Hoe u de juiste pelletiseermachine selecteert voor uw plastic pelletiseermachine

Pellets kunnen 'slechts' een tussenproduct zijn, maar hun grootte, vorm en consistentie zijn van belang bij daaropvolgende verwerkingsactiviteiten.
Dit wordt zelfs nog belangrijker als we de steeds hogere eisen die aan compounders worden gesteld in ogenschouw nemen. Welke uitrusting ze momenteel ook hebben, het lijkt nooit geschikt voor de volgende uitdaging. Voor een toenemend aantal producten kan extra capaciteit nodig zijn. Een nieuw polymeer of additief kan te taai, zacht of corrosief zijn voor de bestaande apparatuur. Of misschien vereist de klus een andere pelletvorm. In dergelijke gevallen hebben compounders behoefte aan diepgaande technische kennis over de verwerking en nauwe samenwerking met hun leverancier van pelletiseerapparatuur.
De eerste stap bij het aangaan van dergelijke uitdagingen begint met de selectie van apparatuur. De meest voorkomende classificatie van pelletiseringsprocessen omvat twee categorieën, onderscheiden door de staat van het plastic materiaal op het moment dat het wordt gesneden:
• Smeltpelletiseren (heet snijden): smelt komt uit een matrijs die vrijwel onmiddellijk in pellets wordt gesneden die worden getransporteerd en gekoeld door vloeistof of gas;
•Strandpelletiseren (koud snijden): De smelt afkomstig van een matrijskop wordt omgezet in strengen die na afkoelen en stollen tot pellets worden gesneden.
Variaties op deze basisprocessen kunnen worden afgestemd op de specifieke inputmateriaal- en producteigenschappen bij de geavanceerde productie van verbindingen. In beide gevallen kunnen in elke fase van het proces tussenliggende processtappen en verschillende mate van automatisering worden opgenomen.
Om de beste oplossing voor uw productievereisten te vinden, begint u met het beoordelen van de status quo en het definiëren van toekomstige behoeften. Ontwikkel een vijfjaarlijkse projectie van materialen en vereiste capaciteiten. Kortetermijnoplossingen blijken na verloop van tijd vaak duurder en minder bevredigend te zijn. Hoewel bijna elke pelletiseerlijn bij een compounder een verscheidenheid aan producten zal moeten verwerken, kan elk systeem slechts worden geoptimaliseerd voor een klein deel van het gehele productportfolio.
Bijgevolg zullen alle andere producten onder compromisomstandigheden moeten worden verwerkt.
De partijgrootte, in combinatie met de nominale systeemcapaciteit, zal een zeer sterke impact hebben op het pelletiseerproces en de machinekeuze. Omdat de productiepartijen voor samengestelde producten doorgaans vrij klein zijn, is de flexibiliteit van de apparatuur vaak een groot probleem. Factoren zijn onder meer gemakkelijke toegang voor reiniging en onderhoud en de mogelijkheid om eenvoudig en snel van het ene product naar het andere te gaan. Het opstarten en uitschakelen van het pelletiseersysteem moet een minimale verspilling van materiaal met zich meebrengen.
Een lijn die gebruik maakt van een eenvoudig waterbad voor strengkoeling is vaak de eerste optie voor menginstallaties. De individuele lay-out kan echter aanzienlijk variëren vanwege de eisen op het gebied van doorvoer, flexibiliteit en mate van systeemintegratie. Bij het pelletiseren van strengen verlaten polymeerstrengen de matrijskop en worden door een waterbad getransporteerd en gekoeld. Nadat de strengen het waterbad verlaten, wordt het restwater door middel van een zuigluchtmes van het oppervlak geveegd. De gedroogde en gestolde strengen worden naar de pelletiseermachine getransporteerd en door het invoergedeelte met een constante lijnsnelheid naar de snijkamer getrokken. In de pelletiseermachine worden strengen tussen een rotor en een bedmes in ruwweg cilindrische pellets gesneden. Deze kunnen worden onderworpen aan een nabehandeling zoals classificeren, extra koelen, drogen en transporteren.
Als er sprake is van continue bereiding, waarbij er minder productveranderingen nodig zijn en de capaciteiten relatief hoog zijn, kan automatisering voordelig zijn om de kosten te verlagen en tegelijkertijd de kwaliteit te verhogen. Een dergelijke automatische strengpelletiseerlijn kan gebruik maken van een zelfstrengende variant van dit type pelletiseermachine. Deze wordt gekenmerkt door een koelwaterglijbaan en een geperforeerde transportband die de koelgoot en verdampingsleiding vervangen en zorgen voor automatisch transport naar de pelletiseermachine.
Sommige polymeerverbindingen zijn behoorlijk kwetsbaar en breken gemakkelijk. Andere verbindingen, of sommige ingrediënten ervan, kunnen zeer gevoelig zijn voor vocht. Voor dergelijke materialen is de pelletiseermachine met transportband het beste antwoord. Een geperforeerde transportband neemt de strengen uit de matrijs en transporteert ze soepel naar de snijder. Verschillende opties voor koelwatersproeiing, vernevelaars, Venturi-stempels met perslucht, luchtventilator of combinaties daarvan zorgen voor veel flexibiliteit.

