Rubberextrusieproces: hoe productielijnen werken

Beide processen duwen materiaal door een matrijs om een ​​continu profiel te creëren, maar rubberextrusie vereist een daaropvolgende vulkanisatiestap (uitharding), wat bij kunststofextrusie niet het geval is. Rubber blijft na vulkanisatie thermohardend – het kan niet worden gesmolten en opnieuw gevormd – terwijl thermoplastische profielen opnieuw kunnen worden verwerkt. Rubberextruders werken ook bij lagere schroefsnelheden en hogere drukken, en de Mooney-viscositeit van de verbinding bij verwerkingstemperatuur is doorgaans veel hoger dan die van plastic smelt.

De insteltijd is sterk afhankelijk van de complexiteit van de matrijswissel, de gelijkenis van de nieuwe compound met de vorige en of de lijn een receptbeheersysteem gebruikt. Een eenvoudige profielverandering op een goed georganiseerde lijn met voorverwarmingsvoorzieningen kan slechts 20-30 minuten duren. Een complexe co-extrusie met een compleet ander compoundsysteem, waarbij het spoelen en zuiveren van de compound nodig is, kan 3 tot 4 uur duren. Door te investeren in snel verwisselbare matrijsklemmen en gestandaardiseerde recepten voor temperatuurstijgingen wordt de omsteltijd aanzienlijk verkort.

Die-swell (ook wel post-extrusie-swell of Barus-effect genoemd) is het elastische herstel van de rubbersamenstelling wanneer deze de vernauwing van de matrijs verlaat. Rubber is visco-elastisch: het slaat elastische spanning op tijdens de stroming door het matrijsland, en die spanning herstelt zich zodra de beperking is opgeheven, waardoor het extrudaat buiten de matrijsafmetingen opzwelt. De zwelling van de matrijs kan variëren van enkele procenten tot meer dan 30%, afhankelijk van de elasticiteit van de verbinding, de landlengte van de matrijs en de verwerkingstemperatuur. Dit wordt gecompenseerd door de matrijsopening kleiner te ontwerpen dan de gewenste profielafmetingen; de exacte compensatiefactor wordt empirisch bepaald voor elke samengestelde matrijscombinatie en aangepast door de matrijslandgeometrie te wijzigen.

Ja, maar met aanpassingen. Siliconenrubber met hoge consistentie (HCR) heeft een heel ander reologisch gedrag dan met roet gevulde organische rubbers: het heeft een veel lagere viscositeit bij verwerkingstemperatuur en is gevoeliger voor luchtinsluiting. Siliconenlijnen maken doorgaans gebruik van extruders met koude voeding met hogere L/D-verhoudingen (tot 20:1) en vacuümventilatie om porositeit te voorkomen. De uithardingstunnel voor siliconen maakt doorgaans gebruik van hete lucht van 200–220 °C in plaats van stoom, omdat siliconen niet goed geschikt zijn voor uitharding met stoom. Naharding (secundaire oven) bij 200°C gedurende enkele uren is ook vereist om de verknoping te voltooien en vluchtige bijproducten te verwijderen.

Het rendement is sterk afhankelijk van de profielgrootte, de samenstelling en de uithardingsmethode. Een EPDM-lijn met koude toevoer van 90 mm die een tochtstrip voor auto's met gemiddelde complexiteit produceert, kan een snelheid van 8–15 m/min halen met een doorvoer van 150–350 kg/u. Een kleine medische siliconenslanglijn (extruder van 30 mm) kan een snelheid van 2–6 m/min halen, maar produceert een zeer licht product. Grote loopvlaklijnen kunnen een productiesnelheid bereiken van meer dan 2.000 kg/u op pin-barrel-extruders van 200 mm. De lijnsnelheid wordt uiteindelijk beperkt door de lengte van de uithardingszone en de minimale verblijftijd die nodig is om de compound volledig te vulkaniseren.

