Rubber extrusie: hoe werkt het extruderen van rubber?

Wat is rubber extrusie?

Rubber extrusie is een continu vormgevingsproces waarbij een ongevulkaniseerde rubbercompound onder druk door een spuitplaat wordt geperst.

De opening in die spuitplaat bepaalt de doorsnede, zodat een profiel ontstaat met een constante vorm en een in principe onbeperkte lengte. Naast persen en spuitgieten is extrusie een van de vaste vormgevingsmethoden bij de productie van industrieel rubber.

Na het extruderen is het rubber nog plastisch. Pas door vulkanisatie krijgt het profiel zijn blijvende elasticiteit. Geëxtrudeerde rubberprofielen vind je onder meer in de auto-industrie, de bouw, de voedingsmiddelenindustrie en de elektrotechniek.

Hoe werkt het proces van rubber extruderen?

Het proces van rubber extruderen werkt stap voor stap in vijf fasen: de compound voorbereiden, plastificeren, vormgeven via de spuitplaat, vulkaniseren en afwerken. Elke fase bouwt voort op de vorige. Een afwijking in de compoundtemperatuur aan het begin zie je aan het eind terug in de maatvoering of het oppervlak van het profiel.

Het proces is continu: zolang er compound wordt aangevoerd, loopt er profiel uit de lijn. Dat maakt rubber extrusie geschikt voor lange lengtes en grote series. Het betekent ook dat een procesafwijking direct doorwerkt in elke meter profiel die op dat moment de lijn verlaat.

1. Rubbercompound voorbereiden

Bij het voorbereiden van de rubbercompound wordt het basisrubber in een kneder of op een wals gemengd met onder meer vulstoffen, weekmakers en vulkanisatiemiddelen, waarna de compound als strook of granulaat aan het extrusieproces wordt toegevoerd.

2. Rubber plastificeren

Bij het plastificeren kneedt en homogeniseert een draaiende schroef het rubber en zet het onder druk, waarbij de wrijving het rubber verwarmt en zacht maakt.

3. Rubberprofiel vormgeven via de spuitplaat

Bij het vormgeven wordt de compound door een spuitplaat met de gewenste doorsnede geperst, waarbij de opening rekening houdt met het opzwellen van het rubber direct na de spuitplaat.

4. Geëxtrudeerd rubber vulkaniseren

Bij het vulkaniseren wordt het geëxtrudeerde rubber elastisch, sterk en vormvast, meestal continu in een zoutbad tussen ongeveer 180 en 240 °C of in een UHF-oven met heteluchtkanaal, en soms in batches in een autoclaaf met stoom.

5. Rubber extrusieprofiel afwerken

Bij het afwerken wordt het rubber extrusieprofiel gereinigd, in water of lucht gekoeld, gecontroleerd en op lengte gesneden of opgerold.

Wordt rubber koud of voorverwarmd geëxtrudeerd?

Rubber wordt koud of voorverwarmd geëxtrudeerd, afhankelijk van de methode: cold feed of hot feed. Bij cold feed gaat de compound op kamertemperatuur het proces in en zorgt de schroef zelf voor het opwarmen en homogeniseren.

Deze methode is geschikt voor complexe profielen met nauwe toleranties en hogere productiesnelheden. Bij hot feed wordt de compound eerst voorgekneed en voorverwarmd tot een temperatuur tussen ongeveer 90 en 120 °C.

Deze methode past bij eenvoudige, grote doorsneden en kleinere series. Bij beide methoden bepaalt de temperatuur tijdens het extruderen zelf of het profiel gelijkmatig wordt.

Welke temperatuur heeft rubber nodig tijdens extrusie?

Rubber heeft tijdens extrusie een compoundtemperatuur nodig die doorgaans tussen ongeveer 80 en 120 °C ligt, afhankelijk van de compound en de procesopzet.

De bovengrens hangt af van de scorchtijd: de tijd die een compound bij een bepaalde temperatuur verdraagt voordat de vulkanisatie begint, gemeten met een Mooney-viscosimeter. De vulkanisatie zelf vindt pas na de spuitplaat plaats, bij een veel hogere temperatuur.

