Układy plastyfikujące we wtryskarkach i wytłaczarkach. Budowa i działanie.

Układ plastyfikujący to jeden z najważniejszych zespołów wtryskarki i wytłaczarki. To właśnie w nim granulat lub przemiał tworzywa jest transportowany, ogrzewany, topiony, mieszany i przygotowywany do dalszego przetwarzania.

Od jego prawidłowego doboru i stanu technicznego zależą m.in. jakość tworzywa, stabilność procesu, wydajność oraz powtarzalność produkcji.

Z czego składa się układ plastyfikujący?

W zależności od konstrukcji maszyny układ może obejmować:

• ślimak,
• cylinder,
• końcówkę ślimaka (często wraz z tulejką i zaworem zwrotnym)
• dyszę,
• głowicę,
• elementy mieszające i homogenizujące.
  
  Nie istnieje jeden uniwersalny układ odpowiedni do każdego zastosowania. Jego konstrukcja powinna być dopasowana do rodzaju tworzywa, temperatury i ciśnienia pracy, wydajności maszyny oraz zastosowanych dodatków.

Jak działa układ plastyfikujący?

Granulat trafia do cylindra i jest transportowany przez obracający się ślimak. W trakcie transportu tworzywo jest ogrzewane zarówno przez system grzewczy, obejmujący grzałki mikanitowe lub ceramiczne, jak i energię mechaniczną powstającą podczas ścinania i tarcia.

Wzdłuż ślimaka materiał jest zagęszczany, topiony i homogenizowany. W przypadku wtryskarki stopione tworzywo gromadzi się przed czołem ślimaka, a następnie jest pod wysokim ciśnieniem wtłaczane do formy.

Ślimak można w uproszczeniu podzielić na trzy podstawowe strefy:

• strefa zasilania - pobieranie i transport granulatu,
• strefa sprężania - zagęszczanie i topienie tworzywa,
• strefa dozowania - homogenizacja i stabilne podawanie stopionego materiału.
  
  W wytłaczarkach zasada jest podobna, jednak proces odbywa się najczęściej w sposób ciągły, a stopione tworzywo kierowane jest do odpowiedniej głowicy.

Rodzaje ślimaków 

Dobór ślimaka ma kluczowe znaczenie dla prawidłowego przebiegu procesu. Stosuje się m.in.:

• ślimaki standardowe,
• ślimaki bimetaliczne do tworzyw z zawartością włókna szklanego,
• ślimaki mieszające,
• ślimaki barierowe,
• ślimaki do tworzyw technicznych,
• ślimaki o zwiększonej odporności na zużycie,
• ślimaki specjalne projektowane pod konkretną maszynę i proces.
   

W najbardziej wymagających zastosowaniach stosuje się rozwiązania bimetaliczne oraz wykonane ze stali proszkowych, które zapewniają znacznie większą trwałość powierzchni roboczych. 

Bimetaliczne ślimaki i cylindry

Bimetaliczne ślimaki i cylindry są stosowane przede wszystkim w procesach, w których układ plastyfikujący jest narażony na intensywne zużycie ścierne, korozyjne lub działanie agresywnych dodatków. Ich powierzchnie robocze wykonuje się z materiałów o podwyższonej odporności na zużycie, dzięki czemu mogą znacznie wydłużyć okres eksploatacji w porównaniu ze standardowymi rozwiązaniami.

W przypadku ślimaków bimetalicznych warstwa odpornego na zużycie stopu jest nanoszona na powierzchnie robocze, takie jak zwoje i rdzeń ślimaka. W cylindrach bimetalicznych stosuje się natomiast odporną na zużycie warstwę wewnętrzną, która ma bezpośredni kontakt z przetwarzanym tworzywem.

Rozwiązania bimetaliczne szczególnie dobrze sprawdzają się przy przetwarzaniu tworzyw zawierających włókno szklane, dodatki mineralne, pigmenty oraz inne składniki powodujące zwiększone ścieranie lub korozję. Ich zastosowanie pozwala ograniczyć zużycie układu plastyfikującego, utrzymać stabilne parametry procesu oraz zmniejszyć częstotliwość wymiany elementów. 

W zależności od zawartości włókna szklanego wyróżniamy następujące poziomy wykonania bimetalicznych ślimaków i cylindrów:

Glass fiber ≤ 15% - bimetaliczny zestaw ślimak + cylinder, przeznaczony do przetwarzania tworzyw zawierających do 15% włókna szklanego.
Glass fiber 15% - 30% - bimetaliczny zestaw ślimak + cylinder o podwyższonej odporności na zużycie, przeznaczony do materiałów zawierających od 15% do 30% włókna szklanego.
Glass fiber 30% - 50% - bimetaliczny zestaw ślimak + cylinder o wysokiej odporności na ścieranie, przeznaczony do przetwarzania tworzyw zawierających od 30% do 50% włókna szklanego.
Glass fiber > 50% - rozwiązanie indywidualne: przy zawartości włókna szklanego przekraczającej 50% wymagany jest indywidualny dobór materiału, geometrii oraz technologii wykonania ślimaka i cylindra. W takim przypadku zalecana jest konsultacja z dostawcą w celu określenia optymalnego rozwiązania dla konkretnego materiału i parametrów procesu.
 

Końcówka ślimaka 

Końcówka ślimaka jest jednym z najbardziej obciążonych elementów układu. Współpracuje z pierścieniem zamykającym i oporowym, ograniczając cofanie się tworzywa podczas wtrysku.

Jej zużycie może prowadzić do:

• niestabilnego dozowania,
• zmian masy wyprasek,
• problemów z ciśnieniem,
• pogorszenia powtarzalności procesu.
   

Dysza

Dysza odpowiada natomiast za kontrolowane przekazanie stopionego tworzywa z cylindra do formy. 

W zależności od zastosowania można stosować między innymi:

• dysze standardowe,
• dysze zamykające,
• dysze hydraulicznie lub pneumatycznie zamykane,dysze specjalne,
• dysze przystosowane do konkretnych tworzyw i procesów.
   

W niektórych procesach stosowane są również mieszadła statyczne, poprawiające homogenizację tworzywa i rozprowadzenie barwników lub dodatków.

Głowica to kluczowy element układu plastyfikującego, który zamyka cylinder oraz umożliwia przejście na odpowiednią dyszę wtryskową. Jej zastosowanie ma wpływ na demontaż ślimaka oraz wymianę końcówki ślimaka.

Układ plastyfikujący to jeden system

Ślimak, cylinder, końcówka ślimaka z tulejką i zaworem zwrotnym oraz dysza i głowica, współpracują ze sobą jako jeden system. Zużycie jednego elementu może wpływać na pracę pozostałych, dlatego podczas przeglądu warto oceniać cały układ plastyfikujący, a nie tylko pojedynczy komponent.

Odpowiedni dobór geometrii ślimaka, materiału wykonania oraz właściwa eksploatacja mogą znacząco wydłużyć żywotność układu, ograniczyć przestoje i zapewnić większą stabilność procesu produkcyjnego.