1. Postavljanje zadatka

Javio nam se pogon koji proizvodi WPC‑ploče i daske od drvne brašnaste smjese i plastike na bazi poliolefina.
Tehnolog pogona opisao je postojeći problem na sljedeći način:

Većina serija prolazi normalno, ali s nekima imamo osjećaj kao da moramo stalno plesati oko linije da bi profil ispao kako treba.

Simptomi problematičnih serija:

      1. Profil izlazi „u bananu“ ili „u propeler“;
      2. Rubovi se mogu stisnuti, kutovi se mogu zavaliti ili, obratno, napuhnuti;
      3. Mjestimično se na površini pojavljuju pruge, sitne pore ili udubine, ponekad i pjenjenje;
      4. U takvim slučajevima operatori moraju stalno mijenjati temperature zona na ekstruderu, broj okretaja i brzinu izvlačenja, kako bi postigli stabilne radne uvjete.

Tehnolog pritom naglašava:

      1. Receptura je stalna;
      2. Polimer se nabavlja od jednog dobavljača, bez dodavanja vlastitih reciklata;
      3. Drvno brašno također dolazi od jednog dobavljača, iste marke.

Zadatak je formuliran ovako:

Ne razumijemo zašto linija pod ‘istom’ recepturom i sirovinom čas radi, a čas ne. Potrebna nam je pomoć upravo u podešavanju tehnologije.

 

2. Provjera tehnologije

1. Oprema

Najprije provjeravamo očito:

      • stanje ekstrudera, pužnog vijka, glave, sustava grijanja i hlađenja;
      • analiziramo zapise o temperaturama, tlaku, broju okretaja i brzini.
Zaključak:
      • Linija je mehanički u dobrom stanju, postoji rezerva u mogućnostima podešavanja;
      • Vidljivo je da su operateri kvalificirani i da se doista trude „liječiti“ nestabilnost proizvodnje ručnim podešavanjem režima rada.

2. Polimer

Analiziramo moguću povezanost problema s polimerom:

      • Dobavljač je isti, a marka se nije mijenjala kroz dulje razdoblje.
      • Pogon redovito (otprilike jednom u tromjesečju) provodi kontrolnu analizu serije polimera (MFR, osnovni pokazatelji), a rezultati se sigurno uklapaju u tvorničke vrijednosti iz specifikacije dobavljača, koje su u vrlo uskim granicama.
      • U razdoblju koje se istražuje, kada je bilo nekoliko neispravnih serija proizvoda, pogon nije u smjesu dodavao vlastiti reciklat polimera.
      • Iz zapisa je vidljivo da su se situacije tipa „čas ide dobro, čas loše, pa opet dobro“ događale na istom polimeru, i to iz iste serije.

Na temelju toga zaključili smo da je utjecaj polimerne komponente na varijacije procesa sekundaran: marka i serija polimera ostajale su nepromijenjene, pokazatelji su odgovarali specifikaciji, a reciklati se nisu koristili.

 

3. Drvno brašno

Za proizvodnju profila pogon koristi kupljeno drvno brašno za WPC. U tehničkom listu za to brašno naveden je granulometrijski sastav s udjelom frakcije 40–80 mesh u količini od najmanje 80%, kao i raspon masenog udjela vlage od 2 do 6%.
Tehnolozi pogona ovo sirovinsko brašno doživljavali su kao „specijalno brašno za WPC“, pogodno za rad bez dodatne pripreme.

Brašno se isporučuje u vrećama ili big-bagovima, pri čemu su na svakoj ambalažnoj jedinici navedeni: naziv proizvođača, naziv proizvoda i njegova marka, datum proizvodnje i broj serije. Pri zaprimanju na skladište ti se podaci uspoređuju s pratećom dokumentacijom, koja potvrđuje da isporuka odgovara deklariranoj marki i specifikaciji.

Polazeći od toga da je riječ o serijskom proizvodu stalnog dobavljača, pogon nije provodio detaljnu analizu granulometrijskog sastava svake serije, već se ograničavao na periodičnu kontrolu vlažnosti.

3.1. Analiza stvarnog frakcijskog sastava brašna

Polazili smo od toga da za drvno brašno frakcijski sastav i vlažnost određuju specifičnu površinu, viskoznost taljevine, degazaciju i, kao posljedicu, geometriju i poroznost WPC‑profila.
Za početak smo proveli provjeru skladišnih zaliha drvnog brašna: prema etiketama na big‑bagovima utvrđeno je da se na skladištu nalazi drvno brašno koje prema oznakama proizvođača pripada sedam različitih serija.

