Wielofunkcyjny system dozujący pomaga łączyć włókna naturalne i tworzywa sztuczne

Gravimetryczna synchroniczna jednostka dozująca i mieszająca z serii Graviplus z czterema modułami dozującymi Labline; jeden moduł dozujący może być automatycznie napełniany za pomocą urządzenia transportowego Metro, podczas gdy pozostałe trzy muszą być napełniane ręcznie. (Zdjęcie: Motan-Colortronic) / Graviplus-series gravimetryczna synchroniczna jednostka dozująca i mieszająca z czterema modułami dozującymi Labline, z których jeden może być automatycznie zaopatrywany materiałem przez urządzenie transportowe Metro, podczas gdy pozostałe trzy muszą być ręcznie napełniane. (Obraz: motan-colortronic)

Modułowy system dozowania można bez większego wysiłku rozbudować o różne moduły dozujące do granulatu, mikrogranulatu, proszku i materiałów mielonych oraz cieczy, co pozwala na szybkie dostosowanie do różnych zadań dozowania. (Zdjęcie: Motan-Colortronic) / The modular dosing system comes with four different dosing modules and can be quickly and easily adapted for feeding granulate, micro granulate, powder, grinding stock and liquids and various dosing tasks. (Image: motan-colortronic)

System dozowania jest sterowany przez jednostkę sterującą Gravinet GP, którą obsługuje się za pomocą menu wyświetlanego na 12,1-calowym ekranie dotykowym TFT. (Zdjęcie: Motan-Colortronic) / The dosing system is controlled by a Gravinet GP control unit, which is operated using a menu displayed on a 12.1" TFT touch screen. (Image: motan-colortronic)

W celu rozwoju innowacyjnych, przyjaznych dla klimatu i zasobów metod oraz materiałów dla przemysłu motoryzacyjnego, przemysłu drzewnego i meblarskiego oraz wielu innych zastosowań, na Hochschule Rosenheim zainstalowano unikalną w kraju instalację o charakterze pilotażowym. Celem projektu inwestycyjnego jest połączenie zalet drewna lub włókien naturalnych z właściwościami tworzyw sztucznych, aby opracować technologicznie innowacyjne produkty z kompozytów z włókien naturalnych i tworzyw sztucznych oraz odpowiednie technologie produkcji do ich wytwarzania.

„MUNACU” – interdyscyplinarna współpraca badawcza

Inicjatywą dla interdyscyplinarnego projektu badawczego „MUNACU – Wielofunkcyjne kompozyty z włókien naturalnych i tworzyw sztucznych” była ogłoszona przez Federalne Ministerstwo Edukacji i Badań (BMBF). Zgodnie z tym, BMBF wspiera w ramach programu finansowania „FHInvest” uczelnie techniczne, które chcą rozbudować swoje profile badawcze lub główne obszary badań za pomocą projektów inwestycyjnych, służących do zakupu i zastosowania urządzeń badawczych.

„Naszym punktem wyjścia było połączenie tradycyjnej obróbki drewna z sprawdzoną i wydajną techniką „One-Shot” wtrysku”, wyjaśnia Peter Karlinger, profesor na Hochschule Rosenheim, opisując rozwój projektu. Karlinger nadzoruje między innymi dziedzinę wtrysku i prowadzi badania w zakresie technologii procesowej przy wtryskiwaniu, lekkiej konstrukcji i technologii czystych pomieszczeń. Wspólnie z kolegami, dr. inż. Michaelem Schemme, specjalistą od kompozytów włókiennych, oraz dr. Andreasem Michanicklem z wydziału technologii drewna i budownictwa, zaprojektował on projekt „Wielofunkcyjna lekka konstrukcja z naturalnych surowców i materiałów, szczególnie z odnawialnych włókien”.

Kompleksowa konfiguracja instalacji

Przy konfiguracji instalacji naukowcy zastosowali holistyczne podejście, które jednocześnie odpowiada głównemu motywowi przewodniemu „Od surowca do włókien, do elementu”. W związku z tym, pilotowa instalacja jest dość złożona i składa się z kilku komponentów w różnych obszarach:

- Instalacja do rafinacji w laboratorium technologii materiałów drzewnych do produkcji określonych włókien z surowców naturalnych
- DCIM-eksporter do wtryskiwania w technikum przetwórstwa tworzyw sztucznych
- Gravimetryczna synchroniczna stacja dozowania i mieszania z czterema modułami dozującymi do zasilania kompresora
- Pionowa jednostka zamykająca, która może służyć także jako prasa wstępna
- Dodatkowy agregat do wtrysku (Bolt-On)
- IMC-eksporter do wtryskiwania z ciągłym dozowaniem gravimetrycznym
- Robot 6-osiowy, narzędzia próbne i urządzenia kontrolne

Przygotowanie materiałów i obróbka z technologią DCIM

W technologii Direct Compounding Injection Moulding (DCIM) przygotowanie surowców i ich formowanie odbywa się w jednym kroku produkcyjnym.

