В процессе производства полимерных пленок одной из труднейших задач является предотвращение простоя установки. Каждая остановка линии означает возникновение затрат, связанных с выходом из строя оборудования, а также приводит к другим технологическим проблемам. Отверждение расплава в экструдере, отложения в материальном цилиндре или фильере приводят к повышению расходов на техобслуживание и ремонт и увеличивают время от запуска линии до получения качественного продукта. Основной причиной простоя линии по производству плоскощелевой пленки является образование в ходе переработки отложений на валках каландра в результате взаимодействия паров расплава и частиц из воздуха. Данное явление приводит к необратимой потере качества пленки и к необходимости постоянно чистить валки каландра.
 |
Фирма Derichs из Крефельда (Германия) взялась за решение этой проблемы вместе со своим деловым партнером — выходцем из Технологического университета Клаусталя, компанией PlasmaGreen (Клаусталь, Германия). Предметом разработки стала возможность осуществления чистки валков каландра без остановки производства и негативного воздействия как на сами валки, так и на качество выпускаемой продукции. Тема очистки валков по вышеуказанным причинам не является новой. На рынке уже имеются более или менее удачные решения этой задачи. Для очистки без остановки процесса производства применяются чистящие ролики, роликовые щетки, очищающие салфетки и ткань или же системы скребков. В дополнение к ручной чистке в режиме остановки линии каландр очищается сухим льдом, или, при более серьезных повреждениях, поверхности валков обрабатываются механически, то есть полируются.
Технология очистки холодной плазмой
Новая разработка под названием ED TouchlessClean от Derichs основана на технологии так называемой холодной плазмы. Этим ноу-хау занимается PlasmaGreen — компания во главе с доктором Вольфгангом Маус-Фридрихсом, организованная благодаря поддержке Федерального министерства экономики в рамках программы Exist. PlasmaGreen специализируется на различных применениях холодной плазмы. Так, наряду с очисткой поверхностей она используется в том числе для очистки выхлопных газов и удаления сажи. Подобный тип плазмы применяется и в медицине для лечения кожных заболеваний. Преимущество холодной плазмы в том, что она не оказывает какого- либо серьезного теплового воздействия. Для активации нужны два электрода, один из которых защищен диэлектриком. При очистке каландра поверхность самого валка служит в качестве второго электрода. Система очистки по технологии ED TouchlessClean состоит, таким образом, из реакционной балки, на которой смонтирована большая часть управляющих электронных компонентов и заизолированный электрод. Эта балка монтируется параллельно поверхности валка и за счет точной регулировки устанавливается в положение, необходимое для создания плазменного разряда. Ширина зазора между электродом балки и поверхностью контролируется с помощь
 |
датчиков с погрешностью ±0,2 мм. Поскольку плазма работает бесконтактно, чистка валка может производиться в ходе производственного процесса. В зоне обработки все органические соединения разлагаются под действием содержащихся в плазме различных высокоактивных соединений, в том числе озона. Так как почти все пластмассы базируются на углеродных соединениях, загрязнения на поверхности валков в основном расщепляются на углекислый газ и воду. Неорганические составляющие полимерного расплава под действием плазмы расщепляются и уносятся пленкой. При необходимости плазму можно дополнить различными газами, обеспечивая тем самым расщепление различных веществ, содержащихся в расплаве. Например, это может быть необходимо при переработке поливинилхлорида, вследствие содержащегося в материале хлора. Разработка способа бесконтактной очистки поверхности валков каландров без остановки работы экструзионной линии оказалась настолько инновационной, что фирма Derichs получила для проведения испытаний финансирование от Федерального министерства экономики в рамках проекта ZIM (центральная инновационная программа для среднего уровня) на два года, проект номер ZF462902KO9. На эти средства было проведено множество исследовательских и лабораторных работ, в результате которых была создана демонстрационная установка. На ее основе в процессе модификации была спроектирована и произведена опытно-промышленная версия установки.
Испытание технологии в условиях производства
Опытно-промышленную установку смонтировали на действующей линии одного из постоянных клиентов фирмы Derichs. Для экспериментов была предоставлена линия экструзии плоскощелевой пленки с 3-валковым каландром. Размеры валков: диаметр 600 мм, ширина рабочей поверхности 1300 мм. Производительность экструдера составляет около 650 кг/ч. На линии из рециклированного ПЭТ производился тонкий лист для термоформования пищевой упаковки. Ассортимент выпускаемой продукции включал 18 цветов при толщине листа от 310 до 650 мкм. Обычный цикл чистки валков вручную занимал в зависимости типа продукции от 5 до 40 часов. Перед началом испытаний, которые длились с ноября 2020 года до начала июля 2021 года, был проведен инструктаж для сотрудников, а затем каждые две недели на 1-3 дня приезжали сотрудники Derichs и PlasmaGreen для оказания помощи на месте. Ответственные лица и сотрудники компании-переработчика оказывали проекту максимальную поддержку. Поставленная задача — сбор данных в условиях промышленного производства — была чрезвычайно трудной. Особенно осложняла сбор корректных репрезентативных данных частая смена цвета и толщины листа. Кроме того, тестовые прогоны учащали простои установки, не связанные с чисткой каландра. Несмотря на это, действенность очистки с помощью системы ED TouchlessClean удалось доказать уже при первых испытательных прогонах. В ходе исследования было изучено и задокументировано множество тестовых параметров, таких как температура валков каландра, структура поверхности и толщина загрязнения, температура окружающей среды в зоне установки. Для проверки безопасности работы установки был проведен замер уровней загрязнения в районе балки и в зоне пульта управления во время работы установки очистки и в выключенном состоянии. В процессе тестирования посредством соответствующего контрольного блока задавались различные параметры плазмы, которые затем изучались с точки зрения эффективности очистки. Отдельно с помощью технологии моделирования были получены данные о распределении плазмы в рабочей зоне. По завершении испытаний были получены следующие результаты:
— удалось получить ширину зазора между электродами, необходимую для активации однородной плазмы, а затем стабилизировать ее;
— система управления работала стабильно и без сбоев в течение полугода;
— активация плазмы также происходила стабильно в течение полугода;
— эффективность очистки была неоднократно и достоверно доказана.
Полученные в результате исследования данные используются для разработки нового прототипа, который в конце 2021 года также будет опробован в ходе промышленных испытаний. Несмотря на то, что разработка плазменной системы очистки каландров займет времени больше, чем планировалось, первые результаты уже обнадеживают. Прогноз, касающийся снижения уровня расходов и повышения безопасности данного способа очистки по сравнению с обычными методами, является многообещающим. Фирма Derichs, которой в следующем году исполняется 50 лет, подтверждает благодаря созданию данного решения высокий уровень своих инноваций и ориентированность на потребителя. После того как в 2014 году на руководящие должности пришли новые сотрудницы, Derichs с энтузиазмом и увлечением стал заниматься разработкой целого спектра продукции и сервисного обслуживания высокоточных валковых систем. Стратегия клиентоориентированности при этом часто приводит к возникновению новых интересных проектов. Сотрудничество же с различными исследовательскими организациями расширяет круг необходимых контактов для реализации самых смелых идей.
