電子プラスチックツインスクリュー混合ラインのダストフリー工場スペースの需要

電子グレードの改質プラスチックはもはやニッチなものではありません。コネクタ、センサハウジング、LEDフレーム、バッテリー分離器、IC封入化合物、および光学フィルムはすべて、エンジニアリングプラスチックと機能性マスターバッチに依存しています。これらの材料の性能は、黒い斑点、ジェル、または金属摩耗の破片がペレット内に入った瞬間に崩壊します。ツインスクリュー混合ラインは、その純度が保護されるか破壊される場所であり、その周辺のワークショップは最初の防衛ラインです。電子プラスチックツインスクリュー混合ラインのためのダストフリーのワークショップスペースを計画することは、エンジニアリング問題であり、仕上げの工程ではありません。Kerkeは、12年以上のコロナリングパラレルツインスクリュー混合エクストラクターでの専門的な経験を持つWanplas工場であり、材料生産者にクリーンゾーンのサイズを決め、汚染リスクによって部屋をランク分けし、ISO 14644クラスに合ったKTEシリーズの機械を選択するのを支援します。このガイドでは、電子混合がコントロールされたスペースを必要とする理由、どの程度の清浄度が現実的か、ラインの各部分がどれだけの床面積を消費するか、およびダウンストリームのお客様が要求する粒子予算と資本コストのバランスをとる方法について説明します。

電子グレードの混合に必要なことは、ダストフリーのワークショップです

電子プラスチックという言葉は、幅広い材料のグループを指します。コネクタ用のガラス繊維強化ポリアミド、リレー用の難燃性ポリブチレンテレフタレート、高周波部品用の液晶ポリマー、デバイスハウジング用の静電気防止用アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン、そして薄い壁部品用の鉱物またはタルク入りポリプロピレンなどです。これらの材料の共通点は、不良な含有物に対する寛容性の欠如です。ミニチュアコネクタでは、単一の炭化粒子や錆の一滴が短絡路を作り出し、密閉リレーでは脆弱な点を生じ、また化粧用カバーでは出荷検査に不合格となる視覚的欠陥を引き起こすことがあります。従来の一般的な合成では、このような欠陥はトン数全体に薄まってしまい、ほとんど気づかれません。電子グレードの材料では、これらの欠陥はサンプリングされ、画像化され、却下されます。

これらの化合物を汚染する物質は、レジンだけでなく、工場内にも存在します。一般的な工場の空気には、立方メートル当たり数百万個の微粒子が存在し、繊維や皮膚の小片から近くの研削や包装作業で発生する研磨粉までさまざまなものがあります。オペレーターは皮膚や衣服の糸を落とし、フォークリフトは床の埃を混入します。袋の開放型投入で、微粉が浮遊し、重量計測型フィーダの開口部を含むあらゆる表面に沈着します。機械自体も汚染に寄与します。ねじやバレルの摩耗、スクリーン交換部のシールの摩耗、そしてギアボックスの霧などが、周囲の空気が汚れている場合に、溶融路に金属や油の霧を導入する可能性があります。

このため、埃のない、段階的な工場は、電子混合物の製造にとって贅沢なものではなく、必須のプロセスです。目標は、全体のエクストルーダーをバブル状態にすることではなく（これは高価で実用的ではない）、汚染物質が製品に移行するゾーンを管理することです。すなわち、原料の投入、溶融物のろ過、ペレットの切断と冷却、ペレットの輸送、そして仕上がった材料が梱包されるまで待機する清潔なシロを対象としています。これらのゾーンをフィルタリングされたプラス圧の空気で囲み、不浄な作業と清潔な作業を分離することで、製造者はISO 14644のクラス8またはクラス7の条件を、完全に分類されたクリーンルームの費用のほんの一部で維持することができます。

Kerkeは、装置側と室内側の両方から問題に取り組んでいます。KTEシリーズの共同回転式ツインスクリュー押出機は、コンピュータ支援によるスクリュー組み立てを備えた自動清掃式混練スクリュー構造に基づいて構築されており、劣化した材料が蓄積し、後に黒い斑点として破断する死角を最小限に抑えます。密閉されたバレルシーリング、閉鎖された重量測定式給料パス、および統合されたスクリーン交換装置により、空気中の粉塵が溶融体に入り込む経路が減少します。適切なサイズの清浄ゾーンと組み合わせることで、材料生産者は厳しい含有率制限に対応でき、奇抜な大型施設に頼る必要がありません。

