Inleiding

Extrusie is een veelgebruikt productieproces om allerlei producten te maken die we dagelijks gebruiken. Daarom zijn we allemaal direct verbonden met extrusie. Verwacht wordt dat de industrie voor thermoplastische buizen alleen al 4,8 miljard dollar waard zal zijn in 2030, met een samengesteld jaarlijks groeipercentage van ongeveer 5,5%.

Toch is het maar een klein deel van de hele industrie. Extrusie wordt gebruikt in verschillende sectoren, zoals de auto-industrie, de verpakkingsindustrie, de medische industrie, de bouw en consumptiegoederen, met een totale verwachte marktwaarde van 220,51 miljard dollar.

Extrusie is een fabricageproces dat een revolutie teweeg heeft gebracht in verschillende industrieën. Van verpakkingen tot auto’s en van lucht- en ruimtevaart tot medische toepassingen, deze veelzijdige techniek heeft zijn weg gevonden naar talloze toepassingen.

Wat is extrusie?

Met extrusie kunnen producenten dingen vormen en produceren met een uniform profiel van de dwarsdoorsnede. Om een continue vorm met een homogene dwarsdoorsnede te maken, wordt een materiaal, vaak een thermoplast of een flexibel metaal, door een matrijs of een opening geperst.

Extrusieverhouding

De extrusieverhouding is de startdwarsdoorsnede van de uiteindelijke extrusie / dwarsdoorsnede.

De extrusieverhouding is belangrijk omdat het aangeeft hoeveel mechanische arbeid de machine moet verrichten tijdens de extrusie. Belangrijk om op te merken is dat wanneer de extrusieverhouding laag is, er een minimale hoeveelheid mechanisch werk verricht moet worden tijdens het extrusieproces.

Als de extrusieverhouding daarentegen hoog is, is er meer druk nodig. Dit kan worden opgelost door de kracht aan te passen die door de machines stroomt, ook wel de doorvoer of voedingssnelheid genoemd.

Je moet meer materiaal in je toevoeropening spuiten. Met de meeste van de grootste mengers in de industrie kun je tot 1600 kg/u (doorvoer) in het materiaal doseren.

Je moet de schroefsnelheid aanpassen om een lage extrusieverhouding te garanderen.

Waarom is de extrusieverhouding belangrijk?

De extrusieverhouding is van vitaal belang voor fabrikanten omdat hun machines zullen presteren gedurende de jaren dat ze draaien. Het beïnvloedt niet alleen de mate van vervorming en het vloeikarakter van het geëxtrudeerde materiaal, maar ook de sterkteparameters van dit proces. Een extruder, met name het vat en de matrijs, is onderhevig aan slijtage en de machine moet handmatig worden afgesteld om efficiënt materiaalgebruik en een consistente productkwaliteit te garanderen.

Soorten extrusie

Dubbele extrusie (co-extrusie)

Co-extrusie is het vormen van een extrudaat dat bestaat uit meer dan één thermoplastische smeltstroom. Het proces is ontstaan omdat aan sommige eisen, vooral in de verpakkingsindustrie, niet kon worden voldaan met één polymeer, hoewel een combinatie van polymeren wel aan die eisen kon voldoen. Co-extrusie werd voor het eerst toegepast bij de productie van gegoten folie en wordt nu gebruikt bij de extrusie van folie en folie.

Het co-extrusieproces wordt in veel extrusieprocessen gebruikt om twee of meer extruderuitgangen samen te brengen tot een enkel meerlagig product met

• Verbeterde prestaties
• Productdifferentiatie
• Kostenbesparingen
• Toegevoegde functionaliteit
• Minder handling
• Hoge doorvoer
• Extrusie van kunststof

Kunststofextrusie is een productieproces waarbij ruw kunststof (voornamelijk polymeer) wordt gesmolten en door een matrijs wordt geduwd om een doorlopend profiel te maken. Extrusieproductie in kunststof produceert buizen, omheiningen, vlonderrails, raamkozijnen en folie.

