Gummiekstruderingsprosess: Hvordan produksjonslinjer fungerer

Begge prosessene skyver materiale gjennom en dyse for å skape en kontinuerlig profil, men gummiekstrudering krever et påfølgende vulkaniseringstrinn (herding) som plastekstrudering ikke gjør. Gummi forblir termohærdende etter vulkanisering - det kan ikke smeltes og omformes - mens termoplastiske profiler kan reprosesseres. Gummiekstrudere opererer også ved lavere skruehastigheter og høyere trykk, og blandingens Mooney-viskositet ved prosesseringstemperatur er vanligvis mye høyere enn plastsmelter.

Oppsettstiden avhenger i stor grad av kompleksiteten til dyseendringen, likheten mellom den nye forbindelsen og den forrige, og om linjen bruker et oppskriftshåndteringssystem. En enkel profilendring på en godt organisert linje med forhåndsoppvarming kan ta så lite som 20–30 minutter. En kompleks co-ekstrudering med et helt annet sammensatt system, som krever utspyling og sammensatt rensing, kan ta 3–4 timer. Investering i hurtigskiftende dyseklemmer og standardiserte temperaturrampeoppskrifter reduserer overgangstiden betraktelig.

Dysesvelle (også kalt post-ekstruderingssvelle eller Barus-effekt) er den elastiske gjenvinningen av gummiblandingen når den kommer ut av innsnevringen av dysen. Gummi er viskoelastisk - det lagrer elastisk belastning under strømning gjennom dysens land, og denne belastningen gjenoppretter seg når begrensningen er fjernet, noe som får ekstrudatet til å svelle utover dysens dimensjoner. Dysesvellen kan variere fra noen få prosent til over 30% avhengig av sammensetningens elastisitet, matrisens landlengde og prosesseringstemperatur. Det kompenseres ved å designe dyseåpningen mindre enn de ønskede profildimensjonene - den nøyaktige kompensasjonsfaktoren bestemmes empirisk for hver sammensatt-dyse-kombinasjon og justeres ved å modifisere dysens landgeometri.

Ja, men med modifikasjoner. Høykonsistens silikongummi (HCR) har svært forskjellig reologisk oppførsel enn karbon-svart fylt organisk gummi - den har mye lavere viskositet ved prosesseringstemperatur og mer følsom for luftinnfanging. Silikonlinjer bruker vanligvis kaldmatede ekstrudere med høyere L/D-forhold (opptil 20:1) og vakuumventilering for å forhindre porøsitet. Herdetunnelen for silikon bruker vanligvis varmluft ved 200–220°C i stedet for damp, fordi silikon ikke er godt egnet til dampherding. Etterherding (sekundær ovn) ved 200°C i flere timer er også nødvendig for å fullføre tverrbindingen og fjerne flyktige biprodukter.

Utgang avhenger sterkt av profilstørrelse, sammensetning og herdemetode. En 90 mm kaldmatet EPDM-linje som produserer en middels kompleks værstrimmel for biler kan kjøre med 8–15 m/min med en gjennomstrømning på 150–350 kg/t. En liten medisinsk silikonslange (30 mm ekstruder) kan kjøre med 2–6 m/min, men produsere svært lett produkt. Store dekkslitelinjer kan nå utgangshastigheter over 2000 kg/t på 200 mm pin-barrel ekstrudere. Linjehastigheten er til syvende og sist begrenset av herdesonens lengde og minimum oppholdstid som kreves for å vulkanisere massen fullstendig.

Scorch er for tidlig vulkanisering av forbindelsen mens den fortsatt er inne i ekstrudertønnen eller dysen - før den har blitt formet og med hensikt herdet. Det fremstår som ru overflate, klumper eller harde partikler i ekstrudatet. Sviding utløses av for høy forbindelsestemperatur (vanligvis over 120–130 °C for svovelherdede systemer), overdreven oppholdstid (f.eks. når ledningen stoppes med varm forbindelse i tønnen), eller utilstrekkelig svidningssikkerhet i sammensetningsformuleringen. Forebygging innebærer: å holde tønne- og dysetemperaturer innenfor spesifikasjonene, bruke forbindelser formulert med tilstrekkelig Mooney-svidingstid (t5) for prosessforholdene, og tømme tønnen raskt under ethvert lengre stopp.

Elektriske kjøretøyer stiller nye krav til produksjonslinjer for gummiekstrudering utover tradisjonelle værlister. Batterimoduler krever perimeterforseglinger med svært høy kompresjonssettmotstand (for å opprettholde tetningskraften over flere tiår), termiske kanalpakninger og høyspentkabelisolasjon ekstrudert fra spesialiserte flammehemmende silikon- eller EPDM-forbindelser. Noen EV-batterideksler bruker ko-ekstruderte EPDM-tetninger med integrerte ledende lag for jording, en funksjon som ikke er nødvendig på kjøretøyer med forbrenningsmotor. EV-markedet driver etterspørselen etter strammere dimensjonstoleranser og forbedrede ytelsesspesifikasjoner for sammensatte i gummiekstrudering.

På presisjonsmikroekstruderingslinjer, gummisnorer og rør med ytre diameter så liten som 0,3–0,5 mm kan produseres, typisk i silikon, for medisinske eller sensorapplikasjoner. Standard produksjonslinjer håndterer profiler ned til ca. 2 mm tverrsnitt uten vesentlige vanskeligheter. Svært små profiler er begrenset av maskinbearbeidbarhet, dimensjonsstabilitet under trekking og vanskeligheten med å opprettholde konsistent mating ved svært lave gjennomstrømningshastigheter.

Et strukturert vedlikeholdsprogram inkluderer vanligvis: daglig inspeksjon av skruehull og tønneboring for slitasje (dokumentert med følermåler eller boreskop); ukentlig smøring av trekkkjeder og startruller; månedlig kalibrering av temperatursensorer og trykktransdusere; kvartalsvis inspeksjon av klaring fra skrue til fat (normal slitasjetoleranse er opptil 0,003 × D før utskifting anbefales); og årlig overhaling av ekstrudergirkasseolje og kontroller av motorlager. Hyppigheten av rengjøringen avhenger av sammensetningen - kullsvartfylte forbindelser kan kreve rengjøring hver 4.–8. driftstime, mens renere blandinger kan kjøre 24 timer mellom rengjøringene.

En smeltegirpumpe (også kalt en gummigirpumpe eller boosterpumpe) er installert mellom ekstruderhodet og dysen. Den gir en konstant, pulsasjonsfri volumetrisk strøm av forbindelse til dysen, uavhengig av svingninger i skruhastigheten eller mottrykksvariasjoner. Dette kobler ekstruderens plastifiseringsfunksjon fra dysens strømningsmålingsfunksjon, og reduserer typisk dimensjonsvariasjon ved å 50–70 % og lar ekstruderen operere ved lavere, mer stabile trykk - noe som forlenger levetiden på skruer og tønner og reduserer svierisiko. Girpumper er mest kostnadseffektive for høypresisjons- eller høyverdiprofiler der dimensjonsvariasjoner direkte forårsaker avvisninger.