Kumiekstruusion optimointi

Abstract

Opinnäytetyön tarkoituksena oli tutkia kumiekstruuderiin integroidun sulapumpun vaikutuksia kumin tuottoon ja sulalämpöön. Muoviteolliuudessa sulapumppujen käyttö on melko yleistä verrattuna kumiteollisuuteen. Sulapumppujen käyttöä kumiteollisuudessa rajoittaa niiden vaurioitumisherkkyys. Sulapumpun edut perustuvat sen tehokkuuteen tuottaa painetta ja vakiotuottoon. Ekstruusioprosessissa vakiotuotolla taataan mittatarkka ekstrudaatti. Sulapumppua käytettäessä massan paine muodostetaan vasta sulapumpun hammaspyörillä, jolloin ekstruuderin tehontarve pienenee. Näin ollen ekstruuderin tehtäväksi jää kumiseoksen pehmentäminen, homogenointi ja riittävän syötön takaaminen sulapumpulle. Ekstruuderi pystyy tämän vuoksi prosessoimaan enemmän materiaalia, koska energiaa kuluu vähemmän paineen muodostamiseen. Sulapumpun vaikutuksien tutkimiseksi tehtiin koevalutuksia, joita ajettiin kahdella eri viskositeetin EPDM-kumilla. Valutuksia suoritettiin eri lämpötilaprofiileilla ja ruuvin kierrosnopeuksilla sekä sulapumpun kanssa että ilman. Saatujen tulosten perusteella voidaan todeta, että tuotto kasvaa merkittävästi, kun sulapumppu on integroituna. Sen sijaan sulalämmöt olivat samoilla ruuvin pyörimisnopeuksilla kuumempia, kun ajettiin sulapumpun kanssa. Samaan tuottoon päästiin kuitenkin alhaisemmilla sulalämpötiloilla, kun kokeet suoritettiin sulapumpun avulla.

The purpose of this thesis was to examine extrusion through a gear pump and its effects on the output and melt temperature of rubber. Gear pumps are commonly used in the plastics industry but because of their failure sensitivity they are not very common in the rubber industry. The benefits of a gear pump are based on its ability to produce pressure and constant output. The constant output ensures dimensional accuracy of extrudates in the extrusion process. The extruder requires less power because the pressure build-up is generated in the gear pump. With less energy wasted for pressure build-up, the extruder can process more material. Processing includes plasticizing, homogenizing and ensuring sufficient feed to the gear pump. Bleeding tests were made with two different EPDM rubbers with different viscosities to examine the effects of the gear pump. The tests were conducted with different barrel temperature profiles and screw speeds, both with and without the gear pump. From the bleeding test results it can be clearly seen that the output increases significantly when the extrusion is done through the gear pump. On the other hand, the melt temperatures were higher with the same screw speeds when extruding through the gear pump. However, the same output can be reached with lower melt temperatures by utilizing the extruder-gear pump system.