In een zoutbad ligt die tussen ongeveer 180 en 240 °C. Deze waarden zijn indicatief; de juiste instelling volgt altijd uit de specificaties van de compound.

Hoe regel je de temperatuur tijdens rubber extrusie?

De temperatuur tijdens rubber extrusie regel je per processtadium, meestal met water als warmtedrager dat door de cilinderwand, de schroef en de kop stroomt. Een tempereerapparaat verwarmt bij het opstarten en voert tijdens de productie de wrijvingswarmte af.

Omdat een vloeibaar medium warmte tegelijk kan toevoeren en afvoeren, blijft de temperatuur per zone gelijkmatig.

Voor de meeste zones volstaat een tempereerapparaat voor water. Een watercircuit zonder overdruk werkt tot ongeveer 90 °C; voor hogere zonetemperaturen is een drukwatersysteem nodig, zodat het water niet kookt.

Temperatuur bij het invoeren van de rubbercompound

De temperatuur bij het invoeren van de rubbercompound moet laag genoeg blijven om het rubber goed in te trekken. De compound heeft grip op de cilinderwand nodig om door de schroef te worden meegenomen.

Een te warme invoerzone vermindert die grip, waardoor de invoer onregelmatig wordt en de uitstroom schommelt. Daarom is de invoerzone meestal de koelste zone van het proces.

Temperatuur tijdens het plastificeren van rubber

De temperatuur tijdens het plastificeren van rubber stijgt vooral door wrijving in de compound, niet door verwarming van buitenaf. Hoe hoger de schroefsnelheid en de viscositeit, hoe meer warmte er ontstaat.

Die warmte moet je afvoeren via de cilinderwand en een kanaal in de schroefkern. Zo blijft de compound gelijkmatig plastisch, zonder dat het rubber aan het schroefoppervlak te warm wordt en aanbakt.

Temperatuur vlak voor de spuitplaat bij rubber extrusie

De temperatuur vlak voor de spuitplaat bepaalt bij rubber extrusie hoe de compound door de opening stroomt. Een te koude compound verhoogt de viscositeit en de druk voor de spuitplaat.

Een te warme compound vergroot het risico op scorch op het laatste moment voor de vormgeving. De kop met de spuitplaat wordt daarom als aparte zone geregeld, afhankelijk van de lijn met een eigen vloeistofcircuit of elektrisch.

Welke fouten ontstaan bij rubber extrusie door de temperatuur?

Bij rubber extrusie ontstaan door een verkeerde temperatuur drie typische fouten: scorch, afwijkende matrijszwelling en wisselende maatvoering. Ze hebben dezelfde oorzaak, want de viscositeit en de reactiviteit van een rubbercompound veranderen sterk met de temperatuur. Een afwijking in één temperatuurzone werkt daardoor door in het profiel.

1. Scorch: de compound begint al tijdens het extruderen te vulkaniseren doordat die te lang te warm is, bijvoorbeeld door te veel wrijvingswarmte of te weinig koeling. Aangevulkaniseerde deeltjes geven een ruw oppervlak en kunnen de spuitplaat gedeeltelijk blokkeren.
2. Afwijkende matrijszwelling: het rubber veert na de spuitplaat elastisch terug, en die zwelling hangt onder meer af van de compound, de extrusiesnelheid en de temperatuur. Wijkt de temperatuur af, dan zwelt het profiel meer of minder op dan de zwelling waarop de spuitplaat is berekend.
3. Wisselende maatvoering: een schommelende compoundtemperatuur verandert de viscositeit en de uitstroom, waardoor de doorsnede van het profiel over de lengte varieert. Hoe nauwer de tolerantie die een afnemer vraagt, hoe stabieler de temperatuur per zone moet zijn.

De oorzaak ligt niet altijd op de plek waar de fout zichtbaar wordt. Een profiel dat na het zoutbad buiten tolerantie valt, kan zijn afwijking al tijdens het plastificeren hebben opgelopen. Loop bij een kwaliteitsprobleem daarom eerst de temperatuurregistratie per zone na.

Welke rubbersoorten zijn geschikt voor rubber extrusie?