Za svaku od sedam serija uzeli smo uzorke iz 3–5 vreća i proveli sljedeće analize:

      • proveli smo laboratorijsko prosijavanje na vibracijskim sitima, razdvajajući svaki uzorak brašna na prašnatu frakciju (iznad 80 mesh), „radnu“ frakciju (40–80 mesh) i krupnu frakciju (ispod 40 mesh);
      • izmjerili smo stvarni udio vlage u brašnu za svaki uzorak.

Sve analizirane serije formalno su udovoljavale zahtjevu iz specifikacije „najmanje 80% frakcije 40–80 mesh“. Međutim, raspodjela preostalih ~20% mase pokazala se bitno različitom.

U četiri serije udio srednje frakcije bio je oko 94–96%, udio prašnate frakcije kretao se u granicama 2–3%, a krupne frakcije oko 1%.
Međutim, u jednoj od serija udio srednje frakcije iznosio je 81–82%, dok je udio prašnate frakcije bio 15–16%.
Također je u jednoj od serija utvrđeno 11% krupne frakcije.

Na taj način, uz ispravan udio srednje frakcije, koja prema specifikaciji treba iznositi najmanje 80%, u nekim je serijama gotovo cijeli „rep“ na situ činio vrlo fini prašnati udio uz minimalan udio krupne frakcije, dok je u drugim, naprotiv, postojala značajna količina krupnih čestica uz mali udio prašine.
U praksi je to značilo da se pod jednom te istom specifikacijom u putovnici zapravo kriju najmanje tri tipa brašna s različitim ponašanjem:

      • „osnovno“ – s umjerenom raspodjelom repova;
      • „pretjerano samljeveno“ – s izraženim viškom fine frakcije;
      • „nedovoljno samljeveno“ – s povišenim udjelom krupne frakcije.

Važno je istaknuti da se frakcijski sastav brašna unutar pojedine serije pokazao ponovljivim: pri paralelnim mjerenjima iz različitih vreća unutar iste serije bio je vrlo sličan, ali se upravo između različitih serija struktura „repova“ (odnos prašnate i krupne frakcije pri istih ≥80% u rasponu 40–80 mesh) primjetno mijenjala.

3.2. Analiza stvarne vlažnosti brašna

Posebno smo provjerili raspon vlažnosti ne samo između serija, nego i između vreća unutar iste serije. Pokazalo se da je za vreće s istim brojem serije izmjerena vlažnost praktički jednaka: razlike se uklapaju u granice mjerne pogreške.
To je logično za industrijsko sušenje, gdje cijeli obujam serije prolazi kroz istu fazu sušenja i dovodi se na ciljani sadržaj vlage pri istim uvjetima. Za nas je to bio važan pokazatelj da proizvođač brašna osigurava dobru ujednačenost vlažnosti unutar serije.

 

4. Promjena tehnologije

Zbog neujednačenosti stvarnih svojstava drvnog brašna uveli smo korekcije u primijenjenu tehnologiju.

4.1. Procesni prozor vlažnosti za WPC‑profile

Za WPC‑profile kod kojih se zahtijeva maksimalna kvaliteta odredili smo radni raspon vlažnosti drvnog brašna od približno 2–4%. Ispod tog raspona prerada se ne pogoršava, ali ne donosi ni posebne koristi; iznad, osobito bliže 5–6%, rizik od poroznosti i pjenjenja pri standardnim režimima obrade počinje se jasno povećavati.

Za druge vrste WPC‑proizvoda (manje zahtjevne ili s manjom debljinom stjenke) brašno iste marke može se tehnološki primjenjivati i pri vlažnosti do 6%, pod uvjetom odgovarajućeg podešavanja procesa ili manje osjetljivosti na poroznost.
U opisanom projektu predložili smo pogonu da primijeni ovu podjelu:
serije s vlažnošću u rasponu 2–4% odobravaju se za proizvodnju odgovornih profila, dok se serije s višom vlažnošću preporučuju ili za dodatno sušenje ili za uporabu u WPC‑proizvodima s manjim zahtjevima glede poroznosti i geometrije.

