Știri din articolele de specialitate în prelucrarea și reciclarea materialelor plastice
Autorii sau companiile numite sunt singurii responsabili pentru conținutul prezentat în articolele de specialitate.
Prima aplicație de turnare prin injecție cu alcool polivinilic (PVAL) în serie
Reinhard Bauer - Technokomm, pentru Wittmann Battenfeld GmbH
Un material plastic puțin cunoscut anterior este alcoolul polivinilic (PVAL). Oferă proprietatea remarcabilă de a fi solubil în apă și, în același timp, de o rezistență ridicată la majoritatea substanțelor chimice de contact. PVAL nu este foarte cunoscut, deoarece până acum a fost posibilă fabricarea de folii, dar nu și piese turnate prin injecție. Motivul pentru aceasta este gama largă de parametri de material, o circumstanță însoțitoare a metodei de producție în serie. Punctul de cotitură a fost determinat doar de soluțiile abordate de compania austriacă/poloneză de turnare prin injecție Buzek Plastic, care pe parcursul unei perioade de 10 ani și mai multe etape evolutive a dezvoltat o tehnologie de producție la scară largă pentru fabricarea de containere de detergent multi-camere solubile în apă (Fig. 1) și peste 1,3 miliarde de unități/Anul produs. Mașinile și tehnologia de automatizare pentru aceasta au venit de la Wittmann Battenfeld.
Alcool polivinilic, în mare parte necunoscut în ciuda proprietăților sale unice
Alcoolul polivinilic (PVAL) a fost produs pentru prima dată în 1924 de către chimiștii germani Wilhelm Hermann și Wolfram Hдhnel, făcându-l unul dintre cele mai vechi tipuri de plastic. Este interesant, în acest context, că PVAL nu poate fi produs direct din monomerul alcoolului vinilic, ci doar prin ocolirea unei reacții de hidroliză (cunoscută și sub numele de saponificare) cu sodă caustică din chiar mai vechi acetat de polivinil plastic (PVAC), care datează din 1913 chimistul german Fritz Klatte fusese produs pentru prima dată. De asemenea, este interesant faptul că cele două materiale plastice au proprietăți diferite, în ciuda faptului că sunt direct legate. Acetat de polivinil este insolubil în apă, butanol, dietil eter, eter de petrol și hidrocarburi alifatice, dar solubil în alcooli inferiori, numeroși cetoni, esteri, eteri ciclici, hidrocarburi aromatice și clorurate. Nu la fel cu alcoolul polivinilic: este solubil în apă, dar rezistent la majoritatea solvenților organici anhidri.
Producția de alcool polivinilic poate fi controlată în așa fel încât PVAC să fie transformat complet sau doar parțial în PVAL. Cu cât mai multe reziduuri de acetat rămân în alcoolul polivinilic, cu atât este mai mică solubilitatea în apă. În legătură cu aceasta, punctul de topire, vâscozitatea topiturii și parametrii de procesare variază, de asemenea. În timp ce punctul de topire pentru PVAL complet hidrolizat este de aproximativ 230 ° C, acesta este în intervalul de la 180 la 200 ° C pentru tipurile parțial hidrolizate. Densitatea este cuprinsă între 1,21 și 1,31 g/cm3, în funcție de tipul de material.
Ceea ce au în comun ambele materiale plastice este lungimea mai mică a lanțului polimeric comparativ cu alte materiale plastice. Acesta este în intervalul de la 100 la 5000 și variază de la lot la lot, în funcție de condițiile procesului. Proprietățile mecanice asociate PVAL depind, de asemenea, de conținutul de apă, deoarece apa difuzată acționează ca un plastifiant. Prin urmare, PVAL își pierde rezistența la tracțiune la umiditate ridicată, dar câștigă elasticitate.
