Środki czyszczące dla procesu formowania wtryskowego

Układ plastyfikujący wymaga czyszczenia ze względu na częstą zmianę podczas przetwórstwa koloru, tworzywa, czy chociażby samej receptury. Dokładne i efektywne wyczyszczenie układu plastyfikującego jest jednym z czynników zapewnienia jakości produkcji, pozwalającym wydłużyć czas eksploatacji maszyn. Również formy wtryskowe, które są bardzo kosztownym narzędziem związanym z procesami formowania, w wyniku długotrwałej eksploatacji ulegają zużyciu, a w bardzo skrajnych przypadkach nawet uszkodzeniu. Każdy producent wyrobów z materiałów polimerowych zdaje sobie sprawę, iż to jakość formy ma wpływ na jakość otrzymanego wyrobu. Dlatego o formy warto dbać, aby długo i niezawodnie służyły.

Dbałość o formę oznacza jej odpowiednie czyszczenie oraz zabezpieczenie na czas magazynowania czy też przestoju. Zastosowanie dodatków czyszczących pozwala zminimalizować przestoje maszyn oraz zwiększyć wydajność. Taki czyszczący compound wprowadzany jest do układu plastyfikującego, aby usunąć kolor, tworzywo lub skład recepturowy przed zmianą lub po zakończeniu pracy. Dodatek czyszczący jest szczególnie pomocny przy likwidacji smużenia spowodowanego pozostawaniem resztek wcześniej stosowanego materiału w przestrzeniach o utrudnionym przepływie.

Dodatki czyszczące są tak dopracowane, aby usunąć zalegający stary materiał w maksymalnie krótkim czasie, pozwalając przetwórcy wcześniej uruchomić nową produkcję, przy mniejszych stratach materiału. Wstępne czyszczenie układu plastyfikującego z zastosowaniem dodatku czyszczącego pozwala znacząco oszczędzić czas, nawet do ponad 50%. Dodatkowo, umożliwia usunięcie czarnych wtrąceń, które mogą być spowodowane m.in. degradacją polimeru, separacją dodatków, zaleganiem tworzywa w martwych strefach.

Rodzaje dodatków czyszczących 

Na rynku dostępne są różne rodzaje dodatków czyszczących.

Dodatki chemiczne: to ciekłe lub stałe koncentraty, zwykle dodawane do uniwersalnych nośników (PE, PP) lub do następnego przewidzianego do zastosowania tworzywa. Czyszcząca mieszanina wprowadzana jest do maszyny, pozostawiana przez pewien czas w cylindrze, w określonej temperaturze. Ślimak jest unieruchamiany, a w tym czasie przebiega reakcja chemiczna, podczas której skróceniu ulegają łańcuchy pozostającego tworzywa, umożliwiając tym samym wypłukanie tworzywa. Proces może być bardzo efektywny, z tym że ten rodzaj czyszczenia wymaga dłuższego czasu, ze względu na potrzebę czasochłonnego nasiąkania, i zwykle związany jest z wyższymi nakładami kosztowymi niż przy zastosowaniu innych materiałów czyszczących. Niektóre dodatki mogą uwalniać amoniak lub inne opary, a degradacja polimeru może przebiegać z tworzeniem się żrących kwasów działających niszcząco na metal.

Dodatki mechaniczne ścierające: te mieszaniny są koncentratami lub przedmieszkami, w skład których wchodzą włókna szklane lub glinka, wapień, talk czy TiO2. Agresywnie i efektywnie czyszczą ślimak oraz cylinder, ale wypełniacz może powodować zużycie istotnych tolerancji ślimaka i cylindra.

Dodatki mechaniczne nieścierające: te mieszaniny są termoplastycznymi (niechemicznymi) mieszaninami czyszczących granulek zawieszonych w nośniku polimerowym. Granulki miękną na powierzchni, ale wewnątrz pozostają stałe, przez co ślimak i cylinder są czyszczone ostrożnie i dokładnie, nie powodując zużycia. Są gotowe do zastosowania poprzez wprowadzenie ich bezpośrednio do układu plastyfikującego maszyny. Wprowadza się je przed zatrzymaniem maszyny, ponieważ ułatwia to następne uruchomienie.

