Alles wat je moet weten over het extrusieproces

Wat is extrusie?

Kunststofextrusie is een continu of discontinu proces waarbij kunststof in een schroef plastisch wordt gemaakt en wordt gemengd met de benodigde additieven om bepaalde materiaaleigenschappen te verkrijgen. Het proces is continu bij het maken van bijvoorbeeld buizen en discontinu bij het maken van bijvoorbeeld PET-flessen. Onder hoge druk wordt de kunststof door een matrijs geperst, waardoor een product ontstaat zoals een buis, een profiel of een kabel.

De extrusie van kunststofproducten in 6 stappen

Het (indien nodig) drogen van het kunststofgranulaat om het vervolgens te transporteren naar de extruder. Soms is het nodig om additieven bij te mengen, zoals kleurstof.

1. Het invoeren van het granulaat in de schroef van de extruder.
2. Het mengen en transporteren van de kunststof in de schroef naar de neus van de schroef.
3. Het plastisch maken van het granulaat in de schroef door verwarming en frictie.
4. Het persen van de kunststof door een matrijs.
5. Het uitharden (afkoelen) van de kunststof als deze uit de matrijs komt, door afkoelen aan de omgevingslucht of door geforceerd koelen met koelwater.
6. Het op de gewenste lengte brengen van de kunststofproducten.

De extruder

Plastificering

Dit betreft de schroef en de cilinder waarin de schroef zich bevindt. De schroef zorgt voor het smelten van het kunststofgranulaat en het mengen van de additieven in deze smelt. Dit gebeurt door elektrische verwarming van de cilinder en frictie in de schroef. Door de druk opgebouwd in de schroef of door een constante druk opgebouwd in een meltpomp wordt de kunststof door een matrijs geperst.

Matrijs

In dit deel van de machine wordt de kunststof (continu) gevormd naar het gewenste product. Afhankelijk van de verschillende producten zijn er diverse extrusietechnieken. Het product wordt afgekoeld nadat het uit de matrijs is gekomen.

De extrusiematrijs

De extrusiematrijs is een belangrijk onderdeel van het extrusieproces. De kwaliteit van deze matrijs is in grote mate bepalend voor de kwaliteit van het eindproduct en de efficiëntie van de extruder.

• Links: een voorbeeld van een extrusiematrijs die wordt gebruikt in een continu proces.
• Rechts: een blaasextrusiematrijs, deze worden gebruikt in discontinue processen, bijvoorbeeld bij het maken van plastic PET-flessen.

Belang van temperatuurbeheersing

Bij het extrusieproces moeten de cilinder en de schroef op een bepaalde (materiaalafhankelijke) temperatuur worden gebracht om het proces te kunnen starten. De temperatuur van de cilinder verschilt per zone, omdat in de schroef verschillende processen plaatsvinden:

• Het invoeren van het kunststofgranulaat.
• Het plastificeren van het kunststofgranulaat.
• Het mengen van de verschillende additieven met de kunststof.
• Het (bij sommige kunststoffen) ontgassen van de smelt.
• Het comprimeren van de kunststof.

Gedurende het proces is het van belang dat de cilinder op de juiste temperaturen wordt gehouden, zodat de kunststof zo optimaal mogelijk wordt verwerkt. Het proces moet zo constant mogelijk verlopen en een constante druk opbouwen, zodat het eindproduct consistent is van kwaliteit en een zo hoog mogelijke output wordt gehaald.

Bij verschillende extrusietechnieken is het ook van belang om de temperatuur van het product te controleren als het uit de matrijs komt en wordt verwerkt tot eindproduct:

• Bij het extruderen van profielen moeten deze vaak gekoeld worden (in waterbakken) om ze op de juiste temperatuur te brengen zodat ze kunnen worden ingekort en verpakt.
• Bij het extruderen van folie en plaatmaterialen wordt de kunststof over walsrollen gevoerd om deze op temperatuur te houden of juist gecontroleerd af te koelen.

Wat kan er fout gaan?

❌ Te warme invoer: de kunststof plastificeert bij het invoeren in de schroef, waardoor deze niet meer of niet snel genoeg kan worden aangevoerd. Koeling van de intrekzone is vaak noodzakelijk om een snelle invoer te waarborgen.

❌ Te lage cilindertemperatuur: de kunststof plastificeert niet goed of mengt niet goed met de additieven, waardoor het product niet voldoet aan de eisen.

❌ Te hoge cilindertemperatuur: de kunststof kan verbranden en bepaalde eigenschappen kunnen veranderen. Het is essentieel dat de cilinder op de juiste verwerkingstemperaturen wordt gebracht en gehouden om kwaliteit te garanderen en output te maximaliseren.

❌ Onstabiele walsroltemperatuur: de temperatuur over de lengte van de walsrol varieert te veel. Het tempereerapparaat levert niet voldoende verwarmings- of koelcapaciteit, of de pompcapaciteit is te laag waardoor het medium niet snel genoeg door de walsrol stroomt.

Het extrusieproces verbeteren

Om het proces te verbeteren is het kiezen van de juiste verwarmings- en koelmethode essentieel:

Koeling van de intrekzone
Dit wordt vaak gedaan met water uit het centrale koelsysteem, waardoor de temperatuur niet instelbaar is. In veel gevallen treedt hierdoor corrosie op en slibt het koelkanaal na verloop van tijd dicht, met een lagere koelcapaciteit als gevolg.

Verwarming van de cilinder
In de meeste gevallen gebeurt dit met elektrische verwarmingselementen. Soms wordt gekozen voor verwarming met water (onder druk) of olie (voor hogere temperaturen). Een exacte temperatuurmeting per zone is essentieel, omdat deze waarde wordt gebruikt voor het regelen van de cilinder. Controleer ook regelmatig of de verwarmingselementen nog goed functioneren, aangezien deze door ouderdom of foutieve montage kunnen doorbranden.

Koeling tijdens het proces
Bij sommige kunststoffen moet naast verwarmen ook warmte worden afgevoerd die ontstaat door wrijving in de schroef/cilinder. Hiervoor wordt koeling met water of lucht toegepast, waarbij water doorgaans een hogere koelcapaciteit biedt. Het nadeel van waterkoeling is het risico op corrosie en verkalking waardoor leidingen dichtslibben.

Thermische olie als alternatief
Door tempereerapparaten op thermische olie in te zetten, kan met extern koelwater ook de olie en daarmee het proces gekoeld worden. Dit levert een hoge koel- en verwarmingscapaciteit op zonder problemen met corrosie en verkalking. Het nadeel is de hoge temperatuur van slangen en het risico op lekkages bij foutief aangesloten koppelingen. Ook veroudert de olie op termijn en moet deze dan vervangen worden.

Extrusietechnieken

• Folie-extrusie
• Plaatextrusie
• Profielextrusie
• Blaasvormextrusie
• Compounderen