În plus, PVAL este un strat foarte bun de formare și are o umiditate ridicată. Ca rezultat, soluțiile apoase sunt utilizate ca o componentă a adezivilor sau a agenților de aderență și îngroșare în spray-uri de păr sau șampoane. De asemenea, ca aditiv în prelucrarea hârtiei, dar și ca agent de eliberare a matriței la fabricarea pieselor compozite din fibre, care pot fi apoi spălate. În producția de sticle PET, PVAL este utilizat ca strat de barieră CO2. Producția de folii este, de asemenea, destul de obișnuită, de ex. pentru pungi de ambalare care ar trebui să se dizolve. Aplicațiile în știința criminalistică sunt ceva mai exotice, în cazul în care tampoanele cu acoperiri PVAL sunt utilizate pentru a absorbi urmele de fum.
Turnare prin injecție PVAL = deschidere nouă
În istoria sa de aproape 100 de ani, compușii cu alcool polivinilic au fost greu sau niciodată prelucrați prin turnare prin injecție. Motivul principal a fost atât lipsa ideilor de produs, cât și caracteristicile materiale fluctuante cu până la plus/minus 20 la sută.
După câteva teste preliminare, un tip PVAL cu vâscozitate scăzută a apărut ca punct de plecare pentru un material care poate fi modelat prin injecție, care fusese dezvoltat inițial pentru industria hârtiei. Acesta a constituit punctul de plecare de la care a fost dezvoltat un compus material viabil într-un program de testare iterativ prin adăugarea de ajutoare de procesare. Odată ce acest lucru a fost disponibil, a fost posibilă fabricarea containerului cu pereți subțiri (Fig. 1), care avea o dimensiune de aproximativ 30 x 40 x 15 mm, mai întâi cu o cavitate 1, apoi cu 4 cavități și, în cele din urmă, cu o matriță cu 12 cavități. Testele efectuate în centrul tehnic Battenfeld pe mașini de turnare prin injecție complet electrice de tipul BA 1000/500 CDK-SE și EM 1600/350 au arătat că injecția rapidă și controlul precis al presiunii de injecție ar duce la progres, chiar dacă ratele de respingere continuă să fie rezultatul fluctuațiilor legate de lot în datele materiale aproximativ 15-20 la sută au fost acceptabile.
Proiectul de inginerie a aplicațiilor devine independent
2005: Etapa II de evoluție: celulele de producție de 32 și 64 de ori devin standard
După aproximativ un an, tehnologia procesului și compoziția compușilor materialului au fost suficient de stabile încât s-a avut în vedere o extindere suplimentară a producției. Deoarece designul produsului nu a fost modificat deocamdată, timpul ciclului a rămas la 28 de secunde, la fel ca și rata de resturi de aproximativ 15%. Dar ceea ce trebuia dezvoltat în continuare a fost modul în care a fost efectuată inspecția vizuală a pieselor. În loc de o evaluare pe fiecare mașină, a existat un sistem de transfer de piese cu mai multe benzi la care au fost conectate mai multe mașini și a condus la o zonă centrală de inspecție în care oamenii au continuat să examineze fiecare piesă individuală.
2013/14: Etapa de evoluție III: Uzină nouă bazată pe conceptul Industry 4.0
Când în 2012, capacitatea spațială a producției interne a fost ocupată în totalitate de 19 unități de producție, iar ratele de creștere suplimentare erau pe ordinea de zi, Buzek-Plastic a decis să construiască o unitate de producție suplimentară în afara fabricii clientului. Fără structuri date, ar trebui utilizate cele mai recente metode de producție. Ideea principală a fost dorința unei rețele complete de date în toate etapele de producție, cu posibilitatea suplimentară de autocontrol în cadrul toleranțelor de calitate specificate, așa cum este descris în conceptele din industria 4.0. Ideea centrală a fost implementarea unui sistem automat de eroare zero prin interblocarea autoreglabilă a etapelor de producție (Fig. 2).
Andreas Huber, director general al Buzek Plastic: „După ce ne-am transmis dorințele și ideile către mai mulți producători de mașini, am găsit în cele din urmă partenerul de cooperare potrivit în echipa Wittmann, care a fost deschisă inovației.