Dodatki chemiczne są aktywne tylko w określonym czasie, podczas procesu czyszczenia, i stają się niestabilne pod wpływem zmian cieplnych występujących w cylindrze. W związku z tym, aby zabezpieczyć maszynę, wszystkie chemiczne pozostałości po czyszczeniu muszą być usunięte z cylindra przed jej zatrzymaniem. Podobnie postępuje się z dodatkami ścierającymi – jeżeli pozostawi się je w cylindrze, dodatek czyszczący może zastygnąć, co może spowodować uszkodzenie przy kolejnym uruchomieniu ślimaka. Dodatki mechaniczne nieścierające nie powodują uszkodzeń i mogą być pozostawione w cylindrze podczas przerwy, ułatwiając następnie ponowny rozruch.

Formy wtryskowe

Podczas formowania wtryskowego na powierzchni formy wtryskowej gromadzą się zanieczyszczenia, które powodują powstawanie defektów na otrzymanym wyrobie oraz mogą wydłużyć czas cyklu produkcyjnego. Do takich zanieczyszczeń należą: resztki tworzyw na powierzchniach formujących, rdza na powierzchniach płyt formy i w kanałach chłodzenia, nagary, oleje, środki rozdzielcze, pozostałości zdegradowanego materiału polimerowego, na skutek niewłaściwego prowadzenia procesu wtryskiwania. Z biegiem czasu powstające zanieczyszczenia powodują, że forma nie jest już w stanie produkować detali o oczekiwanej i powtarzalnej jakości. Rdza i osady wapienne w układach chłodzenia obniżają sprawność ich działania i wpływają na wydłużenie czasu cyklu, co skutkuje obniżeniem opłacalności wytwarzania. Zabrudzone elementy formujące powodują błędy i braki w szczególności przy produkcji detali, które muszą spełnić wysokie wymogi dotyczące powierzchni zewnętrznych, takie jak: wysoki połysk, drobnoziarnista faktura, powierzchnie po fototrawieniu. Dodatkowo nawet najdrobniejsze pozostałości zdegradowanego tworzywa polimerowego w obszarach odpowietrzenia form wtryskowych powodują problemy z wypełnieniem gniazda lub przypaleniami otrzymanej wypraski – tzw. efekt Diesla.

Sposoby czyszczenia form wtryskowych:

Czyszczenie manualne – to najpopularniejszy sposób czyszczenia, ale najmniej efektywny. Proces trwa dosyć długo (czasem nawet kilka lub kilkanaście dni), a oczyszczenie skomplikowanych elementów o wąskich szczelinach jest praktycznie niemożliwe. Czyszczenie manualne wiąże się również z ryzykiem powstania uszkodzeń oraz zarysowania formy

Czyszczenie środkami chemicznymi – to w miarę łatwy, skuteczny i ekonomiczny sposób czyszczenia form wtryskowych

Czyszczenie suchym lodem – bezinwazyjna metoda polegająca na usuwaniu osadu za pomocą kryształków dwutlenku węgla. Niestety, czyszczenie układów chłodzenia oraz miejsc, do których dostęp jest utrudniony za pomocą tej metody, podobnie jak podczas czyszczenia manualnego również może okazać się nieskuteczne

Czyszczenie ultradźwiękowe – najskuteczniejsza metoda czyszczenia form wtryskowych. Pozwala na usunięcie osadów z nawet najbardziej skomplikowanych elementów oraz układów chłodzenia. Największą zaletą tej metody jest czyszczenie bez wycierania powierzchni formy przez usuwane z niej zanieczyszczenia. Czyszczenie odbywa się w wannie ze stali nierdzewnej za pomocą głowicy sterowanej przez generator ultradźwięków.

Czyszczenie możemy także podzielić na bieżące oraz specjalne. Podczas czyszczenia bieżącego z powierzchni formy usuwane są pozostałości środków antyadhezyjnych oraz inne lekkie zanieczyszczenia. Natomiast podczas czyszczenia specjalnego z powierzchni formy wtryskowej usuwane są wyjątkowo trudne zabrudzenia, takie jak: resztki tworzyw polimerowych, gumy, barwników. Dokładne oczyszczenie formy ma szczególne znaczenie w przypadku zakończenia pracy i umieszczenia formy w magazynie. W celu uniknięcia korozji jej powierzchni, podczas jej przechowywania należy zastosować skuteczne środki antykorozyjne. Nanosi się je na wyczyszczoną, suchą i wolną od korozji powierzchnię formy wtryskowej.

Co na rynku?