4.2. Tehnološki prozor granulometrijskog sastava

Predložili smo pogonu da uvede sustavnu ulaznu kontrolu svake nove serije brašna:

      • dogovoriti se s proizvođačem da se unutar jedne isporuke isporučuje brašno iz 1–2 tehnološke serije;
      • pri zaprimanju nove serije laboratorij uzima uzorke iz nekoliko vreća, provodi prosijavanje i mjeri vlažnost;
      • na temelju rezultata analiza serije se svrstavaju prema tipu granulometrijskog sastava (osnovna / „pretjerano samljevena“ / „nedovoljno samljevena“) te prema stvarnoj vlažnosti u odnosu na procesni prozor za profile.

4.3. Podešavanje recepture i režima prema tipu serije

Na temelju serije brašna s dobrim rasporedom frakcija i vlažnošću u optimalnom rasponu zajedno s pogonom smo definirali količinu kompatibilizatora te skup maziva/lubrikanata potrebnih za optimalan rad opreme.

Zatim je za tri tipa brašna razvijen jednostavan model kemijskih korekcija:

      1. Za „dobre“ serije primjenjuje se početni osnovni recept kemijskih dodataka;
      2. Za „pretjerano samljevene“ serije s viškom fine frakcije:
        •  povećava se udio kompatibilizatora kako bi se obložila povećana specifična površina brašna;
        •  podešava se razina vanjskog procesnog maziva radi stabilizacije tečenja taljevine;
      3. Za „nedovoljno samljevene“ serije s izraženim udjelom krupne frakcije:
        • prilagođava se konfiguracija maziva kako se ne bi mehanički oštećivale krupne čestice i izbjegle pruge i pukotine;
        • prema potrebi se blago korigira ukupni udio drvenog punila.

Ovaj model je implementiran u obliku jednostavnog kalkulatora: tehnolog za svaku seriju unosi udio fine i krupne frakcije te vlažnost, a program daje doziranja kompatibilizatora i maziva za tu seriju, kao i preporuke za područje primjene (odgovorni profili / manje zahtjevni proizvodi / potreba za dosušivanjem).

 

5. Provjera na proizvodnji i podešavanje „u hodu“

Tijekom podešavanja pokazali smo u praksi princip rada sheme:

      1. Proizvodna linija je pokrenuta s osnovnim postavkama doziranja kemijskih dodataka, dimenzioniranim za brašno standardne kvalitete, dok se u stvarnosti na liniju doziralo brašno s povišenim udjelom fine frakcije;
      2. Već na prvim desecima metara profila pojavili su se očekivani znakovi: povišeni tlak u ekstruderu, lokalna poroznost, tendencija savijanja profila (tzv. „banana efekt“);
      3. Bez zaustavljanja linije, prema unaprijed izračunatoj shemi povećali smo doziranje vanjskog maziva i kompatibilizatora iz zasebnih dozatora;
      4. Nakon osvježavanja toka materijala u ekstruderu tlak se vratio na normalu, površinski nedostaci su nestali, geometrija profila ušla je u radne tolerancije, a serija je prerađena uz traženu kvalitetu proizvoda.

 

6. Format rada i cijena

U ovom je projektu riječ bila o pronalasku uzroka problema u tehnološkom procesu i značajnoj prilagodbi tehnološkog procesa: odlazak na proizvodnu lokaciju, analiza skladišne logistike i sustava kontrole kvalitete sirovine, rad s laboratorijem, izrada modela korekcije recepture po serijama sirovine, uvođenje kalkulatora za korekciju recepture i praćenje puštanja linije u rad.
Projekt je uključivao nekoliko posjeta tvornici, niz mjerenja i probnih pokretanja linije, doradu algoritma na temelju rezultata stvarnog rada linije te obuku tehnologa i operatera.
Ukupna vrijednost projekta iznosila je oko 29 000 €.

 

7. Rezultati za tvornicu

      1. Nestabilnost koja se ranije doživljavala kao „hirovitost linije“ razložena je na jasne tehnološke uzroke – varijacije u frakcijskom sastavu i vlažnosti serija brašna;
      2. Tvornica je dobila alat za mjerenje i uzimanje u obzir tih varijacija: ulaznu kontrolu, tehnološki prozor za vlažnost i kalkulator korekcija recepture kemijskih dodataka prema tipu brašna;
      3. Geometrija profila postala je znatno stabilnija, smanjen je udio proizvoda s „bananom“, „propelerom“ i poroznošću, smanjena je potreba za stalnim ručnim podešavanjem temperatura i brzine vijka;
      4. Pritom nije bilo potrebno mijenjati dobavljača: promjene su napravljene na razini podešavanja vlastite tehnologije na stvarno, a ne samo nominalna svojstva sirovine.