Bij de verwerking van thermoplasten is het drogen een van de meest cruciale, maar vaak onderschatte stappen.

Of het nu gaat om de verwerking amorfe kunststoffen of semi-kristallijne technische kunststoffen, moet het vochtgehalte vóór het gieten tot onder het aanbevolen niveau worden teruggebracht. Anders kunnen er gebreken ontstaan, zoals zilveren strepen, luchtbellen, een slechte oppervlakteafwerking, maatinstabiliteit en verminderde mechanische sterkte zijn onvermijdelijk.

Succesvol drogen is echter niet alleen een kwestie van het materiaal verwarmen.

De echte uitdaging ligt in het vinden van het optimale evenwicht tussen droogtemperatuur en droogtijd.

Dit evenwicht is rechtstreeks bepalend voor de productiekwaliteit, het energieverbruik en de productie-efficiëntie.

Inzicht in de relatie tussen temperatuur en tijd

Het drogen van hars is een complex proces waarbij zowel warmteoverdracht en vochtdiffusie.

De basisprincipes ervan kunnen als volgt worden samengevat.

Temperatuur vormt de drijvende kracht

Hogere droogtemperaturen versnellen:

• Vochtdiffusie in de harskorrels
• Verdamping aan het oppervlak
• Totale droogsnelheid

Het verhogen van de temperatuur is de snelste manier om de droogcycli te verkorten.

De tijd zorgt ervoor dat het volledig droogt

Zelfs bij voldoende warmte heeft het drogen nog steeds voldoende tijd nodig voor:

• De warmte moet doordringen tot in het midden van elke pellet
• Intern vocht zal naar het oppervlak migreren
• Het vocht moet volledig verdampen

Als er onvoldoende tijd is, blijft er vocht in het materiaal achter.

De technische afweging

De relatie tussen temperatuur en tijd is altijd een kwestie van evenwicht.

Hoge temperatuur + korte tijd

Voordelen

• Snellere productie
• Hogere benuttingsgraad van de droger
• Lager energieverbruik per batch

Mogelijke risico's

• Vergeling van hars
• Thermische afbraak
• Breuk in de polymeerketen
• Vastkleven of brugvorming van pellets
• Verlaagd molecuulgewicht (met name PET en PC)
• Minder goede mechanische prestaties van afgewerkte onderdelen

Lage temperatuur + lange tijd

Voordelen

• Veiliger voor warmtegevoelige materialen
• Minder risico op thermische schade

Nadelen

• Lagere productie-efficiëntie
• De droger was langer in gebruik
• Toename van het totale energieverbruik
• Tragere productieplanning

De optimale droogstrategie

Het beste droogproces is niet de knapste en niet de langste.

In plaats daarvan heeft elk polymeer zijn eigen optimaal temperatuur-tijdvenster waardoor het materiaal veilig en efficiënt zijn streefvochtgehalte kan bereiken.

Het vinden van deze ‘sweet spot’ is de sleutel tot een productie van hoge kwaliteit.

Van materiaalbehandeling tot intelligente droging

Traditionele droogsystemen voeren gewoon vooraf ingestelde parameters uit.

Moderne slimme goederenafhandelingssystemen moeten zich ontwikkelen tot intelligente systemen die in staat zijn om:

• Detectie
• Besluitvorming
• Procesoptimalisatie

1. Een kennisdatabase over het drogen van materialen opzetten

Elke harssoort moet een eigen droogprofiel hebben, met onder meer:

• Aanbevolen droogtemperatuurbereik
• Maximaal toegestane temperatuur
• Beoogd vochtgehalte
• Typische droogcurves
• Vochtgevoeligheid
• Thermische stabiliteit

Veelgebruikte materialen zijn onder meer:

• ABS
• PC
• PET
• PA6
• PA66
• PBT
• TPU
• PPS

De database kan lokaal worden opgeslagen of continu via de cloud worden bijgewerkt.

Dit vormt de basis voor intelligente procesregeling.

2. Real-time monitoring en vochtvoorspelling

Bij het drogen volgens moderne methoden mag men niet langer vertrouwen op de ervaring van de operator.

In plaats daarvan houdt het systeem voortdurend het volgende in de gaten:

• Temperatuur van de inlaatlucht
• Temperatuur van de retourlucht
• Dauwpunt
• Luchtstroom
• Temperatuur van de trechter

Voor een grotere nauwkeurigheid, een online vochtigheidssensor (zoals nabij-infrarood, NIR) kan bij de uitlaat van de trechter worden geïnstalleerd.

Dit maakt een echte gesloten-lusregeling van het droogproces mogelijk.

