzuerhalten, ist ein vorbeugendes Wartungsprogramm (PM) erforderlich, das häufige Kontrollen auf Korrosion und abrasiven Verschleiß umfasst. Schnecken und Zylinder sollten inspiziert, gemessen und bei Bedarf zur Überholung oder zum Austausch herausgezogen werden, da selbst kleinste Abnutzungserscheinungen die Produktion beeinträchtigen und die Produktqualität gefährden können.

Säureangriff auf die Oberfläche

Der beste Weg, Ihre Ausrüstung vor abrasiven und korrosiven Harzen zu schützen, besteht darin, Schnecken und Zylinder aus den richtigen Materialien auszuwählen, um Verschleiß aufgrund der Art des verarbeiteten Kunststoffs zu verhindern. Verschleißfeste Zylinder und Schnecken zur Vermeidung von Verschleiß, Korrosion und Schmelzverarbeitung bei hohen Temperaturen kosten drei- bis viermal mehr als Standardspezifikationen, da korrosionsbeständige Legierungen teuer und schwer zu bearbeiten sind. Dafür bieten sie eine längere Lebensdauer und längere Wartungsintervalle.

Korrosiver Verschleiß wie Lochfraß entsteht an Zylinder- und Schneckenoberflächen, wenn Metalle während der Verarbeitung durch Säuren und Sauergase angegriffen werden, die Oxidschichten auflösen. Zu den stark korrosiven Polymeren gehört PVC, das Salzsäure produziert; Acetale, die Ameisensäure produzieren; und Fluorpolymere, die Flusssäure produzieren. Fluorpolymere können Standard-Bimetall-, Nitrier- oder Werkzeugstahlläufe in sehr kurzer Zeit schwer beschädigen. Weitere korrosive Schmelzen sind solche, die Flammschutzmittel und Schaummittel enthalten.

Harzhersteller geben in der Regel gerne Empfehlungen für Geräte zur Verarbeitung ihrer Produkte. DuPont schreibt vor, dass bei der Verarbeitung seines PTFE-Fluorpolymers alle Teile der Extrusionsanlage, die mit der Schmelze in Berührung kommen, aus speziellen korrosionsbeständigen Materialien bestehen müssen. Bei den ausgewählten Materialien handelt es sich um säureunempfindliche Nickelbasislegierungen wie Hastelloy, Inconel, Monel und Haynes.

DuPont weist außerdem darauf hin, dass gehärtete, stromlos vernickelte Platten verwendet werden können, aber selbst kleine Löcher, Kerben oder Risse in der Beschichtung können die Leistung beeinträchtigen. Verchromte Zylinder und Schnecken werden für die Verarbeitung von Fluorpolymeren nicht empfohlen.

NatureWorks, der Hersteller von Ingeo-Biokunststoffen, empfiehlt die Verwendung von Edelstahl in allen Verarbeitungsgeräten, um Korrosion zu minimieren, und weist darauf hin, dass PLA nicht über längere Zeiträume bei Schmelztemperaturen im Extruder, Polymerfilter, der Transferleitung oder anderen Teilen des Extrusionssystems belassen werden sollte der Zeit.

Korrosionsbeständige Materialien haben einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) als Standardstahl, was bei der Verarbeitung von Hochtemperaturharzen wie Fluorpolymeren zu Problemen führen kann. Wenn der WAK des Zylinders vom WAK der Schnecke abweicht, ändert sich das Spiel zwischen Schnecke und Zylinder, was dazu führen kann, dass sich die Schnecke festsetzt und der Zylinder beschädigt wird. Da korrosionsbeständige Materialien eine geringere Wärmeleitfähigkeit haben, ist die Abstimmung von Schnecke und Zylinder wichtig. Schnecken- und Zylinderhersteller können Fachwissen zur Paarung dieser Komponenten bereitstellen.

Abrasiver Verschleiß entsteht, wenn Kornverstärkungen und andere harte Partikel gegen die Zylinder- und Schneckenoberflächen spülen. Dem kann durch den Einsatz gehärteter, verschleißfester Legierungen und Beschichtungen entgegengewirkt werden. Wolframlegierungen für Zylinderlaufbuchsen und Schneckeneinsatzhärtung bieten einen hervorragenden Verschleißschutz.

Der Kohlenstoffgehalt beeinflusst die Härte der Legierung. Bei Schrauben wird normalerweise ein wärmebehandelter Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt als Basis verwendet, auf den die Aufpanzerung an der Oberseite des Gewindes geschweißt wird.

Schrauben sind in der Regel oberflächenbehandelt mit einer robusten Kobalt- oder Nickelbasisschweißung oder werden aus Werkzeugstählen hergestellt, die einsatz- oder durchgehärtet sein können. Colmonoy 56 ist eine Nickel-Chrom-Bor-Legierung, die üblicherweise zum Schutz von Schrauben vor leicht korrosiven und leicht abrasiven Harzen verwendet wird. Colmonoy 83-Schweißauflagen bieten mehr Schutz zu einem höheren Preis.