Do tego służy ciągły ekstruder do kompoundowania z jednoprzewodowym ślimakiem, który współpracuje z standardową jednostką do plastyfikacji i wtrysku. Na szczycie ekstrudera znajduje się zawór przełączny, którym reguluje się dopływ materiału do jednostki do plastyfikacji i wtrysku. Nie jest konieczne posiadanie zbiornika na stopioną masę; proces wtrysku pozostaje niezmieniony.

Bezpośrednia obróbka w wysokiej temperaturze ma zarówno zalety techniczne, jak i ekonomiczne. Należą do nich m.in. lepsza jakość materiału dzięki mniejszemu obciążeniu termicznemu i mechanicznemu (mniejsze tarcie), a także możliwość wprowadzania dłuższych włókien i ich delikatnego, jednorodnego rozprowadzenia, co jest istotne przy obróbce włókien naturalnych. Eliminacja dodatkowego etapu półproduktu pozwala także na oszczędności kosztów i energii. Technologia DCIM jest wspólnym projektem firm KraussMaffei, Motan-Colortronic i developera kompozytów Exipnos.

Podwójny system dozowania Labline – precyzja w dozowaniu składników

Zasilanie materiałowe ekstrudera do kompoundowania odbywa się za pomocą gravimetrycznego, synchronicznego systemu dozowania i mieszania z serii Graviplus firmy Motan-Colortronic z Friedrichsdorf. System dozowania wyposażony jest w cztery moduły dozujące Labline. Podczas gdy jeden moduł dozujący może być automatycznie napełniany za pomocą urządzenia Metro, pozostałe trzy są uzupełniane ręcznie. Do podstawowego wyposażenia wybrano ślimaki dozujące dla różnych właściwości granulatu (wolny, umiarkowany i ciężko płynny). Jeden z modułów wyposażony jest w podwójny ślimak.

Moduł dozujący o konstrukcji modułowej można szybko i łatwo dostosować do różnych zadań dozowania, co czyni go idealnym do planowanych badań. Opcjonalnie dostępne są różne moduły dozujące dla granulatu, mikrogranulatu, proszku i kruszywa, a także dla cieczy. Dla materiałów trudnych do sypania lub nieprzepuszczalnych, „zestaw dozujący” zawiera moduły z podwójnym ślimakiem i mieszadłami.

Graviplus działa na zasadzie różnicowego ważenia, znanej też jako „zasada loss-in-weight”. W porównaniu do systemu dozowania na partię, technika loss-in-weight zapewnia znacznie wyższą precyzję dozowania, co potwierdziły testy w poprzednim projekcie. Ten aspekt jest szczególnie istotny przy trudnych do dozowania materiałach. Ponadto, bezpośrednie dozowanie do ekstrudera kompoundującego praktycznie wyklucza rozdzielenie składników. Oprócz wymogu precyzyjnego dozowania, był to kolejny powód, dla którego zdecydowano się na ciągłe, gravimetryczne dozowanie.

Podczas pracy system porównuje rzeczywisty przepływ z ustawionym docelowym, natychmiast wykrywając ewentualne odchylenia. Odchylenia są korygowane przez zmianę prędkości obrotowej dozujących elementów. Materiał jest ciągle i synchronicznie wyprowadzany do zbiornika zbiorczego. Stamtąd powstająca jednorodna mieszanka trafia do podajnika materiału do ekstrudera. Rozdzielenie składników w tym procesie jest praktycznie niemożliwe.

Kontrolowane na bieżąco, wagowe monitorowanie i regulacja przepływu materiału sprawia, że wahania masy w silosie, zmiany wielkości ziaren czy zmienne właściwości przepływu mają minimalny wpływ na precyzję dozowania. Ten aspekt odgrywa kluczową rolę w nadchodzących badaniach w Rosenheim, ponieważ dozowanie i transport włókien naturalnych jest dużym wyzwaniem.

System dozowania jest obsługiwany przez sterownik Gravinet GP, który jest menu-sterowany i wyświetla informacje na 12,1-calowym ekranie TFT z dotykowym interfejsem. Komunikaty i alarmy są wyświetlane w czytelnej formie.

„Oprócz wysokiej precyzji dozowania i powtarzalności wyników, prostota obsługi systemu była wyraźnym wymogiem. Z kilkoma prostymi ruchami możemy zmieniać układ eksperymentalny i wymieniać materiały”, dodaje Karlinger.

Planowane kierunki badań

Dzięki dostępnej obecnie technologii, eksperci z dziedziny drewna i tworzyw sztucznych mają szerokie możliwości do prowadzenia badań materiałowych i technologicznych. Głównym celem jest badanie i rozwój nowych materiałów i metod lekkiej konstrukcji, aby produkować elementy z włókien naturalnych w sposób oszczędny, ekonomiczny i wszechstronny. W połączeniu z kompresorem do wtrysku IMC – również wyposażonym w ciągły, gravimetryczny system dozowania od Motan-Colortronic – planowane są porównawcze badania między technologią DCIM a klasycznym, równoległym ekstruderem dwuzębnym.