Wytłaczanie

Wytłaczanie tworzyw sztucznych

Wytłaczanie tworzyw sztucznych (ekstruzja, formowanie przez wytłaczanie) to ciągły proces przetwórstwa tworzyw polimerowych, w którym materiał zostaje uplastyczniony w układzie uplastyczniającym wytłaczarki, a następnie przetłoczony przez odpowiednio ukształtowany ustnik w głowicy wytłaczarskiej. Ustnik nadaje wypływającemu tworzywu wymagany przekrój, po czym wyrób jest zwykle chłodzony, kalibrowany, odciągany i cięty albo nawijany.

Metoda ta należy do najważniejszych technik przetwórstwa tworzyw polimerowych. Stosuje się ją przede wszystkim do produkcji wyrobów o stałym przekroju lub strukturze warstwowej, takich jak rury, profile, płyty, taśmy, folie, izolacje przewodów, a także do otrzymywania granulatu i do powlekania innych materiałów tworzywem.

Przebieg procesu

Materiał wsadowy podaje się do wytłaczarki najczęściej w postaci granulatu, proszku, płatków, wiórów, przemiału albo mieszaniny przygotowanej według receptury. Surowiec trafia przez lej zasypowy do cylindra, w którym obracający się ślimak transportuje go wzdłuż układu uplastyczniającego. W cylindrze tworzywo jest ogrzewane, uplastyczniane i homogenizowane; istotny udział w topieniu ma także tarcie i ścinanie materiału.

Uplastyczniona masa jest sprężana i kierowana do głowicy wytłaczarskiej. Po przejściu przez ustnik uzyskuje wstępny kształt wyrobu. Dalsze elementy linii, takie jak kalibratory, układy chłodzenia, odciągi, urządzenia tnące, nawijarki albo granulatory, utrwalają kształt i przygotowują produkt do odbioru.

Wytłaczarka i układ uplastyczniający

Wytłaczarka jest podstawową maszyną procesu ekstruzji. Jej zadaniem jest ciągłe i stabilne dostarczanie do głowicy odpowiedniej ilości uplastycznionego, jednorodnego tworzywa. Kluczowym zespołem jest układ cylinder–ślimak, który powinien:

• transportować tworzywo do głowicy ze stałą prędkością,
• mieszać materiał i ujednorodniać jego skład oraz temperaturę,
• ogrzać tworzywo do stopienia i do temperatury wymaganej przez proces,
• wytworzyć ciśnienie konieczne do pokonania oporów przepływu przez głowicę.

Wytłaczarki klasyfikuje się m.in. według liczby ślimaków. Najczęściej stosowane są wytłaczarki jednoślimakowe, używane zwłaszcza do przetwarzania jednorodnych tworzyw i wytwarzania typowych wyrobów. Wytłaczarki dwuślimakowe współbieżne stosuje się m.in. przy compounding, produkcji tworzyw modyfikowanych, kompozytów i masterbaczy. Wytłaczarki dwuślimakowe przeciwbieżne są przydatne przy materiałach wrażliwych cieplnie, np. PVC lub niektórych mieszankach kauczukowych. Spotyka się także rozwiązania stożkowe i walcowe, a dobór konstrukcji zależy od surowca, wymaganej wydajności, stopnia wymieszania oraz charakteru produktu.

Materiały i dodatki

Wytłaczaniu poddaje się przede wszystkim termoplasty, w tym polietylen (PE), polipropylen (PP), polichlorek winylu (PVC), polistyren (PS), PET i inne tworzywa przetwarzalne w stanie uplastycznionym. Dobór materiału zależy od wymaganej sztywności, elastyczności, odporności cieplnej, barierowości, wyglądu powierzchni i przeznaczenia wyrobu.

Do mieszanek mogą być wprowadzane dodatki, takie jak barwniki, koncentraty barwiące, stabilizatory, napełniacze, środki smarne, porofory lub polimerowe środki ułatwiające przetwórstwo (PPA). PPA zmniejszają tarcie między stopioną masą a metalowymi elementami maszyn, poprawiają przepływ przez głowicę, ograniczają przywieranie tworzywa, narastanie materiału na matrycy oraz niektóre defekty powierzchniowe, np. tzw. „skórę rekina” i pękanie stopu.

Wybrane odmiany wytłaczania

• Wytłaczanie konwencjonalne – podstawowa odmiana, w której uplastyczniona masa jest formowana przez głowicę i utrwalana w dalszej części linii.
• Wytłaczanie autotermiczne – ciepło potrzebne do uplastycznienia tworzywa pochodzi w dużej mierze z tarcia i ścinania materiału w układzie uplastyczniającym; stosowane m.in. przy wybranych tworzywach olefinowych.
• Wytłaczanie porujące – prowadzone z udziałem środka porującego, który tworzy w wyrobie strukturę tworzywo–gaz; stosowane przy wyrobach spienionych.
• Wytłaczanie powlekające – służy do nakładania powłoki z tworzywa na kable, przewody, rury, taśmy lub inne kształtowniki.
• Wytłaczanie z granulowaniem – polega na wytłoczeniu materiału i pocięciu go na granulat; granulowanie może być prowadzone na zimno, na ciepło lub w systemach podwodnych.
• Wytłaczanie z rozdmuchem – wykorzystywane m.in. przy produkcji folii w postaci rękawa oraz wyrobów pustych, takich jak pojemniki i butelki.
• Współwytłaczanie (koekstruzja) – jednoczesne wytłaczanie kilku warstw tworzywa, często z użyciem dwóch lub większej liczby wytłaczarek podających materiał do wspólnej głowicy.

Koekstruzja

Koekstruzja pozwala otrzymywać wyroby wielowarstwowe, w których poszczególne warstwy mogą różnić się kolorem, strukturą, właściwościami mechanicznymi, barierowością albo rodzajem surowca. Przykładem jest układ A/B/A, w którym jedna wytłaczarka tworzy dwie warstwy zewnętrzne, a druga warstwę środkową. Warstwa środkowa może pełnić funkcję nośną lub zawierać materiał z recyklingu, natomiast warstwy zewnętrzne zapewniają wymagany wygląd, właściwości użytkowe lub kontakt z produktem.

Technologia ta jest stosowana m.in. przy produkcji folii wielowarstwowych, rur, profili i folii stretch. Zwiększenie liczby warstw może poprawiać właściwości mechaniczne lub funkcjonalne wyrobu, a jednocześnie umożliwiać zmniejszenie jego grubości i zużycia surowca.

Zastosowania

Wytłaczanie jest szeroko wykorzystywane w branży opakowaniowej, budowlanej, kablowej, motoryzacyjnej, recyklingowej i w produkcji dóbr konsumpcyjnych. Typowe produkty otrzymywane tą metodą to folie płaskie i rozdmuchiwane, rury, węże, profile, płyty, taśmy, izolacje przewodów, powłoki kablowe, granulaty, regranulaty, kompozyty i masterbacze.

W recyklingu tworzyw wytłaczanie jest jednym z końcowych etapów linii technologicznych: po rozdrabnianiu, myciu i suszeniu materiał może zostać przetopiony, przefiltrowany, odgazowany i zgranulowany. W produkcji masterbaczy i compoundów wytłaczarki, zwłaszcza dwuślimakowe, umożliwiają intensywne mieszanie polimeru z pigmentami, napełniaczami i dodatkami oraz przenoszenie receptur ze skali laboratoryjnej do produkcyjnej.