Oferta środków do czyszczenia i konserwacji rożnego typu urządzeń jest dość spora. Mogą to być aerozole, które są mieszaniną silnych rozpuszczalników. Specjalna formuła pozwala stosować je na gorących powierzchniach bez nadmiernej utraty rozpuszczalnika. Po oczyszczeniu wszelkich resztek, rozpuszczalnik całkowicie odparowuje, pozostawiając powierzchnię czystą i suchą. W przypadku uporczywych zabrudzeń, producent zaleca pozostawić produkt na chwilę, aby umożliwić penetrację i ich rozpuszczenie. Niektóre produkty dedykowane są celowo do czyszczenia form stosowanych do produkcji opakowań i innych elementów dla przemysłu spożywczego. W przypadku bardzo trudnych zabrudzeń firmy polecają wyjątkowo mocne mieszaniny rozpuszczalników, gdzie wydłużony czas odparowywania produktu umożliwia skuteczne ich rozpuszczenie. Niektóre środki tworzą na powierzchni formy żółtą powłokę zabezpieczającą, a inne cenione są przez użytkowników za intensywny zielony kolor pozwalający na kontrolę pokrycia powierzchni oraz wysoką lepkość, przez co nie spływają z powierzchni i nie penetrują szczelin. Do zabezpieczania form stosowanych do produkcji przezroczystych i białych detali polecane są przez producentów środki niezawierające barwnika i niepozostawiające śladów w trakcie rozruchu.

Bardzo często oferowane są środki czyszczące na bazie antyadhezyjnego silikonu. Preparaty te, obecne na rynku od 2000 r., zostały sprawdzone na znacznej grupie tworzyw i metod przetwórczych, uzyskując pozytywną opinię technologów i zarządzających produkcją, znajdując liczne grono użytkowników.

Spotkać można również agresywne preparaty do czyszczenia i odtłuszczania, które rozpuszczają m.in. smary, oleje, smołę i żywice, jednocześnie nie będąc preparatem agresywnym dla większości stosowanych lakierów. Przy okazji można je wykorzystywać do usuwania plam ze smoły z lakierów samochodowych. Przed zastosowaniem na tworzywach sztucznych lub lakierach należy jednak sprawdzić, czy nie reagują z daną powierzchnią. Ponieważ preparaty te zawierają rozpuszczalniki, używać ich można tylko w pomieszczeniach dobrze wentylowanych. Spreje z preparatem nie mogą być poddawane działaniu temperatur wyższych od 50ºC lub wpływom bezpośredniego promieniowania słonecznego. W zależności od rodzaju, doskonale usuwają osady nagromadzone na narzędziach; po naniesieniu preparatu na narzędzie wystarczy po chwili przetrzeć powierzchnię roboczą miękką szmatką. Łatwo usuwa on kopolimery, octany celulozy, poliakrylany i poliwęglany (przy podwyższonych temperaturach rozpuszcza PVC oraz PA), nie rozpuszczając przy tym smarów mineralnych. Ulega biodegradacji i jest rozpuszczalny w wodzie.

Czasem producenci środków projektują je w porozumieniu z producentami wtryskarek, przez co wyroby te działają idealnie w procesach produkcji elementów z tworzywa sztucznego i są optymalnym rozwiązaniem dla krótko- i długoterminowej konserwacji form wtryskowych. Dzięki nim zachowują one swoje właściwości smarujące na chłodnych powierzchniach. To preparaty zaprojektowane w celu zapewnienia skutecznej ochrony przed korozją. Dzięki niebieskiemu dodatkowi widać, które elementy zostały zabezpieczone przed korozją, a które nie. Zaletą tego środka jest nierozpuszczalność w wodzie; spełnia on swoje zadanie również w bardzo agresywnej atmosferze. Działanie zabezpieczające może być zwielokrotnione przez nałożenie kilku jego warstw. Posiada także dobre właściwości smarujące i konserwujące.

Firmy opracowują szereg produktów komplementarnych do czyszczenia form, które pomagają zwiększyć ogólną wydajność środków rozdzielających w różnych procesach formowania. Środki czyszczące do form są tak formułowane, aby skutecznie, ale w sposób bezpieczny, atakować gromadzące się z różnych źródeł złady na powierzchni formy, w tym z materiału formowanego, środka rozdzielającego będącego w użyciu oraz zanieczyszczeń procesowych. Te wysoce zmodyfikowane środki czyszczące są przeznaczone do usuwania olejów, wosków, pigmentów, silikonów, zanieczyszczeń. Preparaty nadają się też do oczyszczania przewodów odpowietrzających oraz prowadnic głowic wtryskarek. Błyskawicznie eliminują resztki tworzyw pozostałych na powierzchni formy. Usuwają wszelkie osady oraz pozostałości reakcji utleniania, nie wywołując przy tym korozji. Całkowicie odparowują, pozostawiając czystą i suchą powierzchnię.