Bimetallische Laufauskleidungen aus verschleißfesten Legierungen bieten Schutz vor einer Vielzahl von Verschleißbedingungen und bieten eine Reihe von Kosten-Leistungs-Optionen. Am besten hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit sind HIP-Zylinder (heißisostatisches Pressen) für Spritzguss und Extrusion. Selbst Fluorpolymere stellen keine Gefahr für diese Läufe dar, die über eine Schutzschicht aus einer Nickel-Bor-reichen Legierung mit Molybdän und einer Matrix aus Boriden und Karbiden verfügen.

Bei Verwendung mit einer korrosionsbeständigen Schnecke sollen HIP-Zylinder die Aufnahme von Eisenpartikeln aus der Zylinderbohrung in das geschmolzene Polymer deutlich reduzieren. Dieser Schutzgrad ist natürlich mit einem höheren Preis verbunden. Es können sowohl Nickel-Chrom- als auch Wolfram-Läufe verwendet werden, vorausgesetzt, dass das Austrittsende des Laufs aus Inconel gegossen ist und die Oberflächen der Wandlerbohrung und des Flansches ebenfalls aus Inconel bestehen. Diese Fässer können zu einem viel günstigeren Preis als HIP-Fässer erworben werden.

Vorbeugende Wartung

Die Folgen übermäßiger Abnutzung können sich erheblich auf das Endergebnis eines Verarbeiters auswirken. Ein zu großer Abstand zwischen den Schneckengängen und der Zylinderoberfläche kann die Leistung, Effizienz und den Energieverbrauch der Maschine beeinträchtigen. Bei der Extrusion können abrasive Bedingungen zu einem verringerten Durchsatz führen, was eine Erhöhung der Schneckengeschwindigkeit und des Energieverbrauchs erforderlich macht. Dies geht häufig mit höheren Schmelzetemperaturen und daraus resultierenden Qualitätsproblemen einher.

Die sorgfältige Überwachung kritischer Schnecken-/Zylinderabstände durch ein gutes PM-Programm gewährleistet einen maximalen Verarbeitungsdurchsatz ohne ungeplante Ausfallzeiten. PM-Programme sind gleichermaßen wichtig, wenn die Teilequalität von entscheidender Bedeutung ist, beispielsweise bei der Herstellung medizinischer Schläuche und Komponenten für medizinische Geräte.

Die Schraube sollte im heißen Zustand herausgezogen und gründlich gereinigt werden, um den Gewinde-Außendurchmesser und den Zylinder-Innendurchmesser regelmäßig zu überprüfen. Kunststoffmaterial auf der Schnecken- und Zylinderoberfläche kann mit einer Drahtbürste und einem Kupferdrahtgeflecht entfernt werden. Präzisions-Verschleißmessgeräte sind genau und einfach zu bedienen und in verschiedenen Größen und Funktionen erhältlich.

Nachdem sämtliches Plastik aus dem Lauf entfernt wurde, wird ein elektronisches Kalibermessgerät in den Lauf eingesetzt und an jeder Zollmarkierung werden Messungen vorgenommen, um Daten über den Innenzustand zu generieren. Der Durchmesser und die Tiefe des Schraubengewindes werden mit einem Gewindemikrometer gemessen. Digitale Versionen bieten LCD-Anzeigen und ermöglichen die Protokollierung von Daten auf einem Computer.

Durch die regelmäßige Durchführung dieser Messungen zur Bestimmung der Verschleißrate kann der Bediener vorhersagen, wann die Schnecke oder das Zylindergehäuse ausgetauscht oder repariert werden muss, und Ausfallzeiten zu einem günstigen Zeitpunkt einplanen. Der empfohlene Abstand für ein neues 2-Zoll-Modell. Schnecke und Zylinder beträgt 0,004 bis 0,006 Zoll.

Als Faustregel gilt ein Tausendstel Zoll pro Seite. Schrauben sollten wieder montiert werden, wenn sie das maximale Spiel überschreiten. Durch Reparaturdienste können verschlissene Teile zu geringeren Kosten zu neuem Leben erweckt werden als durch einen kompletten Austausch. Beim Spritzgießen verwendete Zylinder können an den verschlissenen Stellen neu ummantelt werden. Extruderzylinder müssen in der Regel über die gesamte Länge umgemantelt werden, was teurer und nicht immer wirtschaftlich ist.

Sobald die Schnecke über einen bestimmten Grad hinaus verschleißt, beginnt die Schmelze zu den Schneckengängen zurückzukehren, was zu einem weiteren beschleunigten Verschleiß der Schnecke und des Zylinders führt. Durch starken Verschleiß kann viel Harz verschwendet werden und die Produktivität sinken. Durch regelmäßige PM-Inspektionen kann der Verschleiß jedoch erkannt werden, bevor er diesen Punkt erreicht. Die beste Strategie besteht darin, den Abstand zwischen Schnecke und Zylinder innerhalb der empfohlenen Werte zu halten.

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