Muovikalvoekstruusion energia- ja resurssitehokkuus sekä kehityskohteita

Abstract

Tässä työssä käsitellään muovien prosessoinnin energiatehokkuutta tasokalvoekstruusion sekä puhalluskalvoekstruusion prosesseissa. Muovien prosessoinnin tehokkuuden parantaminen on erittäin tärkeää kestävämmän tulevaisuuden kannalta muovituotteiden valmistusmäärän kasvaessa jatkuvasti. Työssä tutkitaan erikseen prosessin aloittavaa ekstruusiota ja linjojen muita osia. Lisäksi tarkastellaan ekstruusion energiatehokkuuden historiaa ja siihen liittyvää tutkimusta. Tarkoituksena on löytää niitä muoviekstruusion osia ja vaiheita, joilla on suuri merkitys energia- ja resurssitehokkuuden kannalta.

Työn alussa käsitellään yksiruuviekstruusiolaitteistoa ja sen toimintaperiaatetta polymeerien prosessoinnissa. Yksiruuviekstruusiosta selitetään laitteiston tärkeimmät osat sekä, se, mitä ruuvin syöttövyöhykkeellä, sulatusvyöhykkeellä ja homogenointivyöhykkeellä tapahtuu. Lisäksi kuvataan paineen ja lämpötilan kehitystä prosessissa. Kun ekstruusio on käsitelty, perehdytään taso- ja puhalluskalvoekstruusion linjastoihin, ja niiden osiin sekä merkittävimpiin eroihin linjastojen ja lopputuotteiden välillä.

Laitteistojen esittelyn jälkeen siirrytään tarkastelemaan energia- ja resurssitehokkuutta ja etsimään syitä näiden hukalle. Energiatehokkuuden tarkastelussa käydään läpi erilaisia mahdollisia muuttujia prosessin parametrien vaikutuksista laitteistojen eroihin. Tarkasteluun on otettu etenkin jäähdytyksen vaikutus energiahukkaan ja ekstruuderin moottorin energiatehokkuuteen liittyviä asioita. Tutkimusten perusteella havaittiin, että ruuvin pyörimisnopeuden nostaminen ja sitä kautta tuoton kasvattaminen on tärkeä tekijä tehokkuuden parantamiseksi. Tämän ohella ekstruusio voi tehostua esimerkiksi modernimmilla ruuvin ja sylinterin geometrioilla eli kehittämällä laitteiston eri osia voidaan parantaa prosessin energiatehokkuutta. Myös paremmalla jäähdytyksellä ja moottorilla voidaan saavuttaa merkittäviä säästöjä energiankulutuksessa.

Resurssihukkaan liittyen pohditaan polymeerien hajoamista prosessin aikana, laadunvaihtoon liittyviä ongelmia, reunanauhojen leikkuuta sekä puhalluskalvoekstruusiolla tehtyjen kalvojen paksuusvaihtelun syitä. Lisäksi työssä nostetaan esille työntekijöiden osaamisen ja motivaation vaikutus resurssitehokkuuteen. Tärkeäksi tekijäksi resurssitehokkuuden taustalla osoittautuivat viipymäaika ja sen jakauma. Näiden tekijöiden paremmalla hallinnalla voidaan osaltaan vähentää polymeerien hajoamista ja vaikuttaa laadunvaihdon tehokkuuteen. Lisäksi puhalluskalvoekstruusion suuttimen kehityksellä voidaan parantaa kalvon paksuuden tasaisuutta.

Työssä esitellään myös joitain konkreettisia kehitysideoita edellä mainittuihin kohteisiin. Lisäksi tarkastellaan tekoälyn kehittymiseen liittyviä mahdollisuuksia prosessin tehokkuuden kehittämisen välineenä