Het proces om geëxtrudeerde kunststof producten te maken begint met het doseren en toevoeren van kunststof materialen, zoals poeder, korrels en granulaat, vanuit een trechter in de trommel van de extruder. Nadat het materiaal is gesmolten en door de schroef is geperst, wordt het gesmolten materiaal door de matrijs geperst. Nadat het geëxtrudeerde product uit de matrijs komt, wordt het gevormd en afgekoeld.

Blaasgieten is uitzonderlijk populair voor het maken van andere producten zoals plastic flessen. Voor de plastic speelgoedindustrie is spuitgieten geschikter. Wil je het verschil weten? Lees dan ons artikel: Spuitgieten vs. Blaasgieten.

Folie-extrusie

Plastic folie is een dun, continu materiaal dat veel wordt toegepast in de voedselverpakkingsindustrie. Een dikker plastic materiaal wordt vaak een “vel” genoemd. Kunststoffolie scheidt gebieden of volumes, houdt voorwerpen vast en fungeert als barrière of bedrukbaar oppervlak. Het wordt meestal gebruikt voor verpakking, snoepverpakking, fotografische film of zelfs om een complete helikopter in te pakken voor transport.

Extrusie van buizen

Extrusie van buizen. Met het proces voor buisjes of geëxtrudeerde buisjes worden medische buisjes en drinkrietjes gemaakt. Dit proces is vergelijkbaar met het gewone extrusieproces tot aan de matrijs en de eigenlijke extrusiefase.

Kunststof extrusieproces

Inzicht in de verschillende processen die bij extrusie komen kijken is essentieel om nauwkeurige en efficiënte productieresultaten te behalen. Het kunststof extrusieproces bestaat over het algemeen uit de volgende stappen:

Materiaalvoorbereiding

Bij extrusie heb je de mogelijkheid om een veelheid aan polymeren te gebruiken. Het verwerken van materialen is echter ingewikkeld en vereist het kiezen van het juiste materiaal om tot een product te komen dat geschikt is om te verkopen. Je hebt een polymeerhars, ook wel polymeerdrager genoemd, nodig voor je productie. Afhankelijk van het gewenste product kunt u overwegen om een pigment toe te voegen, naast andere optionele additieven zoals UV-absorbers, hulpmiddelen tegen breuk, antioxidanten of PET-ketenverlengers.

Synthetische materialen die vaak worden gebruikt voor extrusieprocessen zijn onder andere:

Polyethyleen (PE)

Een veelzijdig thermoplastisch polymeer dat bekend staat om zijn uitstekende chemische weerstand, duurzaamheid en lage kosten. Het wordt veel gebruikt in verschillende toepassingen, waaronder verpakkingsfolie, buizen, pijpen en draadisolatie.

Polypropyleen (PP)

Een ander populair thermoplastisch polymeer dat bekend staat om zijn hoge sterkte, chemische weerstand en goede thermische stabiliteit. PP wordt vaak gebruikt in verpakkingen, auto-onderdelen, textiel en huishoudelijke artikelen.

Polyvinylchloride (PVC)

Een veelgebruikt thermoplastisch polymeer dat bekend staat om zijn uitstekende elektrische isolatie-eigenschappen, duurzaamheid en vlambestendigheid. PVC wordt vaak gebruikt in bouwmaterialen, buizen, kabels en raamprofielen.

Polystyreen (PS)

Een veelzijdige thermoplast met goede stijfheid, slagvastheid en helderheid. Het wordt vaak gebruikt in verpakkingsmateriaal, wegwerpbestek en isolatiepanelen.

Polyethyleentereftalaat (PET)

Een thermoplastisch polymeer dat bekend staat om zijn uitstekende sterkte, transparantie en weerstand tegen vocht en chemicaliën. PET wordt veel gebruikt in drankflessen, voedselverpakkingen en synthetische vezels.

Acrylonitril-butadieenstyreen (ABS)

Een taaie en stijve thermoplast die bekend staat om zijn hoge slagvastheid en hittebestendigheid. ABS wordt vaak gebruikt in auto-onderdelen, elektronische behuizingen en consumentengoederen.

Polycarbonaat (PC)

Een transparante thermoplast die bekend staat om zijn hoge slagvastheid, optische helderheid en hittebestendigheid. PC wordt vaak gebruikt in brillenglazen, auto-onderdelen en elektronische componenten.