WANNEER ONDER WATER GAAN
Als de pelletvorm bij voorkeur meer bolvormig dan cilindrisch is, is het beste alternatief een onderwater-hotface-snijder. Met een capaciteitsbereik van ongeveer 20 lb/uur tot enkele tonnen/uur is dit systeem toepasbaar op alle materialen met thermoplastisch gedrag. Tijdens bedrijf wordt de polymeersmelt verdeeld in een ring van strengen die door een ringvormige matrijs naar een snijkamer stromen die is overspoeld met proceswater. Een roterende snijkop in de waterstroom snijdt de polymeerstrengen tot pellets, die onmiddellijk uit de snijkamer worden getransporteerd. De pellets worden als slurry naar de centrifugaaldroger getransporteerd, waar ze door de impact van roterende schoepen van het water worden gescheiden. De droge pellets worden afgevoerd en aangeleverd voor verdere verwerking. Het water wordt gefilterd, getemperd en teruggevoerd naar het proces.
De hoofdcomponenten van het systeem – snijkop met snijkamer, matrijsplaat en opstartklep, allemaal op een gemeenschappelijk ondersteunend frame – vormen één groot geheel. Alle andere systeemcomponenten, zoals proceswatercircuit met bypass, snijkamerafvoer, kijkglas, centrifugaaldroger, bandfilter, waterpomp, warmtewisselaar en transportsysteem kunnen uit een uitgebreid assortiment accessoires worden geselecteerd en gecombineerd tot een taakspecifiek systeem.
In elk onderwaterpelletiseersysteem bestaat er een kwetsbaar temperatuurevenwicht binnen de snijkamer en de matrijsplaat. De matrijsplaat wordt zowel continu gekoeld door het proceswater als verwarmd door matrijskopverwarmers en de hotmeltstroom. Het verminderen van het energieverlies van de matrijsplaat naar het proceswater resulteert in een veel stabielere verwerkingsconditie en een hogere productkwaliteit. Om dit warmteverlies te verminderen kan de processor kiezen voor een thermisch isolerende matrijsplaat en/of overschakelen naar een door vloeistof verwarmde matrijs.
Veel verbindingen zijn behoorlijk schurend, wat resulteert in aanzienlijke slijtage van contactonderdelen zoals de draaiende bladen en filterschermen in de centrifugaaldroger. Andere verbindingen kunnen gevoelig zijn voor mechanische impact en overmatig stof genereren. Voor beide speciale materialen plaatst een nieuw type pelletdroger de natte pellets op een geperforeerde transportband die over een luchtmes loopt en zo het water effectief afzuigt. Slijtage van machineonderdelen en schade aan de pellets kunnen sterk worden verminderd in vergelijking met een klopdroger. Gezien de korte verblijftijd op de band is doorgaans een vorm van naontwatering (zoals met een wervelbed) of extra koeling vereist. Voordelen van deze nieuwe oplossing voor het drogen van pellets zonder impact zijn:
• Lagere productiekosten dankzij de lange levensduur van alle onderdelen die in contact komen met pellets.
•Zachte verwerking van pellets, wat een hoge productkwaliteit en minder stofontwikkeling garandeert.
•Verlaagd energieverbruik omdat er geen extra energietoevoer nodig is.