Ondertussen maken slimme algoritmen een schatting van:

• Resterende droogtijd
• Verwacht eindvochtgehalte
• Percentage voltooiing van het droogproces

Bedieners hoeven niet langer te raden wanneer de hars klaar is.

3. Intelligente procesoptimalisatie

In plaats van dat operators de droogparameters handmatig moeten instellen, stelt het systeem automatisch de optimale instellingen voor.

Automatische receptaanbeveling

De operators hoeven alleen maar het type hars te selecteren.

Het systeem berekent automatisch:

• Droogtemperatuur
• Droogtijd
• Beoogd vochtgehalte

Energiebesparingsmodus

Als de productietermijnen dit toelaten, kiest het systeem automatisch:

• Lagere droogtemperatuur
• Langere, geoptimaliseerde droogtijd

Hierdoor wordt het totale energieverbruik tot een minimum beperkt, zonder dat dit ten koste gaat van de kwaliteit.

Snelle productiemodus

Wanneer er spoedproductie nodig is, verhoogt het systeem de droogtemperatuur binnen de veilige bedrijfsgrenzen van de hars.

Vervolgens berekent het systeem de kortst mogelijke veilige droogcyclus en waarschuwt het de operators zodra het proces de thermische grens van het materiaal nadert.

Adaptieve regeling met gesloten regelkring

Bij online vochtmeting past de regelaar de instellingen voortdurend aan:

• Temperatuur
• Droogtijd
• Luchtstroom

Zo wordt ervoor gezorgd dat het materiaal het beoogde vochtgehalte bereikt zonder dat het te droog of te vochtig wordt.

4. Intelligent alarm en volledige traceerbaarheid

Een slim droogsysteem moet bovendien een uitgebreide kwaliteitsbescherming bieden.

Beveiliging tegen oververhitting

Het systeem houdt de temperatuur van de hars continu in de gaten.

Als de veilige grenswaarden worden overschreden, worden er onmiddellijk alarmsignalen geactiveerd.

Voorkomen van onvoldoende droging

Het materiaal wordt pas naar de spuitgietmachine geleid als het voorspelde of gemeten vochtgehalte aan de specificaties voldoet.

Hierdoor worden vochtgerelateerde gietfouten al vóór aanvang van de productie voorkomen.

Volledige traceerbaarheid van de productie

Bij elke droogcyclus worden automatisch de volgende gegevens geregistreerd:

• Temperatuurprofiel
• Droogtijd
• Dauwpuntgeschiedenis
• Vochtvoorspelling
• Daadwerkelijke vochtmeting

Deze gegevens kunnen rechtstreeks worden gekoppeld aan de kwaliteit van het eindproduct, met het oog op toekomstige analyse en procesoptimalisatie.

Voordelen voor de klant

Door de verhouding tussen droogtemperatuur en droogtijd op een slimme manier te regelen, behalen fabrikanten aanzienlijke voordelen.

Uitstekende productkwaliteit

• Zilveren strepen verwijderen
• Bellen voorkomen
• Het uiterlijk van het oppervlak verbeteren
• De mechanische sterkte verhogen
• Zorg voor een constante kwaliteit van de onderdelen

Lagere energiekosten

Het systeem bepaalt automatisch de droogstrategie met het laagste energieverbruik, waarbij de vereiste vochtigheidsniveaus worden gehandhaafd.

Hogere productiviteit

• Kortere omsteltijden bij materiaalwisselingen
• Nauwkeurige voorspelling van de droogtijd
• Verbeterde totale apparatuureffectiviteit (OEE)

Eenvoudige bediening

De operators hoeven alleen maar het materiaal te selecteren.

Het intelligente systeem bepaalt automatisch het optimale droogproces, waardoor de afhankelijkheid van de ervaring van de operator wordt verminderd en de productie wordt gestandaardiseerd.

De toekomst van slimme goederenbehandeling

Drogen is niet langer alleen maar een voorbereidende stap vóór het gieten.

Het wordt een kernonderdeel van slimme productie.

Door de relatie tussen temperatuur en tijd te veranderen van een op ervaring gebaseerd proces in een datagestuurd, modelgebaseerd, en Geoptimaliseerd met AI Dankzij besturingsstrategieën evolueren slimme materiaalbehandelingssystemen van eenvoudige materiaaltransportapparatuur naar intelligente platforms voor procesbeheer.

Dit zorgt niet alleen voor een constante productkwaliteit, maar leidt ook tot een lager energieverbruik, een hogere productiviteit en een sterk technologisch voordeel voor fabrikanten die Industry 4.0 omarmen.