Novinky zo špecializovaných článkov na spracovanie a recykláciu plastov

Za obsah uvedený v odborných článkoch zodpovedajú výlučne menovaní autori alebo spoločnosti.

Prvé vstrekovanie do formy s polyvinylalkoholom (PVAL) v sériovej výrobe

Reinhard Bauer - Technokomm, za Wittmann Battenfeld GmbH

Doteraz málo známym plastom je polyvinylalkohol (PVAL). Ponúka vynikajúcu vlastnosť byť rozpustným vo vode a súčasne vysokou odolnosťou voči väčšine kontaktných chemikálií. PVAL nie je veľmi známy, pretože až doteraz bolo možné vyrábať fólie, ale nie diely lisované vstrekovaním. Dôvodom je široká škála materiálových parametrov, ktorá je sprievodnou okolnosťou metódy hromadnej výroby. Zlom priniesli až prístupy riešení rakúsko-poľskej spoločnosti na vstrekovanie plastov Buzek Plastic, ktorá v priebehu 10 rokov a niekoľkých vývojových etáp vyvinula veľkovýrobnú technológiu na výrobu vodou rozpustných viackomorových nádob na prací prostriedok (obr. 1) a viac ako 1,3 miliardy jednotiek/Vyrobený rok. Stroje a automatizačná technológia pre ne pochádzali od spoločnosti Wittmann Battenfeld.

Polyvinylalkohol, ktorý je napriek svojim jedinečným vlastnostiam veľmi neznámy

špecializovaných

Polyvinylalkohol (PVAL) prvýkrát vyrobili v roku 1924 nemeckí chemici Wilhelm Hermann a Wolfram Hдhnel, čo z neho robí jeden z najstarších druhov plastov. V tejto súvislosti je zaujímavé, že PVAL nie je možné vyrobiť priamo z vinylalkoholového monoméru, ale iba obchádzkou hydrolýznej reakcie (známej tiež ako zmydelnenie) s hydroxidom sodným z ešte staršieho polyvinylacetátu (PVAC) z roku 1913. tiež nemecký chemik Fritz Klatte bol vyrobený prvýkrát. Je tiež zaujímavé, že oba plasty majú odlišné vlastnosti, aj keď sú priamo spojené. Polyvinylacetát je nerozpustný vo vode, butanole, dietyléteri, petroléteri a alifatických uhľovodíkoch, ale je rozpustný v nižších alkoholoch, mnohých ketónoch, esteroch, cyklických éteroch, aromatických a chlórovaných uhľovodíkoch. Inak to nie je u polyvinylalkoholu: je rozpustný vo vode, ale odolný voči väčšine bezvodých organických rozpúšťadiel.

Výroba polyvinylalkoholu môže byť riadená tak, že PVAC sa buď úplne, alebo len čiastočne prevedie na PVAL. Čím viac acetátových zvyškov zostane v polyvinylalkohole, tým nižšia je rozpustnosť vo vode. V súvislosti s tým sa tiež líši teplota topenia, viskozita taveniny a parametre spracovania. Zatiaľ čo teplota topenia plne hydrolyzovaného PVAL je okolo 230 ° C, pre čiastočne hydrolyzované typy je v rozmedzí od 180 do 200 ° C. Hustota je medzi 1,21 a 1,31 g/cm3, v závislosti od typu materiálu.
Spoločné majú oba plasty menšiu dĺžku reťazca polyméru v porovnaní s inými plastmi. Je v rozmedzí od 100 do 5 000 a líši sa od šarže po šarži, v závislosti od podmienok procesu. S tým spojené mechanické vlastnosti PVAL závisia aj od obsahu vody, pretože rozptýlená voda funguje ako plastifikátor. Preto PVAL stráca pevnosť v ťahu pri vysokej vlhkosti, ale získava pružnosť.