ANDERE PELLETEERPROCESSEN
Sommige andere pelletiseerprocessen zijn nogal ongebruikelijk op het gebied van compounderen. De eenvoudigste en goedkoopste manier om kunststoffen tot een geschikte maat te verkleinen voor verdere verwerking kan een eenvoudige maalhandeling zijn. De resulterende vorm en grootte van de deeltjes zijn echter uiterst inconsistent. Sommige belangrijke producteigenschappen zullen ook negatief worden beïnvloed: de bulkdichtheid zal drastisch afnemen en de free-flow-eigenschappen van de bulk zouden zeer slecht zijn. Dat is de reden waarom dergelijk materiaal alleen acceptabel is voor inferieure toepassingen en tegen vrij lage kosten op de markt moet worden gebracht.
Het in blokjes snijden was sinds het begin van de 20e eeuw een gebruikelijk verkleiningsproces. Het belang van dit proces is al bijna 30 jaar gestaag afgenomen en levert momenteel een verwaarloosbare bijdrage aan de huidige pelletmarkten.
Het pelletiseren van onderwaterstrengen is een geavanceerd automatisch proces. Maar deze productiemethode wordt voornamelijk gebruikt bij de productie van nieuwe polymeren, zoals voor polyesters, nylons en styreenpolymeren, en kent geen algemene toepassing in de hedendaagse compounding.
Luchtgekoeld pelletiseren met matrijsvlak is een proces dat alleen toepasbaar is voor niet-kleverige producten, vooral PVC. Maar dit materiaal wordt vaker gemengd in batchmengers met verwarming en koeling en afgevoerd als droge mengsels. Slechts een verwaarloosbare hoeveelheid PVC-verbindingen wordt omgezet in pellets.
Waterringpelletiseren is ook een automatische handeling. Maar het is ook alleen geschikt voor minder kleverige materialen en vindt zijn belangrijkste toepassing in de recycling van polyolefinen en in enkele kleinere toepassingen in compounding.

INVLOED OP PRODUCTEIGENSCHAPPEN

Bij het kiezen van het juiste pelletiseerproces wordt niet alleen rekening gehouden met de vorm van de pellet en het doorvoervolume. De pellettemperatuur en het restvocht zijn bijvoorbeeld omgekeerd evenredig; dat wil zeggen: hoe hoger de producttemperatuur, hoe lager het restvocht. Sommige verbindingen, zoals veel soorten TPE, zijn plakkerig, vooral bij hoge temperaturen. Dit effect kan worden gemeten door de agglomeraten (tweelingen en veelvouden) in een bulk pellets te tellen.
In een onderwaterpelletiseersysteem kunnen dergelijke agglomeraten van kleverige pellets op twee manieren worden gegenereerd. Ten eerste ligt de oppervlaktetemperatuur van de pellet onmiddellijk na het snijden slechts ongeveer 50° F boven de temperatuur van het proceswater, terwijl de kern van de pellet nog steeds gesmolten is, en de gemiddelde pellettemperatuur slechts 35° tot 40° F onder de smelttemperatuur. Als twee pellets met elkaar in contact komen, vervormen ze lichtjes, waardoor er een contactoppervlak tussen de pellets ontstaat dat vrij mag zijn van proceswater. In die contactzone zal de gestolde huid onmiddellijk opnieuw smelten als gevolg van de warmte die door de gesmolten kern wordt getransporteerd, en zullen de pellets met elkaar versmelten.
Ten tweede stijgt na het afvoeren van de pellets uit de droger de oppervlaktetemperatuur van de pellets als gevolg van warmtetransport van de kern naar het oppervlak. Als zachte TPE-pellets in een container worden bewaard, kunnen de pellets vervormen, worden warme contactoppervlakken tussen individuele pellets groter en neemt de hechting toe, wat opnieuw leidt tot agglomeraten. Dit fenomeen wordt waarschijnlijk versterkt bij kleinere pelletgroottes, bijvoorbeeld micropellets, omdat de verhouding tussen oppervlakte en volume toeneemt met een kleinere diameter.
De agglomeratie van pellets kan worden verminderd door een wasachtige substantie aan het proceswater toe te voegen of door de pelletoppervlakken onmiddellijk na de pelletdroger te verpoederen.
Door een aantal pellettests uit te voeren met een consistente doorvoersnelheid, krijgt u een idee van de maximale praktische pellettemperatuur voor dat materiaaltype en pelletgrootte. Alles boven die temperatuur zal de hoeveelheid agglomeraten vergroten, en alles onder die temperatuur zal het restvocht doen toenemen.
In enkele gevallen kan de pelletiseerbewerking overbodig zijn. Dit geldt alleen voor toepassingen waarbij nieuwe polymeren rechtstreeks kunnen worden omgezet in eindproducten, bijvoorbeeld de directe extrusie van PET-platen uit een polymeerreactor. Als het samenstellen van additieven en andere ingrediënten echter echte waarde toevoegt, is directe conversie niet mogelijk. Als pelletiseren noodzakelijk is, is het altijd het beste om uw opties te kennen.
OVER DE AUTEUR
Horst Mueller trad in 1997 in dienst bij Automatik Plastics Machinery GmbH, een toonaangevende Duitse fabrikant van apparatuur voor het pelletiseren van kunststoffen. Mueller is betrokken bij engineering, ontwikkeling, standaardisatie, administratie van intellectueel eigendom, documentatie en marketing.