Polyamide/Nylon (PA)

Een stevige en duurzame thermoplast die bekend staat om zijn uitstekende mechanische eigenschappen, hittebestendigheid en chemische weerstand. Nylon wordt vaak gebruikt in technische toepassingen, textiel en auto-onderdelen.

Dit zijn slechts enkele voorbeelden van kunststoffen die in extrusieprocessen worden gebruikt. Er zijn vele andere soorten kunststoffen en polymeerverbindingen beschikbaar, elk met unieke eigenschappen en toepassingen.

Extruder instellen

Het monteren van de extrudermachine vereist een zorgvuldige installatie en nauwkeurige kalibratie om de juiste uitlijning te garanderen.

De volgende stap is het installeren van de juiste extrusiematrijs of het juiste gereedschap, een taak die een cruciale rol speelt bij het bepalen van de vorm en grootte van het eindproduct.

Aandacht voor het schroefontwerp is essentieel, vooral gericht op het cilindrische ontwerp van de trommel. Dit aspect is van grote invloed op de nauwkeurigheid van uw materiaaldispersie en draagt bij aan het behalen van de gewenste productspecificaties.

Doseren

Bij doseren gaat het om het nauwkeurig meten en regelen van de precieze hoeveelheid additieven, kleurstoffen of andere componenten die met het basismateriaal van kunststof moeten worden gemengd.

Fabrikanten gebruiken doseerapparatuur of -systemen om deze extra stoffen op een gecontroleerde manier in de extruder te brengen.

Meer weten over hoe wij kunststofproducenten in extrusie helpen om materialen nauwkeurig te doseren? Bezoek onze website!

Smelten

Het plastic materiaal in de extruder voeren met behulp van een schroefmechanisme. Door warmte en mechanische energie toe te passen om kunststof te smelten, ontstaat een homogene gesmolten massa. Smeltextrusie is het smelten van polymeerkorrels door warmte en wrijving toe te passen door de loop van de extruder.

Het gesmolten polymeer wordt dan door een piepklein gaatje geduwd of, wat vaker voorkomt, een “douchekop” van gaatjes die een spindop wordt genoemd. Terwijl de stroom gesmolten polymeer zich van de spindop verwijdert, verhardt deze tot een vaste vezel. Deze vezel wordt herhaaldelijk getrokken en verhit terwijl hij langs de extrusielijn naar het eindproduct beweegt.

De belangrijkste voorwaarde voor de materiaalkeuze is dat het polymeer moet smelten en sterke schuifkrachten moet kunnen weerstaan zonder al te veel van zijn moleculaire gewicht te verliezen.

Om een product van hoge kwaliteit te maken, moeten productietechnici zorgen voor de juiste deeltjesgrootte door de smeltsnelheid vast te stellen en geleidelijk smelten door warmte toe te passen in het vat. Je hebt een zo constant mogelijke warmte nodig om de juiste viscositeit van je product te garanderen. Als een van deze stappen niet perfect wordt uitgevoerd, zal dit resulteren in een vervormd product.

De schroef invoeren

Nadat het materiaal in de schroef is gevoerd, duwt een combinatie van verwarmings- en doorvoerelementen het materiaal door de matrijs om het geëxtrudeerde product te vormen.

Als alternatief smelten sommige fabrikanten materiaal door de matrijs te verwarmen en het geforceerde materiaal erdoor te trekken. Deze techniek staat ook bekend als pultrusie. Extrusie duwt materiaal door een matrijs, terwijl pultrusie het materiaal erdoorheen trekt. Pultrusie maakt gebruik van composieten die versterkt zijn met lange vezelstrengen, zoals koolstof, kevlar of glas.

Homogenisatie en drukopbouw

De extruder mengt en homogeniseert het gesmolten kunststof continu met behulp van de draaiende schroef.

Het verhogen van de druk op het gesmolten kunststof zorgt voor een goede doorstroming en elimineert luchtbellen of onzuiverheden.