Mulțumită programului lor extins de producție pentru tot ce are legătură cu mașinile de turnat prin injecție și munca lor de pionierat în tehnologia interfeței (sistemul Wittmann 4.0), ideile noastre despre o companie care se reglementează în anumite limite nu au fost respinse ca utopie, ci au fost implementate pas cu pas cu noi.
În paralel cu concepția sistemului, a început un proces de reproiectare în strânsă cooperare cu clientul containerului, pe agenda căruia reducerea costurilor produsului printr-o reducere suplimentară a greutății, precum și o scurtare semnificativă a ciclului. În primul rând: acest obiectiv ar putea fi atins sub forma unei greutăți cu 10% mai puține (cu aceleași dimensiuni externe) și o scurtare a ciclului preconizată de 25%. Dar, odată cu aceasta, eficiența mașinilor hidraulice a fost epuizată. Schimbarea la tehnologia de turnare prin injecție servo-electrică pare a fi singura alternativă sensibilă. Cu toate acestea, agregatele de dimensiunea necesară nu erau încă disponibile. Prin urmare, mai era încă o lucrare de dezvoltare de făcut în acest sens. Într-un dialog plin de viață între Andreas Huber și tehnicienii Battenfeld, a început dezvoltarea specificațiilor de performanță, sub forma mașinii hibride MacroPower E 450/2100 cu unitate de prindere hidraulică cu 2 plăci cu 450 de tone de forță de prindere și unitate de injecție servo-electrică dimensiunea 2100 a fost realizată pentru prima dată (Fig. 3-5).
Fiecare mașină de turnare prin injecție a fost extinsă într-o celulă de producție de către un robot liniar și un transfer de paleți de circulație pentru recipientele pieselor turnate cu stații atașate de testare și manipulare a pieselor turnate. O importanță deosebită este cea adaptată cantităților de producție crescute drastic și cerințelor de calitate
Sistem de viziune pentru evaluarea pieselor turnate. Echipate acum cu 12 camere și un sistem de oglindă, fotografiile sunt făcute de pe cinci laturi ale fiecăreia dintre cele 64 de piese turnate într-un mod sincronizat cu ciclul și trimise către sistemul de analiză din aval. Software-ul său este capabil să recunoască 23 de posibile erori (Fig. 6 și 7). Piesele defecte sunt sortate de un sistem de manipulare pick-and-place imediat după stația de fotografiere și înlocuite cu piese bune dintr-un tampon de piese. Acest lucru asigură faptul că numai 100% piese bune sunt transmise către stația de ambalare automată (Fig. 8 și 9). În interiorul părților periferice, toate stațiile de procesare comunică între ele conform unui algoritm logistic special dezvoltat pentru a compensa fluctuațiile de capacitate.
Nivelul de performanță atins în noua fabrică este, în general, impresionant. Nu numai că a fost posibilă creșterea volumului de producție pe celulă de turnare prin injecție cu peste 400% în opt ani, proporția de respingeri a fost, de asemenea, redusă de la aproximativ 15% la mai puțin de 3%.
Etapa de evoluție IV previzibilă
Una peste alta, toate celulele de producție complet automate din noua fabrică sunt deja din nou utilizate pe deplin. Următorul pas evolutiv este înlocuirea vechilor sisteme de producție internă cu celule de producție suplimentare în noua fabrică. Din nou, nu este vorba doar de creșterea capacității, ci și de creșterea eficienței din nou. Cu ajustări inovatoare de design, cu ajutorul cărora greutatea produsului poate fi redusă, există o perspectivă concretă de a putea crește acest lucru cu încă 300 la sută.
Wittmann Battenfeld GmbH
Wiener Neustдdter Strasse 81
2542 Kottingbrunn, Austria
Tel.: +43 2252 404-0
Fax: +43 2252 404-1062