Okrem toho je PVAL veľmi dobrým prostriedkom na vytváranie vrstiev a má vysokú zmáčavosť. Vo výsledku sa vodné roztoky používajú ako súčasť lepidiel alebo adhezívnych a zahusťovacích prostriedkov vo vlasových sprejoch alebo šampónoch. Tiež ako prísada pri spracovaní papiera, ale tiež ako prostriedok na uvoľňovanie plesní pri výrobe vláknitých kompozitných dielov, ktoré sa potom dajú zmyť. Pri výrobe PET fliaš sa PVAL používa ako bariérová vrstva CO2. Výroba fólií je tiež celkom bežná, napríklad na balenie vriec, ktoré sa majú rozpustiť. Trochu exotickejšie sú aplikácie v kriminalistickej technológii, kde sa na absorbovanie stôp dymu používajú podložky s PVAL povlakmi.

Vstrekovanie PVAL = prielom pre novú cestu

Vo svojej takmer 100-ročnej histórii sa zlúčeniny polyvinylalkoholu ťažko alebo nikdy nespracovali vstrekovaním. Hlavným dôvodom bol nedostatok nápadov na výrobky a kolísanie materiálových vlastností až o plus/mínus 20 percent.

Po niekoľkých predbežných testoch sa ako východiskový bod pre materiál formovateľný vstrekovaním, ktorý bol pôvodne vyvinutý pre papierenský priemysel, ukázal typ PVAL s nízkou viskozitou. Tvoril východiskový bod, z ktorého bola v iteračnom testovacom programe vyvinutá zmes spracovateľného materiálu pridaním pomocných pomocných látok. Potom, čo to bolo k dispozícii, bolo možné vyrobiť tenkostennú nádobu (obr. 1) s rozmermi približne 30 x 40 x 15 mm, najskôr s 1-dutinou, potom 4-dutinou a nakoniec 12-dutinovou formou. Testy v technickom centre Battenfeld na plne elektrických vstrekovacích strojoch typov BA 1000/500 CDK-SE a EM 1600/350 ukázali, že rýchle vstrekovanie a presná regulácia vstrekovacieho tlaku prinesú prielom, aj keď je miera vyradenia stále spôsobená kolísaním materiálových údajov v dôsledku dávok okolo 15 - 20 percent bolo prijateľných.

Projekt aplikačného inžinierstva sa stáva nezávislým

2005: Evolučná fáza II: 32- a 64-násobné produkčné bunky sa stali štandardom

Asi po roku bola technológia procesu a zloženie materiálových zlúčenín dostatočne stabilné, aby sa mohlo uvažovať o ďalšom rozšírení výroby. Pretože sa dizajn produktu zatiaľ nezmenil, čas cyklu zostal na 28 sekundách, rovnako ako miera šrotu okolo 15 percent. Ďalej sa však musel vyvinúť spôsob, akým sa vizuálna kontrola častí vykonávala. Namiesto posúdenia každého stroja existoval viacprúdový systém prenosu častí, ku ktorému bolo pripojených niekoľko strojov a ktorý viedol k centrálnej inšpekčnej oblasti, v ktorej ľudia naďalej skúmali jednotlivé diely.

2013/14: Evolučná etapa III: Nový závod založený na koncepcii Industry 4.0

Keď bola v roku 2012 priestorová kapacita vlastnej výroby plne obsadená 19 výrobnými jednotkami a v pláne bol ďalší rast, spoločnosť Buzek-Plastic sa rozhodla vybudovať ďalší výrobný závod mimo továrne zákazníka. Bez daných štruktúr by sa mali používať najnovšie výrobné postupy. Hlavnou myšlienkou bola túžba po úplnom sieťovom prepojení dát vo všetkých výrobných krokoch s ďalšou možnosťou sebakontroly v rámci stanovených tolerancií kvality, ako sú opísané v koncepciách Industry 4.0. Ústrednou myšlienkou bolo implementovať automatizovaný systém s nulovou chybou prostredníctvom samoregulačného blokovania výrobných krokov (obr. 2).

Výkonný riaditeľ spoločnosti Buzek Plastic Andreas Huber: „Po odovzdaní našich želaní a nápadov niekoľkým výrobcom strojov sme nakoniec našli správneho partnera pre spoluprácu v tíme Wittmann, ktorý bol otvorený inováciám.