Het is ook mogelijk om de kracht waarmee het materiaal door de matrijs wordt geduwd grotendeels te elimineren. Een veelgebruikte techniek in de industrie is pultrusie. De nadelen zijn dat het proces beperkt is tot onderdelen met een constante of bijna constante doorsnede en dat de kosten voor verwarmde matrijzen hoog kunnen zijn. Pultrusie heeft echter ook talloze voordelen. Als je pultrusie gebruikt, krijg je een product:

• Met hoge sterkte.
• Met een laag gewicht.
• Uitstekend bestand tegen corrosie en rot.
• Ongevoelig voor elektriciteit.
• Uitstekende uniformiteit van producten van hetzelfde type.
• Met een extreem laag aantal fabricagefouten.

Extrusiesnelheid

De extrusiesnelheid verwijst naar de meters per uur nadat het gesmolten materiaal door de matrijs is geperst. Het is essentieel om dit te meten omdat je wilt weten hoeveel je produceert.

De uitdaging is om te meten hoeveel materiaal je gebruikt om een product te maken. Als je kunt zien hoeveel materiaal je hebt gebruikt voor een bepaalde hoeveelheid van het eindproduct, kun je je bestelsystemen automatiseren en aanzienlijke kosten besparen op materiaalgebruik.

Bovendien zegt kennis van de lijnsnelheid niets over de dikte van je product, wat vooral belangrijk is voor holle producten.

Kunststof extrusieprofielen (matrijzen)

Voor het maken van precieze extrusievormen is het van vitaal belang om met een professionele fabrikant in zee te gaan. De matrijs is iets waar je nooit op moet besparen. Waarom? Een kleine afwijking leidt tot foutieve productie en een matrijs van lage kwaliteit gaat snel achteruit.

Een populaire manier om dit probleem in de industrie op te lossen is lijnbesturing.

In wezen is lijncontrole een wiel dat de lijnsnelheid van je extrusie meet. Het wiel draait rond zodat het de dikte van je product bij benadering kan meten binnen een paar meter nadat het product de matrijs heeft verlaten.

Het werkt als volgt: Door het materiaalverbruik gravimetrisch te meten, kan de doseeroplossing communiceren met het draaiende wiel (lijnbesturing) achter je matrijs. Het wiel is verbonden met technologie waarmee je kunt communiceren met de feeder om meer/minder materiaal te doseren voor de juiste productdikte.

We zijn blij dat we tientallen bedrijven hebben geholpen om tonnen afval te elimineren en kijken ernaar uit om aan meer innovatieve oplossingen te werken om de efficiëntie in de extrusie-industrie te verhogen.

Vormgeven en koelen

Nadat de kunststof heet genoeg is om uit de matrijs te komen, moet de warmte worden afgevoerd zonder de afmetingen van het product te vervormen. Er zijn drie primaire koelmiddelen – water, lucht en een gekoeld metalen oppervlak, zoals een rol. Warmtegeleidende vloeistoffen worden gebruikt als temperaturen van meer dan 100°C vereist zijn, zoals in sommige rollen voor folielijnen.

Waterkoeling

De dikte en het doorsnedeprofiel zijn afhankelijk van de koelsnelheid bij het extruderen van kunststof. Filamenten worden vaak gekoeld door ze door een bad met circulerend water te laten lopen.

Voor specifieke polymeren en bepaalde toepassingen kan het nodig zijn dat het polymeer droog blijft. Zo kunnen hydrofiele polymeren die gemakkelijk water absorberen (hygroscopisch) en later worden gebruikt voor extrusie (zoals in een 3D-printer) te veel water opnemen als ze in een waterbad (watertanks) worden gekoeld. In die gevallen moet alleen luchtkoeling worden gebruikt.

Luchtkoeling

Luchtkoeling bij extrusie koelt en stolt het geëxtrudeerde product snel nadat het uit de matrijs komt. Hierbij wordt omgevingslucht of geforceerde luchtcirculatie gebruikt om de temperatuur van het materiaal te verlagen, zodat het zijn vorm en structurele integriteit behoudt.