Geschikte rubbersoorten voor rubber extrusie zijn onder meer EPDM, NBR, siliconenrubber, natuurrubber, CR en FKM. De keuze hangt af van de omgeving waarin het profiel wordt gebruikt. De temperaturen hieronder zijn indicatieve maximale gebruikstemperaturen; de exacte waarde hangt af van de compound.

• EPDM (ethyleen-propyleen-dieenrubber): bestand tegen weersinvloeden, uv-straling en ozon, tot ongeveer 130 à 150 °C afhankelijk van het vulkanisatiesysteem. Toegepast in raam-, deur- en portierafdichtingen en dakrandprofielen.
• NBR (nitril-butadieenrubber): bestand tegen oliën, vetten en brandstoffen tot ongeveer 100 °C, maar gevoelig voor uv-straling en ozon. Toegepast in olie- en brandstofslangen en profielen die met smeermiddelen in contact komen.
• Siliconenrubber (VMQ): blijft flexibel tussen ongeveer -50 en 200 °C en is in een voedselveilige uitvoering geschikt voor contact met levensmiddelen. Toegepast in slangen voor de voedingsmiddelenindustrie en hittebestendige afdichtingen.
• Natuurrubber (NR): combineert een hoge mechanische sterkte met een goede elasticiteit tot ongeveer 90 °C, maar is beperkt bestand tegen ozon en olie. Toegepast in strips en profielen die mechanisch zwaar worden belast.
• CR (chloropreenrubber, neopreen): heeft een evenwichtige weerstand tegen weersinvloeden en ozon, een matige weerstand tegen olie en een relatief goede brandweerstand, tot ongeveer 100 à 120 °C. Toegepast in afdichtingen en kabelmantels.
• FKM (fluorrubber): bestand tegen agressieve chemicaliën, brandstoffen en temperaturen tot ongeveer 200 °C. Toegepast in chemisch bestendige afdichtingen in de procesindustrie en de auto-industrie.

De rubbersoort bepaalt dus niet alleen de eigenschappen van het profiel, maar ook de temperaturen in het proces. Een nieuwe compound vraagt daarom altijd om een controle van de instellingen per zone en van de vulkanisatietemperatuur.

Welke profielen maak je met rubber extrusie?

Met rubber extrusie maak je profielen met een constante doorsnede, zoals afdichtingsprofielen, rubberslangen, kabelisolatie en sponsrubber profielen. Ook snoeren, strips en U-profielen voor kantbescherming worden zo geproduceerd.

Het gemeenschappelijke kenmerk is de lengte: profielen komen als doorlopende streng uit de lijn en worden pas daarna op maat gesneden, op rol gezet of tot kaders en ringen samengevoegd.

Afdichtingsprofielen van geëxtrudeerd rubber

Afdichtingsprofielen van geëxtrudeerd rubber zijn de grootste productgroep binnen de rubber extrusie. Denk aan afdichtingen voor ramen, deuren en autoportieren, en aan deurprofielen voor koelcellen.

Met holle profielen, lipprofielen en D-profielen ontstaat een afdichting die bij indrukken lucht- en waterdicht sluit. Omdat de doorsnede over de hele lengte gelijk blijft, sluit het profiel overal even goed af.

Geëxtrudeerde rubberslangen

Geëxtrudeerde rubberslangen worden in lagen opgebouwd. Eerst wordt de binnenslang geëxtrudeerd, daarna wordt er bij drukslangen een versterking van textiel of staaldraad omheen gevlochten of gewikkeld.

Vervolgens brengt een dwarskop de buitenlaag over de versterking aan, waarna de slang wordt gevulkaniseerd. De wanddikte, de binnendiameter en de rubbersoort worden afgestemd op het medium, de druk en de temperatuur in de toepassing.

Geëxtrudeerde kabelisolatie van rubber

Geëxtrudeerde kabelisolatie van rubber ontstaat doordat een dwarskop de rubbercompound continu rond een geleider aanbrengt. Daarna legt vulkanisatie de isolerende en mechanische eigenschappen vast.

Veel gebruikte rubbersoorten zijn siliconenrubber en EPDM, omdat ze goed isoleren en bestand zijn tegen warmte en vocht. Op dezelfde manier worden beschermende buitenmantels rond kabels en flexibele leidingen aangebracht.

