Systemen voor het voeden en doseren van extrusiegrondstoffen: overzicht

Deze pagina richt zich op het ontwerpen en bedienen van bulkvaste-stof-voeders aan de inlaat van een extrusieproces. Het succes van een extrusieproces is immers net zozeer afhankelijk van het ontwerp van het grondstoffen-doseringsysteem als van het daaropvolgende schroefprofiel van de extruder. Ongecontroleerd voeden van materialen leidt tot formuleringproblemen in de extruder en een proces dat moeilijk te regelen is, of zelfs tot producten die niet aan specificaties voldoen.

1. Hoe bulkvaste materialen aan een extruder te voeden?

De toevoer van grondstoffen (poeder of korrels) naar een extruder moet worden gedoseerd. Dit kan worden bereikt via één of meerdere doseersystemen, die het materiaal doseren, hetzij volumetrisch (wanneer de vereiste nauwkeurigheid niet al te hoog is), hetzij gravimetrisch (via gewichtsverlies) wanneer de nauwkeurigheid kritisch is (bijvoorbeeld bij een chemische reactie in de extrusiemachine, waarbij een specifieke stoichiometrie vereist is). Deze bewerking kan worden uitgevoerd door verschillende typen voeders, zoals schroeftransportbanden of bandtransportbanden.

Het gedoseerde materiaal wordt doorgaans via een trechter naar de inlaat van de extruder geleid. Omdat gassen (afkomstig van compressie in de extruder of chemische reacties) terugstromen naar de inlaat, is het essentieel een ontluchting te voorzien om overtollige lucht/gas af te voeren en zo verstoring van de dosering en materiaalstroom naar de machine te voorkomen.

2. Mengen van grondstoffen

Het doseren van een enkel materiaal is zelden interessant (behalve misschien voor het compacteren van een gedefinieerd poeder). Meerdere ingrediënten moeten daarom aan een extruder worden gedoseerd om een formulering te verkrijgen die voldoet aan specifieke toepassingseisen van een bedrijf (versterkte kunststofcompounds, reactieve extrusie, verrijkte voedingsrecepten, enz.).

Een mengstap wordt daarom vaak vóór de extrusiestap uitgevoerd om een goede homogeniteit van de grondstoffen te garanderen. Slechte homogeniteit leidt immers tot inconsistente kwaliteit van het extrusieproduct, aangezien extrusie slechts beperkte terugmengcapaciteit heeft. Het mengen kan zowel in batch (waarna het gemengde product door één voeder aan de extruder wordt gedoseerd) als continu (waarin meerdere voeders elk een ingrediënt doseren aan een continue mixer, die op zijn beurt continu aan de extruderinlaat voedt). Uiteraard zijn complexere processen mogelijk, waarbij één van de ingrediënten een voorgemengd mengsel ("preblend") is dat voorafgaand aan de dosering aan de continue mixer is gemengd.

3. Verschillende voedingsystemen voor een extrusielijn

3.1 Batchmengen (Partijmengen)

Een eenvoudige methode om de verhouding van grondstoffen naar de extrusielijn te regelen, is een mengstap vóór de dosering naar de extruder. Dit kan met een conventioneel droogmengsysteem dat de verschillende grondstoffen in de gewenste verhoudingen weegt,, ze in een menger laadt (meestal een lintmenger (ribbon blender), of een paddelmenger), mengt gedurende een bepaalde tijd om de vereiste homogeniteit te bereiken, en vervolgens het gemengde materiaal afvoert naar een trechter, waar een volumetrisch of gravimetrisch doseersysteem het mengsel opneemt en naar de extruderinlaat transporteert.

Figuur 1: Batchmengsysteem en dosering naar een extrusielijn

Dit type proces is eenvoudig te regelen, zowel wat betreft mengen als doseren (enkele doseerder) naar de extrusielijn. Aan de andere kant vereist het ruimte, apparatuur en kan het beperkt zijn in capaciteit.

3.2 Continue mengen

Een alternatief is het vermijden van een batchmenger in het proces en in plaats daarvan een continue mixer direct boven de extruder plaatsen. Continue mengers zijn zeer compact en kunnen hoge volumestromen bereiken. De mixer wordt voorzien van poeder of korrels door meerdere voeders (doorgaans 1 per grondstof), bij voorkeur bediend in gewichtsverliesmodus (gravimetrische voeding).

Deze optie is compacter en beter geschikt voor extrusieprocessen met hoge capaciteit. Het kan echter moeilijker te regelen zijn, aangezien de nauwkeurigheid van meerdere voeders moet worden gewaarborgd.

Enkele alternatieven kunnen worden overwogen:

• Voor complexe formuleringen kan een hybride oplossing tussen de twee hierboven beschreven processen nodig zijn: continue mengers kunnen immers maximaal 4-5 gravimetrische voeders (gewichtsverlies) accommoderen. Indien meer vereist is, kan het nodig zijn een voorgemengd mengsel ("preblend") te maken met een batchmenger eerder in het proces en dit voorgemengde mengsel door een gravimetrische voeder te doseren.
• Bij kunststofcompounds kan, indien de korrels goede stroombaarheidseigenschappen hebben, een continue mixer worden overgeslagen en het materiaal rechtstreeks naar de extruderinlaat worden gevoerd, waar het mengen door de extrusieschroef voldoende is om de gewenste kwaliteit te bereiken.