Także różnego rodzaju aerozole są stosowane do konserwacji form wtryskowych oraz innych narzędzi metalowych podczas ich przechowywania. Działanie tych produktów polega na wypieraniu wody i kompletnym zabezpieczaniu antykorozyjnym pokrytych powierzchni. Preparaty są bezbarwne, nie pozostawiają osadów, dlatego zalecane są szczególnie do konserwacji form przy przetwórstwie tworzyw białych lub transparentnych. Środki takie są samousuwalne podczas pierwszych wtrysków przy ponownym uruchamianiu produkcji.

Niektóre preparaty są opatentowanymi środkami stosowanymi w wytłaczarkach i wtryskarkach. Dzięki nim kolory oraz tworzywa mogą być zmieniane bardzo szybko i wygodnie podczas procesu. Zmiany kolorów i materiału w wytłaczarce, ślimakach, formach możliwe są już w ciągu kilku minut. Poprzez redukcję temperatury w sferze zasypu oraz podwyższanie temperatury cylindra, dyszy oraz kanałów doprowadzających, uzyskuje się lepsze efekty czyszczące preparatu. Preparat nie działa, jeśli jest stosowany w fazie zimnej urządzenia.

Podczas czyszczenia wtryskarki, należy kilkakrotnie obrócić ślimakiem do przodu oraz wstecz. Powtarzać czynności do momentu, aż stopiona masa nie uzyska identycznego koloru jak granulat, który ma być zastosowany po fazie czyszczenia preparatem.

Aby poprawić efekt czyszczący, producenci zalecają pozostawić mieszankę (granulat + preparat) w układzie plastyfikującym na kilka minut, a następnie powtórnie przeczyścić. Preparat może być wstrzykiwany bezproblemowo przez kanały doprowadzające form aż do szczelin narzędzia. Powstały po czyszczeniu odpad zmieszany z preparatem może być stosowany z identycznym produktem jako surowiec wtórny.

Na rynku występują też preparaty w formie emulsji, które idealnie sprawdzają się do czyszczenia m.in. cylindrów i ślimaków z produktów ubocznych z tworzyw, jak również przy zmianie koloru. Emulsja poleruje, czyści i odrdzewia, a jej zastosowanie jest proste, bez konieczności demontażu ślimaka. Emulsję łączy się z używanym w przyszłej produkcji tworzywem. Proces czyszczenia z jej zastosowaniem następuje przy podgrzanej jednostce plastyfikującej. Środki w tej postaci można zastosować do tworzyw takich jak: HDPE + LDPE, PP, PVC, PA 6/6.6 -12, ABS, PS. Można je mieszać z taką ilością przeznaczonego do następnej produkcji tworzywa, jaka jest wymagana dla skutecznego procesu czyszczenia, tj. 3–5 minut pracy wytłaczarki i 30–50 cykli wtryskarki. Emulsja może służyć także do ręcznego polerowania i czyszczenia powierzchni metalowych na zimno.

Regularne stosowanie granulatów czyszczących zapobiega dodatkowo osadzaniu się nagarów oraz wydłuża żywotność układów plastyfikujących maszyn. Granulat czyszczący stosuje się w proporcjach ok. 20% z tworzywem pierwotnym lub dobrej jakości regranulatem (w miarę transparentnym). Przepuszczenie od 10 do 25 kilogramów takiej mieszanki (w zależności od wielkości ślimaka) powoduje wyczyszczenie układu plastyfikującego w stopniu zadowalającym. Produkt ten jest przeznaczony do uszlachetniania tworzyw sztucznych w procesie przetwórstwa metodą rozdmuchu, wtrysku oraz wytłaczania. Jest też używany jako dodatek do oczyszczania maszyn po przetwórstwie tworzyw typu PP, LDPE, HDPE, LLDPE, PC, ABS, PET, PVC.