Geëxtrudeerde sponsrubber profielen

Geëxtrudeerde sponsrubber profielen ontstaan doordat aan de compound een blaasmiddel wordt toegevoegd. Tijdens de vulkanisatie komt daaruit gas vrij, dat in het rubber poriën vormt en het profiel laat uitzetten.

Het resultaat is een licht en zacht profiel dat met weinig sluitkracht afdicht. Het gas moet vrijkomen terwijl het rubber nog vervormbaar is, dus bij sponsrubber luistert de temperatuur in de vulkanisatiestraat extra nauw.

Wat zijn de voordelen van rubber extrusie?

De voordelen van rubber extrusie zijn een continu proces, weinig restmateriaal en relatief lage gereedschapskosten. Daardoor is extrusie een kostenefficiënte methode voor rubberprofielen met een constante doorsnede in lange lengtes. Daarnaast laat het proces veel vrijheid in de vorm van de doorsnede.

• Continu proces: zolang er compound wordt aangevoerd, loopt er profiel uit de lijn, wat hoge productiesnelheden bij grote series mogelijk maakt.
• Weinig restmateriaal: het rubber wordt direct in de gewenste doorsnede gevormd, zodat er in een lopende productie weinig afval ontstaat.
• Lage gereedschapskosten: een spuitplaat is eenvoudiger en goedkoper te maken dan een spuitgietmatrijs.
• Vrije vormgeving van de doorsnede: holle profielen, lipprofielen en co-extrusie van twee compounds zijn in één bewerking mogelijk.

Deze voordelen wegen het zwaarst bij grote lengtes en terugkerende series. Bij een stabiel proces levert elke meter profiel dezelfde kwaliteit.

Wanneer kies je voor rubber extrusie?

Je kiest voor rubber extrusie wanneer je een elastisch product nodig hebt met over de hele lengte dezelfde doorsnede. Extrusie is dan meestal de meest efficiënte productiemethode. Controleer of jouw product aan de volgende kenmerken voldoet.

• Constante doorsnede: het product heeft over de volledige lengte hetzelfde profiel.
• Lengte of serie: je hebt lange lengtes of grote aantallen nodig tegen een lage prijs per meter.
• Elasticiteit: het product moet flexibel zijn of afdichten onder compressie.
• Bestendigheid: het materiaal moet bestand zijn tegen weersinvloeden, temperatuur, olie of chemicaliën.
• Afwerking op maat: het product wordt na productie op lengte gesneden, op rol geleverd of tot kaders en ringen samengevoegd.

Verandert de doorsnede over de lengte, of gaat het om een driedimensionaal vormdeel, dan zijn persen of spuitgieten geschikter. Voor vlakke delen in kleine aantallen is snijden uit rubberplaat vaak een betere keuze, omdat de opstartkosten van extrusie dan zwaar wegen.

Waarin verschilt rubber extrusie van kunststof extrusie?

Rubber extrusie verschilt van kunststof extrusie doordat rubber zijn vorm vastlegt door te verwarmen, terwijl kunststof zijn vorm vastlegt door af te koelen. Een thermoplast smelt in de cilinder en stolt na de matrijs in een koelbad of op koelwalsen.

Een rubbercompound mag tijdens het extruderen juist niet te warm worden en hardt pas na de spuitplaat uit door vulkanisatie. Dat verschil keert de temperatuurregeling om. Bij kunststof extrusie wordt de cilinder vooral verwarmd om het granulaat te smelten.

Bij rubber is het afvoeren van wrijvingswarmte minstens zo belangrijk als het toevoeren van warmte. Vulkanisatie is bovendien onomkeerbaar: gevulkaniseerd rubber kun je niet opnieuw smelten zoals een thermoplast.

Advies over tempereren bij rubber extruderen

Advies over tempereren bij rubber extruderen begint bij twee vragen: welke temperatuur heeft elke zone nodig en hoeveel wrijvingswarmte moet je afvoeren? Tool-Temp ontwikkelt en bouwt al meer dan 50 jaar tempereerapparaten in Zwitserland, met een regeling tot op een tiende graad en een geïntegreerde debietmeting.

Heb je een vraag over de temperatuurregeling van jouw extrusielijn? Neem contact op met Tool-Temp, dan denken we met je mee over de juiste opstelling per zone.