Scorch is voortijdige vulkanisatie van de compound terwijl deze zich nog in de extrudercilinder of matrijs bevindt - voordat deze is gevormd en opzettelijk is uitgehard. Het ziet eruit als een ruw oppervlak, klonten of harde deeltjes in het extrudaat. Schroeien wordt veroorzaakt door een te hoge temperatuur van het mengsel (meestal boven de 120–130 °C voor met zwavel uitgeharde systemen), een te lange verblijftijd (bijvoorbeeld wanneer de lijn wordt gestopt met hete mengsel in het vat), of onvoldoende veiligheid tegen schroeien in de samenstellingsformulering. Preventie houdt in: het binnen de specificaties houden van de vat- en matrijstemperaturen, het gebruik van verbindingen die zijn geformuleerd met een adequate Mooney-schroeitijd (t5) voor de procesomstandigheden, en het snel spoelen van het vat tijdens elke langere stop.

Elektrische voertuigen creëren nieuwe eisen aan productielijnen voor rubberextrusie die verder gaan dan traditionele tochtstrips. Batterijmodules vereisen afdichtingen aan de omtrek met een zeer hoge compressie- en setweerstand (om de afdichtingskracht tientallen jaren lang te behouden), kanaalpakkingen voor thermisch beheer en hoogspanningskabelisolatie geëxtrudeerd uit gespecialiseerde vlamvertragende siliconen- of EPDM-verbindingen. Sommige EV-batterijafdekkingen maken gebruik van gecoëxtrudeerde EPDM-afdichtingen met geïntegreerde geleidende lagen voor aarding, een functie die niet nodig is bij voertuigen met verbrandingsmotor. De EV-markt stimuleert de vraag naar nauwere maattoleranties en verbeterde prestatiespecificaties van verbindingen bij rubberextrusie.

Op precisie-micro-extrusielijnen, rubberen koorden en buizen met buitendiameters zo klein als 0,3–0,5 mm kan worden geproduceerd, meestal in siliconen, voor medische of sensortoepassingen. Standaardproductielijnen verwerken profielen tot ongeveer 2 mm doorsnede zonder noemenswaardige problemen. Zeer kleine profielen worden beperkt door de bewerkbaarheid van de matrijs, de maatvastheid onder trek en de moeilijkheid om een ​​consistente voeding te handhaven bij zeer lage doorvoersnelheden.

Een gestructureerd onderhoudsprogramma omvat doorgaans: dagelijkse inspectie van schroefgangen en cilinderboring op slijtage (gedocumenteerd met voelermaat of boring); wekelijkse smering van aandrijfkettingen en startrollen; maandelijkse kalibratie van temperatuursensoren en druktransducers; driemaandelijkse inspectie van de speling tussen schroef en cilinder (normale slijtagetolerantie bedraagt ​​maximaal 0,003 × D voordat vervanging wordt geadviseerd); en jaarlijkse revisie van extruderversnellingsbakolie en controles van motorlagers. De reinigingsfrequentie van de matrijzen is afhankelijk van de samenstelling. Met met roet gevulde verbindingen kan het nodig zijn de matrijzen elke 4 tot 8 uur te reinigen, terwijl schonere verbindingen 24 uur tussen de reinigingsbeurten door kunnen werken.

Tussen de extruderkop en de matrijs is een smelttandwielpomp (ook wel rubberen tandwielpomp of boosterpomp genoemd) geïnstalleerd. Het zorgt voor een constante, pulsatievrije volumetrische stroom van compound naar de matrijs, onafhankelijk van schommelingen in de schroefsnelheid of variaties in de tegendruk. Dit ontkoppelt de plasticerende functie van de extruder van de flowmeterfunctie van de matrijs, waardoor de maatvariatie doorgaans wordt verminderd door 50-70% en zorgt ervoor dat de extruder bij lagere, stabielere drukken kan werken, waardoor de levensduur van de schroef en het vat wordt verlengd en het risico op verschroeiing wordt verminderd. Tandwielpompen zijn het meest kosteneffectief voor profielen met hoge precisie of hoge waarde waarbij variatie in afmetingen direct tot uitval leidt.