Wat veroorzaakt matrijsopbouw bij kunststofextrusie en hoe kun je dat voorkomen?

Matrijsophoping, ook wel matrijskwijl, matrijsbloeding of plate-out genoemd, is een veelvoorkomend probleem bij kunststofextrusie dat de productkwaliteit in gevaar kan brengen en de productie-efficiëntie kan belemmeren. Dit fenomeen doet zich voor wanneer materiaal zich ophoopt op de matrijs, vooral bij of in de buurt van de matrijsuitgang, door factoren zoals het matrijsontwerp, materiaaleigenschappen¹of procesomstandigheden. Het verkrijgen van inzicht in de oorzaken en het implementeren van effectieve preventiestrategieën zijn essentieel voor het garanderen van soepele extrusieprocessen van hoge kwaliteit.

Matrijsopbouw bij kunststofextrusie wordt voornamelijk veroorzaakt door geometrie uitgang matrijs²Maar dit kan worden beperkt door een geoptimaliseerd matrijsontwerp, proceshulpmiddelen en materiaalbeheersing.

Wat veroorzaakt matrijsopbouw bij kunststofextrusie?

Matrijsafzetting is het gevolg van een combinatie van factoren die elkaar beïnvloeden tijdens het extrusieproces. Hier volgt een nadere blik op de belangrijkste boosdoeners:

• Geometrie bij het verlaten van de matrijs: De vorm en hoek van de stansuitgang hebben een grote invloed op de ophoping. Onderzoek toont aan dat scherpe randen of convergerende spuitgietuitgangen, zoals een hoek van 90°, de ophoping van de matrijslip (DLBU) kunnen vergroten. Daarentegen kan een afgeschuinde uitgang (bijvoorbeeld 15° voor HDPE) de ophoping verminderen door de smeltdruk en -snelheid te verlagen. Zelfs kleine onvolkomenheden, zoals een kleine radius van 0,010 inch bij de uitgang van de matrijs, kunnen bij bepaalde polymeren leiden tot oppervlaktescheuren en -ophoping. Effect van de geometrie van de uitgang van de matrijs op het interne kwijlfenomeen tijdens lineaire extrusie van HDPE-smelt.

• Materiaaleigenschappen: Vooral polymeren met additieven, anorganische stoffen of een brede moleculaire gewichtsverdeling (MWD) zijn hier gevoelig voor. Vocht in het materiaal kan bijvoorbeeld de scheiding van componenten versnellen onder hoge afschuifkracht en temperatuur, wat leidt tot ophoping. Materialen zoals HDPE zijn gevoelig voor dit probleem door thermisch geïnduceerde degradatie die de elasticiteit van de smelt verhoogt NOVA-Chem-Tech-Bulletin-Die-Lip-Buildup-FINAL.pdf; Onderzoek naar het fenomeen drool in HDPE polymeer smelt.

• Procesomstandigheden: Een hoge smeltdruk en -snelheid kan vacuüms of wervelingen creëren die lichtere componenten naar de matrijslippen trekken, waardoor de ophoping verergert. Dit is vooral duidelijk bij extrusies met hoge snelheid of bij het verwerken van materialen met verschillende reologische profielen.

Hoe kun je afzetting van matrijzen voorkomen?

Om afzetting van sterfte te voorkomen is een proactieve, op maat gemaakte aanpak nodig. Hier zijn enkele bewezen strategieën:

• Matrijsontwerp optimaliseren: Door de uitgang van de matrijs aan te passen naar een afwijkende vorm, zoals een schuine kant van 15° voor HDPE, worden de smeltdruk en -snelheid verlaagd, waardoor ophoping wordt geminimaliseerd. Het is raadzaam om deze aanpassingen eerst op kleinere machines te testen en machinefabrikanten te raadplegen NOVA-Chem-Tech-Bulletin-Die-Lip-Buildup-FINAL.pdf.

• Gebruik proceshulpmiddelen: Additieven die smeltfractuur verminderen, kunnen ook de matrijsopbouw verminderen, wat een flexibele oplossing biedt zonder grote veranderingen aan de apparatuur.

• Materiaalvocht controleren: Het drogen van materialen tot minder dan 0,05 wt% vocht voorkomt scheiding en ophoping, vooral in polymeermengsels. Door componenten met vergelijkbare reologische profielen op elkaar af te stemmen, worden de risico's verder beperkt.

• Matrijscoatings aanbrengen: Uniforme metalen coatings aan de binnenkant van de matrijs zijn bestand tegen slijtage en polymeerhechting, maar moeten mogelijk regelmatig opnieuw gecoat worden.

• Regelmatig onderhoud en schoonmaken: Een routineschema voor het inspecteren en reinigen van de matrijs voorkomt dat afzettingen escaleren, inclusief het controleren op slijtage en het zorgen voor de juiste uitlijning.

Wat zijn de meest voorkomende materialen die beïnvloed worden door afzetting van matrijzen?

Sommige materialen zijn gevoeliger voor matrijsopbouw³ vanwege hun inherente eigenschappen. Hier is een uitsplitsing:

• HDPE (polyethyleen met hoge dichtheid): Zeer gevoelig door opzwellen van de matrijs en thermische degradatie-effecten op smeltelasticiteit⁴.

• LDPE (polyethyleen met lage dichtheid): Matig beïnvloed, vaak gekoppeld aan vloei-eigenschappen en vocht.

• PP (polypropyleen): Varieert per graad, met bredere MWD die de gevoeligheid verhoogt.

• Polymeermengsels: Hoog risico door scheiding van onderdelen onder invloed van afschuiving en temperatuur.

Wat zijn de stappen om problemen met matrijsopbouw op te lossen?

Wanneer de matrijs zich ophoopt, kan een gestructureerde aanpak het probleem lokaliseren en oplossen:

1. Isoleer de bron: Verwijder de onderdelen van het mengsel afzonderlijk om het boosmakende materiaal te identificeren.

2. Vervang het Primaire Polymeer: Test een ander polymeer om te bepalen of het probleem materiaalspecifiek is.

3. Inspecteer de matrijsuitgang: Controleer op slijtage, schade of onjuiste geometrie die bijdragen aan de opbouw.

4. Evalueer een bredere matrijsuitgang: Gebruik tijdelijk een bredere uitgang om de rol van de geometrie te beoordelen.

5. Analyseer de opbouwsamenstelling: Onderzoek de ophoping om ophopende componenten te identificeren en pas de formulering aan.

Conclusie

Matrijsophoping bij kunststofextrusie is een complexe uitdaging die de productkwaliteit en efficiëntie beïnvloedt. Door de oorzaken aan te pakken - geometrie van de matrijsuitgang, materiaaleigenschappen en procesomstandigheden - en oplossingen toe te passen zoals een geoptimaliseerd matrijsontwerp, proceshulpmiddelen en materiaalbeheersing, kunnen fabrikanten dit onder controle houden. Regelmatig onderhoud en systematische probleemoplossing zorgen voor een soepele werking.