Vďaka rozsiahlemu výrobnému programu pre všetky aspekty vstrekolisov a ich priekopníckej práci v oblasti technológie rozhraní (systém Wittmann 4.0) neboli naše predstavy spoločnosti, ktorá sa v určitých medziach reguluje, odmietnuté ako utópia, ale boli s nami implementované krok za krokom. ““

Paralelne s koncepciou systému sa v úzkej spolupráci so zákazníkom kontajnerov začal proces re-designovania, v ktorého agende bolo zníženie nákladov na výrobok ďalším znížením hmotnosti a výrazným skrátením cyklu. Po prvé: Tento cieľ by sa dal dosiahnuť v podobe o 10 percent nižšej hmotnosti (pri rovnakých vonkajších rozmeroch) a predpokladaného skrátenia cyklu o 25 percent. Týmto sa však účinnosť hydraulických strojov vyčerpala. Prechod na technológiu servoelektrického vstrekovania sa javil ako jediná rozumná alternatíva. Agregáty požadovanej veľkosti však ešte neboli k dispozícii. Z tohto dôvodu bolo treba ešte urobiť vývojové práce. V živom dialógu medzi Andreasom Huberom a technikmi z Battenfeldu sa začal vývoj výkonových špecifikácií v podobe hybridného stroja MacroPower E 450/2100 s hydraulickou dvojplatňovou upínacou jednotkou so 450 tonami upínacej sily a servoelektrickou vstrekovacou jednotkou veľkosť 2100 bola realizovaná po prvýkrát (obr. 3 až 5).

Každý vstrekovací lis bol lineárnym robotom a prenosom obehovej palety pre nádoby na lisované diely rozšírený do výrobnej bunky s pripojenými testovacími a manipulačnými stanicami pre lisované diely. Mimoriadny význam má prispôsobenie sa drasticky zvýšenému množstvu výroby a požiadavkám na kvalitu
Systém Vision na hodnotenie tvarovaných dielov. Teraz je vybavený 12 kamerami a zrkadlovým systémom. Fotografie sa snímajú z piatich strán každej zo 64 tvarovaných súčiastok cyklicky synchronizovaným spôsobom a odovzdávajú sa do následného systému analýzy. Jeho softvér je schopný rozpoznať 23 možných chýb (obr. 6 a 7). Chybné diely sa ihneď po stanici fotografií vytriedia manipulačným systémom typu pick-and-place a nahradia sa dobrými dielmi z vyrovnávacej pamäte náhradných dielov. Takto je zaistené, že do automatickej baliacej stanice bude odovzdaných iba 100 percent dobrých dielov (obr. 8 a 9). V periférnych častiach komunikujú všetky spracovateľské stanice navzájom podľa špeciálne vyvinutého logistického algoritmu, aby sa vyrovnali výkyvy kapacity.

Úroveň výkonu dosiahnutá v novom závode je celkovo pôsobivá. Nielenže bolo možné za osem rokov zvýšiť objem výroby na vstrekovaciu bunku o viac ako 400%, podiel odpadu sa tiež znížil z približne 15 percent na menej ako 3 percentá.

Je možné predvídať vývojový stupeň IV

Celkovo sú všetky plne automatické výrobné bunky v novom závode už opäť plne využité. Ďalším vývojovým krokom je nahradenie starých systémov vlastnej výroby novými výrobnými bunkami v novom závode. Nejde opäť len o zvýšenie kapacity, ale aj o ďalšie zvýšenie efektívnosti. Vďaka inovatívnym dizajnovým úpravám, pomocou ktorých je možné znížiť hmotnosť produktu, existuje konkrétna nádej, že je možné ich zvýšiť o ďalších 300 percent.

Wittmann Battenfeld GmbH

Wiener Neustдdter Strasse 81
2542 Kottingbrunn, Rakúsko

Tel.: +43 2252 404-0
Fax: +43 2252 404-1062