Niektóre granulaty do czyszczenia ślimaka i cylindra zmieniają stan po podgrzaniu w cylindrze. Środek dociera do martwych obszarów, gdzie osadza się spalony materiał. Usuwa pozostałości poprzednich serii produkcyjnych; w tym czarne plamki, spowodowane przez zwęglone tworzywo. Eliminuje pigmenty, które mają tendencję do przylegania do ślimaka i ścianki cylindra; jest gotowy do użycia bez mieszania, nieścierny i łatwy w zastosowaniu. Obniża koszt odrzutów poprzez usunięcie pozostałości takich jak pigmenty podczas zmiany. Działanie tego produktu związane jest z lekkim spienieniem środka, co pozwala na lepszą penetrację trudno dostępnych miejsc podnosząc efekt czyszczenia. Przypalenia są usuwane z powierzchni ślimaka oraz cylindra dzięki reakcji chemicznej. Preparat posiada także właściwości polerujące (lecz nie ścierne), przez co powierzchnia wewnątrz cylindra pozostaje gładka, zatem późniejsze przywieranie osadów będzie utrudnione.

Zalety granulatów:

• są wykorzystywane powszechnie dla wszystkich tworzyw termoplastycznych
• ograniczają do minimum utratę drogich surowców
  
• służą do czyszczenia ślimaków, cylindrów, gorących kanałów (jeśli nie występują martwe strefy)
• są łatwe w obsłudze – bez mieszania wstępnego, suszenia; gotowe do użycia
• zapewniają wysoką skuteczność czyszczenia przy niewielkim zużyciu (uzależnionym od średnicy ślimaków)
• ułatwiają przejście z koloru na kolor, oszczędzają czas i koszty w związku ze skróconym czasem przestoju maszyny
• redukują braki i odpad
• nie zawierają składników ściernych, mogą być tłoczone aż do narzędzia lub poprzez narzędzie.

Płynne preparaty

Preparaty umożliwiają w prosty i szybki sposób usunąć pozostałości tworzywa polimerowego z powierzchni ślimaków, cylindrów i głowic wytłaczarskich bez konieczności ich demontażu. Proces czyszczenia maszyn może zostać skrócony ok. 5-krotnie, co daje wymierne korzyści właścicielowi przedsiębiorstwa. W zależności od potrzeb i rodzaju tworzywa, środki czyszczące mogą być stosowane do 280°C lub nawet 320°C – zależnie od procesu dla danego tworzywa.
Środki płynne miesza się z polietylenem, a następnie tak przygotowaną mieszankę dozuje się po zakończonym procesie produkcyjnym do leja zasypowego. Proces czyszczenia układu w przypadku środków płynnych trwa około 20 minut. Oferowane środki zawierają składniki, które pod wpływem temperatury na poziomie 200–260°C / 280°C / 320°C (zależnie od typu) silnie ekspandują, oczyszczając tym samym układ plastyfikujący.

Podsumowanie

Handlowe mieszaniny czyszczące zostały wprowadzone na rynek ponad 20 lat temu. Mimo tak długiego okresu stosowania tych dodatków, wielu przetwórców wykorzystuje nadal własne tworzywa i przemiały jako wewnętrzne środki zaradcze, w przekonaniu, że operację czyszczenia wykonują ekonomicznie. Jeżeli weźmie się jednak pod uwagę wszystkie koszty, to działanie takie okazuje się mniej rentowne. Zastosowanie takiego zmielonego tworzywa nie jest przeznaczone do czyszczenia układów plastyfikujących. Sprawdza się ono tylko podczas usuwania starego tworzywa czy koloru, ale nie ma zdolności czyszczenia osadów węglowych oraz przestrzeni utrudnionego przepływu. Co więcej, koszt czyszczenia to nie tylko porównanie pomiędzy kosztem handlowej mieszaniny czyszczącej i przemiałem. W takim przypadku należy rozważyć wszystkie czynniki mające wpływ na produktywność.

Nowoczesne zakłady produkcyjne muszą spełniać wiele wymogów dotyczących produkowanych wyrobów. Aby sprostać wysokim wymaganiom jakości stawianym przez rynek, a jednocześnie zapewnić rentowność produkcji firmy, muszą inwestować nie tylko w odpowiedni park maszynowy oraz wyspecjalizowane i wydajne narzędzia produkcyjne (formy wtryskowe, ciśnieniowe), ale również w odpowiedni proces ich czyszczenia i konserwacji.

W procesie przetwórstwa tworzyw sztucznych na narzędziach mogą powstawać złogi mające negatywny wpływ na jakość produkowanych detali. Osady te składają się z produktów rozkładu tworzywa sztucznego i zawartych w nim domieszek takich jak: stabilizatory, dodatki ogniotrwałe, antystatyki i spulchniacze. Powstawanie osadów przyspiesza wysoka temperatura oraz złe odpowietrzanie narzędzi.

Zdjęcia: depositphotos.com/pl