NLEen menger die een lijn met dubbele schroeven van 40 mm gebruikt, krijgt zelden twee keer dezelfde pellet nadat hij dezelfde TPE-formulering naar een machine van 75 mm heeft overgebracht. Shore A-hardheid wijkt twee of drie punten af, olie migreert naar het pelletoppervlak en de streng blijft aan de transportband plakken. De schroefdiameter is zelden de echte oorzaak. Wat gewoonlijk veranderde is de koppeldichtheid, de vloeistoftoevoercapaciteit en het koelpad tussen de matrijs en de pelletiseermachine.
Hier is het korte antwoord: stel eerst de koppeldichtheid vast, dan de voedingsarchitectuur en dan de pelletiseringsroute. Bij TPE-compounds werken deze drie beslissingen veel sterker samen dan bij hard PVC of ongevuld polypropyleen, omdat de ssmelten zacht is, de formulering vaak 30 tot 50 procent olie per gewicht bevat en het polymeer óf licht verknoopt óf helemaal niet verknoopt is.
In de onderstaande secties wordt elke beslissing in volgorde behandeld, met de toleranties, beperkingen en afwegingen op de werkvloer die feitelijk beslissen of een lijn de koers behoudt.
Wat maakt TPE-compounding anders dan rigide plastic-compounding
TPE is een familie en geen enkel polymeer. Styreenblokcopolymeersoorten gebouwd op SEBS of SEPS, dynamisch gevulkaniseerd TPV, thermoplastische olefinemengsels en TPU passeren allemaal een compoundlijn en vragen allemaal iets anders van het vat.
Een op SEBS gebaseerde kwaliteit bevat gewoonlijk 100 tot 200 phr paraffinehoudende procesolie. Die olie moet in het rubberen middenblok worden geduwd zonder de polystyreen eindblokken te vernietigen die het materiaal zijn sterkte geven. Een TPV bevat een rubberfase die hard genoeg moet worden afgeschoven om gelijkmatig te verspreiden, maar niet zo hard dat deze afbreekt. Een TPU is vochtgevoelig en restwater in het voer veroorzaakt belletjes, oppervlaktedefecten en een meetbaar verlies aan mechanische eigenschappen.
| TPE-familie | Belangrijkste samengestelde taak | De vraag naar voeding | Typische pelletiseerroute |
|---|---|---|---|
| SEBS / SEPS, olie verlengd | Verdeel olie in de rubberfase zonder de harde blokken te breken | Stroomafwaartse vloeistofinjectie plus gravimetrische polymeertoevoer | Waterring heetsnijden of onderwatersnijden |
| TPV (PP/EPDM) | Dynamische vulkanisatie onder gecontroleerde schuif- en verblijftijd | Nauwkeurige curatieve en oliedosering | Onderwater pelletiseren |
| TPO-mengsels | Vulmiddel en pigment gelijkmatig verdelen | Zijtoevoer voor talk of calciumcarbonaat | Strand of waterring |
| TPU | Houd vocht onder controle en beperk de thermische geschiedenis | Gedroogd voer, verzegeld transport | Onderwater pelletiseren |
De rode draad is dat de meeste TPE-formuleringen ten minste twee stromen bevatten die stijve kunststofcompounds niet hebben: een vloeistof en een poeder met een lage bulkdichtheid. Het met een gecontroleerde snelheid in de smelt krijgen van deze twee stromen is de grootste bepalende factor voor de vraag of de lijn een volledige dienst stabiel blijft draaien. Dezelfde logica is van toepassing op reactie-extrusieprocessen, waarbij het polymeer in het vat wordt ingebouwd in plaats van alleen maar te worden gesmolten, zoals beschreven in het werk over TPU-reactie-extrusielijnen .
Koppeldichtheid is de eerste specificatie die moet worden opgelost
Het specifieke koppel is het nuttigste getal voor het vergelijken van meedraaiende machines met dubbele schroef. Het wordt berekend als het koppel op elke as gedeeld door de derde macht van de hartlijnafstand en uitgedrukt in Nm/cm³. Een conventionele compoundeermachine zit rond de 9 Nm/cm³. Ontwerpen met een hoog koppel bereiken 11 tot 13,5 Nm/cm³, en Kunwei stelt dat zijn op compounding gerichte machine 14 Nm/cm³ bereikt.
Figuur 1: Veelgebruikte koppelklassen voor meedraaiende compoundeermachines met dubbele schroef, met het getal van 14 Nm/cm³ zoals aangegeven door Kunwei voor zijn compoundingserie.
