Мультифункциональная система дозирования

Межфакультетская научно-исследовательская кооперация

Инициатива по созданию межфакультетской научно-исследовательской кооперации «MUNACU — мультифункциональные композиционные смеси натуральных и синтетических волокон» содержалась в публикации Федерального министерства образования и научных исследований (BMBF). Согласно этому документу, BMBF в рамках поощрительной программы FHInvest оказывает поддержку вузам, желающим совершенствовать свой научно-исследовательский профиль либо имеющим в качестве основного направления разработку инвестиционных проектов по созданию и использованию новых приборов.
«Изначально мы задумали объединить классическую деревообработку с апробированной и эффективной технологией литьевого формования One-Shot», — комментирует ход проекта Петер Карлингер, профессор Университета Розенхайм. Совместно со своими коллегами — доктором технических наук Михаэлем Шемме, специалистом по волокнистым композитам, и доктором факультета технологии деревообработки и строительства деревянных сооружений Андреасом Миханиклем Карлингер сформулировал концепцию проекта «Мультифункциональные облегченные конструкции из натурального сырья, в частности из волокон, полученных из возобновляемых ресурсов».

Единая архитектура установки

В процессе конфигурации установки научные сотрудники следовали концепции, которая отвечает главной теме проекта: «От сырья—через волокна—к строительному элементу». Комплексная пилотная установка состоит из многочисленных компонентов, размещенных в различных зонах:
— рафинировочное устройство для производства определенных волокон из натурального сырья в лаборатории древесного материаловедения;
— термопластавтомат, работающий по технологии DCIM, на экспериментальной площадке переработки синтетических материалов;
— гравиметрическая станция синхронного дозирования и смешивания с четырьмя модулями дозирования;
— вертикальный блок смыкания, который одновременно может использоваться в качестве матричного пресса;
— дополнительный термопластавтомат (агрегат, устанавливаемый на болтах);
— установка компаундер-термопластавтомат (IMC) с гравиметрическим устройством непрерывной подачи;
— 6-осевой робот, опытные формы и испытательная аппаратура. Литье по технологии DCIM

По объединенной технологии прямого компаундирования и инжекционного литья (Direct Compounding Injection Molding —DCIM) подготовка сырья и окончательное формование происходят за один производственный этап. Для этого в одношнековом экструдере-компаундере предусмотрен стандартный блок пластикации и впрыска. Расплав подается к блоку через специальный перепускной клапан, расположенный в головке экструдера. Резервуар для расплава не требуется; сам процесс литья также остается неизменным. Прямая переработка при повышенных температурах имеет как технические, так и экономические преимущества. В частности, следует отметить улучшенное качество материала благодаря меньшей температурной и механической нагрузке (меньшая срезывающая нагрузка). Более длинные волокна также попадают в переработку и щадящим образом гомогенизируются в расплаве, что является важным аспектом в переработке натурального волокна. За счет исключения дополнительного этапа подготовки снижаются также себестоимость и расход энергии. Технология DCIM является совместной разработкой фирм Krauss Maffei, motan-colortronic и эксперта в области компаундирования - Exipnos.

Четырехкратная мощь Labline

Подача материала на экструдер-компаундер осуществляется посредством гравиметрического дозатора-смесителя серии Graviplus производства motan-colortronic (Германия). Система дозирования оснащена четырьмя модулями дозирования Labline. Пока один модуль дозирования может автоматически заполняться вакуумным загрузчиком Metro, три остальных модуля следует заполнять вручную.

В базовом исполнении были выбраны червячные дозаторы для различных режимов подачи (для легкосыпучих, средне- и трудно сыпучих материалов). Дозатор оснащен двумя шнеками. Модульная конфигурация системы дозирования позволяет быстро и при минимальных затратах адаптироваться к различным задачам дозирования. По этой причине она оптимально подходит для плановой научно-исследовательской деятельности. Опционально представлены различные модули дозирования для гранулята, микрогранулята, порошка и крошки, а также для жидкостей. Для трудносыпучих и несыпучих материалов к модульной системе могут подключаться дозирующие станции с двойными шнеками и мешалками.

Система Graviplus работает по принципу дифференциального взвешивания или дозирования по принципу «потери в весе». По сравнению с загрузочным дозатором она обеспечивает более высокую точность дозирования, что показали испытания дозаторов на предыдущем проекте. Данный критерий особенно важен для трудносыпучих материалов. Кроме прочего, благодаря дозированию непосредственно в экструдер-компаундер практически исключается расслоение смеси. Наряду с требуемой точностью дозирования это стало дополнительным аргументом в поддержку гравиметрического дозатора непрерывного действия. В ходе производства контроллер сравнивает фактическую производительность с заданным значением, благодаря чему моментально определяются отклонения. Компенсируются они за счет скорости вращения рабочего органа дозатора.

Вывод материала осуществляется непрерывно и синхронно в приемные емкости. Из них готовая однородная смесь подается в зону питания компаундера. Данный метод позволяет избежать расслоения материала. Поскольку поток материала непрерывно контролируется по весу, колебания объемного веса сыпучих материалов, изменения размера гранул или изменяющиеся характеристики потока при дифференциальном дозировании никоим образом не влияют на точность дозирования. Это очень важно для предстоящих испытаний в Розенхайме, поскольку дозирование и подача натурального волокна сами по себе являются сложной задачей.

Управление системой дозирования осуществляется контроллером Gravinet GP, обслуживаемым в режиме меню посредством сенсорного TFT-дисплея с диагональю 12,1 дюйма. Сообщения и информация о неисправностях выводятся контроллером в форме незакодированного текста. «Наряду с высокой точностью дозирования и воспроизводимостью результатов очевидным требованием было и простое обслуживание данной системы. При минимальном количестве манипуляций мы способны менять как саму экспериментальную модель, так и материал», — дополняет Петер Карлингер.

Основная проблематика плановых исследований

Теперь благодаря имеющемуся технологическому оборудованию экспертам в области переработки древесных и синтетических материалов открываются широкие возможности для исследований материалов и процессов. В центре внимания находится разработка новых материалов и методов получения облегченных конструкций для обеспечения ресурсосберегающего, экономичного и многофункционального производства строительных элементов из натурального волокна. В добавление к этому в сочетании с установкой компаундер-термопластавтомат (Injection Molding Compounder — IMC), который также оснащен гравиметрической системой непрерывного дозирования motan-colortronic, запланированы сравнительные испытания между оборудованием, реализующим технологию DCIM, и классическим двухшнековым экструдером с сонаправленными шнеками.