Hier volgen enkele vereisten waaraan luchtkoeling moet voldoen om zo efficiënt mogelijk te werken:

Onderdelen moeten voldoende lang worden blootgesteld aan de afblaaslucht.
De luchtstroom moet voldoende zijn om alle onderdelen gelijkmatig te drogen.
De koelluchtstroom op de blowers moet instelbaar zijn.
Afblazen moet resulteren in een schoon, droog en beter oppervlak.
Hoewel er verschillende gepubliceerde gegevens zijn voor de warmteoverdrachtscoëfficiënten tussen polymeren en het koelmedium, zijn deze meestal niet specifiek voor uw toepassing en moeten ze proefondervindelijk worden vastgesteld.

Metalen koeling

Bij extrusie verwijst metaalplaatkoeling naar een methode waarbij metalen platen het geëxtrudeerde product koelen en stollen. Deze platen staan in direct contact met het extrusieproduct, waardoor een efficiënte warmteoverdracht ontstaat en het product snel kan stollen. De metalen platen helpen de vorm, afmetingen en mechanische eigenschappen van het geëxtrudeerde materiaal te behouden, waardoor eindproducten van hoge kwaliteit gegarandeerd worden.

Metalen roloppervlakken zijn gebruikelijk voor het koelen van de meeste vlakke platen, extrusiecoating en sommige folies. De meest voorkomende platen zijn stapels van meerdere rollen; de meeste zijn verticaal geplaatst en enkele onder een hoek, zelfs horizontaal, waardoor de smelt in een nip kan vallen. Dunne films en coatings hebben soms maar één grote koelrol, waarmee het plastic in contact komt als het de matrijs verlaat (afstand instelbaar).

Post-productie

Snijden en afwerken

Nadat het product geëxtrudeerd is, trimmen en snijden fabrikanten het product in de gewenste vormen of lengtes. Meestal gebeurt dit automatisch nadat het materiaal door de matrijs is geduwd.

Afhankelijk van de specifieke productvereisten kunnen extra afwerkingsprocessen worden toegepast, zoals koelen, dimensioneren, reliëfdruk of oppervlaktebehandeling.

Afname en wikkelen

De meeste fabrikanten gebruiken een afnamesysteem om het geëxtrudeerde kunststof product voorzichtig van de matrijs af te trekken en zijn vorm en afmetingen te behouden.

Wikkelen is het veranderen van het geëxtrudeerde product op spoelen, rollen of andere vormen van verpakking voor opslag, transport of verdere verwerking.

Kwaliteitscontrole en inspectie

Kwaliteitscontrole is gericht op regelmatige controles tijdens het extrusieproces om de nauwkeurigheid van de afmetingen, de oppervlaktekwaliteit en de naleving van de specificaties te garanderen.

Door kritieke parameters zoals temperatuur, druk en extrusiesnelheid te controleren, kunnen fabrikanten het proces onder controle houden en de productkwaliteit optimaliseren.

Post-extrusieprocessen

Afhankelijk van de specifieke toepassing kunnen aanvullende post-extrusieprocessen nodig zijn, zoals bedrukken, snijden, assemblage, oppervlakteafwerking of verder maatwerk.

Verpakking en distributie

Na de post-extrusieprocessen worden de producten goed verpakt om ze te beschermen tijdens opslag, verzending en distributie.

Onderhoud en reiniging

Het uitvoeren van routineonderhoud en -reiniging van de extrusieapparatuur is noodzakelijk om de levensduur en optimale prestaties van de extruders te garanderen.

Afvalbeheer

Afvalbeheer heeft als doel om milieuvriendelijke praktijken te promoten en zich hierop te richten, het beheren en op de juiste manier afvoeren van afval of schroot dat tijdens het extrusieproces ontstaat.

Referentielijst

https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/coextrusion

https://www.ift.org/news-and-publications/food-technology-magazine/issues/2017/july/columns/processing-extrusion-and-applications-in-food-industry#:~:text=Een%20Overzicht%20van%20Extrusie%20Technologie&text=Het%20is%20een%20veelgebruikt%20kaas%2C%20brood%2C%20en%20meer.

https://www.aluminiumtc.com.au/aluminium-extrusions/#:~:text=Aluminium%20Extrusie%20is%20een%20term,sectie%20van%20die%20patroon.

https://en.wikipedia.org/wiki/Plastic_extrusion

https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/melt-extrusion

https://www.intechopen.com/chapters/55427

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9780128153604000043