De koppeldichtheid wordt direct omgezet in vrij volume en bruikbare schroefsnelheid. Voor het absorberen van 150 phr olie is voldoende vrij volume nodig om de vloeistof op te kunnen nemen zonder zich bij de matrijs te verzamelen. Om een warmtegevoelig elastomeer intact te houden, moeten de noodzakelijke mengwerkzaamheden bij lage toerentallen worden uitgevoerd. Een machine met een hoger koppel doet beide taken tegelijk, omdat dezelfde output wordt geleverd met minder toerentallen, zodat elke kilogram TPE minder totale afschuifgeschiedenis kent.
Dit is waarom dubbelschroefsextruders met hoog koppel zijn de standaardkeuze geworden voor TPE- en TPV-compounds in plaats van een optionele upgrade. De wisselwerking is mechanisch: spiebanen, versnellingsbaklagers en schroefelementen moeten allemaal geschikt zijn voor de belasting, dus een claim van 14 Nm/cm³ is alleen geloofwaardig als de hele aandrijflijn daarop is gebouwd.
KTS High Performance-serie Technische parameters Bekijk Product → Voedingsarchitectuur: olie-injectie, vuller en zijtoevoer
De meeste TPE-leidingen die er niet in slagen het nominale vermogen te bereiken, zijn stroomopwaarts beperkt, niet bij de schroef. Drie voedingsbeslissingen zijn het belangrijkst.
Vloeistofinjectiepunt
Olie wordt stroomafwaarts van een smeltafdichting in een vatgedeelte geïnjecteerd, nooit in de toevoeropening. De injectieleiding moet voorzien zijn van verwarming en de stroom moet worden geregeld door een tandwielpomp of een gravimetrische doseereenheid in plaats van door de zwaartekracht. Een typische SEBS-formulering ontvangt 100 tot 200 phr paraffineolie, dus een snelheidsfluctuatie van een paar procent is onmiddellijk zichtbaar in de Shore-hardheid.
Poeder- en vulmiddeltoevoeging
Talk, calciumcarbonaat, vlamvertragers en kleurpoeders hebben allemaal een lage bulkdichtheid en hebben de neiging te fluïdiseren in de voedingsopening, waardoor de schroef uitdroogt en schommelingen veroorzaakt. Een zijtoevoer die een lichte negatieve druk uitoefent bij het ingangspunt, comprimeert het poeder zodra het het vat binnenkomt, waardoor de effectieve bulkdichtheid toeneemt en de toevoersnelheid wordt gestabiliseerd.
Zij-invoer De zijinvoer wordt gebruikt voor het geforceerd aanvoeren van poeder, korte vezels of premixmateriaal, dat flexibel kan voldoen aan de procesbehoeften of de toevoerhoeveelheid kan verhogen. Bij de... Bekijk Product → Gravimetrische controle
Feeders met gewichtsverlies zijn standaard op TPE-lijnen omdat ze automatisch corrigeren voor dichtheidsafwijkingen tussen batches vulmiddel en voor de geleidelijke verandering in de bulkdichtheid van pellets naarmate het oliegehalte varieert. Volumetrische voeding is alleen voldoende als de formulering vastligt en de grondstoffen uit één enkele gekwalificeerde bron komen.
Smelttemperatuur, afschuiving en ontvluchting
TPE-smelten zijn zacht en warmtegevoelig, waardoor het cilinderprofiel meestal stijgt tot een mengpiek en dan weer daalt vóór de matrijs. Een hoge matrijstemperatuur maakt de smelt te vloeibaar om netjes te snijden, terwijl een te koele matrijs de kopdruk verhoogt en smeltbreuk kan veroorzaken.
Figuur 2: Illustratieve instelpunten voor een met olie verrijkte SEBS-compound, met een koele voedingszone, een mengpiek nabij zone drie en een dalend profiel richting de matrijs.
Twee vacuümpoorten zijn typisch op een TPE-lijn. De eerste bevindt zich onmiddellijk na de olie-injectiezone om lichte vluchtige stoffen en eventueel door het vulmiddel meegevoerd vocht te verwijderen. De tweede zit dicht bij de matrijs om restwater te verwijderen. Het is een veelgemaakte fout om beide poorten op hetzelfde vacuümniveau te laten draaien; de stroomafwaartse poort heeft normaal gesproken een sterker vacuüm nodig omdat de smelt dunner is en het vrije oppervlak kleiner is.
Pelletiseren: Strand, Waterring of Onderwater
De pelletiseerroute bepaalt het stofniveau, de pelletvorm en hoeveel aandacht van de operator de lijn vraagt.
| Route | Hoe het werkt | Beste pasvorm | Pas op voor |
|---|---|---|---|
| Strand met luchtkoeling transportband | De smelt verlaat de matrijs, koelt af op een lange transportband en wordt vervolgens gesneden door een strengpelletiseermachine | Lage tot gemiddelde output, eenvoudige visuele inspectie van de smeltkwaliteit | Olierijke soorten blijven aan de riem plakken; hoger stofniveau |
| Waterring heetsnijden | Pellets worden aan de matrijszijde gesneden en in een roterende waterring gegooid | Gemiddelde output, ronde pellets, gemiddelde kapitaalinvesteringen | De temperatuurregeling van het matrijsvlak moet strak zijn |
| Onderwater pelletiseren | Het snijden vindt plaats in een met water gevulde kamer direct bij de matrijsplaat | Hoge output, gesloten systeem, weinig stof, goed voor softmelts | Hogere investeringen; waterbehandeling en schermveranderingen nodig |
Voor olierijke SEBS-kwaliteiten wordt meestal de voorkeur gegeven aan waterring- en onderwatersnijden, omdat de pellets worden geblust op het moment dat ze worden gesneden, waardoor ze in vorm blijven voordat de olie kan migreren. Het pelletiseren van strengen speelt nog steeds een rol bij proefwerk en bij productie in kleine volumes, waarbij het vermogen om de streng te zien meer waard is dan de extra opbrengst.
Onderwater pelletiseren Heet snijden onder water betekent dat het materiaal in water in deeltjes wordt gesneden en direct de waterstroom naar de pijpleiding volgt voor koeling en vormgeving. Bekijk Product → Hoe een complete TPE-compoundlijn in elkaar past
Een TPE-lijn loopt in een vaste volgorde en elke fase beperkt de volgende. Feeders stellen de verhouding in, de zijfeeder stelt de vulsnelheid in, de extruder stelt het mengwerk in en de pelletiseermachine stelt de uiteindelijke deeltjesvorm in.
Figuur 3: Schematische opstelling van een TPE-compoundtrein, van gravimetrische toevoer via de dubbelschroefsextruder tot de pelletiseermachine.
De selectie van de schroefdiameter volgt de vereiste capaciteit en niet andersom. Een machinebereik van grofweg 8 mm tot 177 mm omvat alles, van een laboratoriumproef van een paar kilogram per uur tot volledige industriële productie, en proeven op de kleine machine moeten worden uitgevoerd met hetzelfde specifieke koppel en dezelfde verblijftijd als de productie-eenheid, anders zal de opschaling niet standhouden.
Veelgestelde vragen over TPE-compounding
Het is het smeltmengen van een thermoplastische elastomeerbasis zoals SEBS, SEPS, TPV of TPU met procesolie, vulmiddel, antioxidant en kleur, gevolgd door pelletiseren tot vrij stromende korrels die kunnen worden gespuitgiet of geëxtrudeerd.
Een schroef met hoog vrij volume en kneedblokken voor distributief mengen, een kort dispergerend gedeelte en een smeltafdichting geplaatst vóór de olie-injectiepoort. Zachte TPE-smelten verliezen doorgaans kwaliteit door agressieve afschuifelementen.
De olie werd vóór de matrijs niet volledig geabsorbeerd. Controleer of het injectiepunt zich achter een goede smeltafdichting bevindt, of de vacuümpoort stroomafwaarts werkt en of de temperatuur van de matrijs ervoor zorgt dat de streng of de matrijs naar de huid toe gaat voordat u gaat snijden.
Bij TPE-compounding blijft de rubberfase onverknoopt en wordt deze eenvoudigweg verzacht door olie. Bij de productie van TPV wordt de rubberfase in de extruder verknoopt, terwijl de plastic fase thermoplastisch blijft, wat een strakkere curatieve dosering en verblijftijdcontrole vereist.
Productielijnen draaien gewoonlijk 100 tot 200 phr paraffineolie van SEBS-kwaliteiten, ongeveer de helft van het uiteindelijke mengsel in gewicht. Daarnaast is de beperkende factor meestal de smeltkoelcapaciteit en niet het injectiesysteem.
Vaak wel, maar het moet worden herzien. De kritische punten zijn het schroefvrije volume, de beschikbaarheid van een stroomafwaartse injectiepoort en vacuümpoorten, het koppel van de versnellingsbak en of de pelletiseermachine een zachte, enigszins kleverige smelt aankan.