第二の理由は、コントロールされたワークショップの重要性です。電子化合物製造業者は、色や添加物パッケージを交換することなく、長年にわたって厳密に指定されたレシピを使用しています。埃が多く、コントロールされていない部屋では、すべての切り替えが汚染のリスクとなります。なぜなら、前回の製造工程で残った粉が空気中に再分配され、次のバッチに沈着するからです。段階的なフィルタリングを行う専用のガウンと材料ロックを備えたワークショップでは、各キャンペーンが清潔で再現性が高くなります。これは、自動車や家電用のサプライチェーンが合成物製造業者を監査する際に求めるものです。

最後に、ワークショップの設計は機械自体を保護します。制御キャビネット、サーボドライブ、またはギヤボックスの潤滑システムに吸い込まれた細かい研磨粉は故障を促進します。電気および油圧キャビネットの周囲を清潔に保つこと、さらにキャビネットの冷却空気から粉塵を排除するプラス圧を確保することで、故障間の平均時間を延ばし、電子材料の契約で求められる連続運転を支えます。したがって、スペース計画は信頼性の向上に向けた投資であり、単なる品質管理の手段ではありません。

ISO 14644 クリーン度クラスと粒子予算

ISO 14644-1では、クリーンルームのクラスを、空気中の指定サイズ以上の粒子の最大許容数で定義しています。電子プラスチック合成に関しては、関連する二つのグレードはクラス8（古い用語では「100,000クラス」と呼ばれます）とクラス7（「10,000クラス」）です。クラス8では、0.5マイクロメートル以上の粒子の最大許容数は3,520,000粒/立方メートルですが、クラス7ではその上限を352,000粒/立方メートルに引き上げています。クラスを厳しくすることで、空気処理の負担は約2倍から4倍に増加します。したがって、クラス8とクラス7の選択は、最終製品の実際の含有限度によってではなく、清潔さへの一般的な願望によっては決められないことになります。

電子機器用のほとんどのエンジニアリングプラスチックおよび機能改質材料は、供給とペレット化のサブゾーンが適切に管理されている場合、クラス8の条件で快適に製造できます。コンパウンドがコネクタ、ICのエンカップメント、光学部品、または単一の目に見えるまたは電気的に活動的な不純物がフィールドの故障を引き起こすような用途に使用される場合は、クラス7が必要になります。非常に要求の厳しい光学部品や医療に近い電子グレードでは、クラス6に向かうこともありますが、これはツインスクリュー式ペレット化ではまれであり、通常はエクストラクションルーム自体ではなく、その後のクリーンなハンドリングのために留保されます。

粒子予算は、話の半分に過ぎません。同じく重要なのは、毎時間の空気交換回数として表される空気交換率です。これは、一時間で室内容積を何回フィルターされた空気で置き換えるかを表します。高い空気交換率では、例えば袋を開いた後やスクリーンパックを交換した後などの一時的な汚染をより速やかに除去できます。また、ドアや穴あき部から汚い空気が侵入するのを防ぐプラス圧差を維持することもできます。以下の表は、一般的な電子混合物のグレードとその粒子上限値、および実用的な空気交換範囲を示しています。

清浄度クラス、粒子制限値、空気交換率の参照

ISO 14644 クラス	最大 0.5 µm 粒子 / m³	最大 5 µm 粒子 / m³	平均毎時間の空気の交換回数	典型的な電子アプリケーション
クラス 8 (100k)	3,520,000	29,300	15 to 25	一般的なエンジニアリングプラスチック、難燃性化合物、帯電防止ハウジング
クラス 7 (10k)	352,000	2,930	30 to 60	コネクタ、リレー、ICカプセル化、光学グレードマスターバッチ
クラス 6 (1k)	35,200	293	70 ～ 150	特殊光学フィルム、医療関連の電子グレード
一般産業用ベイ	分類されていない	分類されていない	2 ～ 6 (希釈のみ)	機械サービスエリア、ギアボックス、油圧装置

上記の数値は上限であり、目標ではありません。クラス 8 の混合ゾーンを適切に運用している場合、通常は 352 万個の制限値よりもはるかに低いレベルで稼働します。主な汚染源は、ゾーニング、ガウン着用、および給送装置での局所的な除去によって除去されているためです。空気換気率こそが真の設計要素であり、換気率が不十分な場合、室内は介入のたびに汚れが残ることになります。換気率が過剰な場合、エネルギーとフィルターのコストが上昇する一方で、ペレットの性能は向上しません。Kerke のエンジニアは、バッグ投入イベント後の移行状態をモデル化し、換気率を設定し、その後、その換気率を余裕をもって実現できるようにファンフィルタユニットのカバレッジを調整します。

もう一つの実用的なポイントはモニタリングです。ISO 14644では、定められた場所で粒子数を計測し、文書化された認証方法を適用することが求められています。電子式混合工場では、フィーダーとペレタイジングゾーンで粒子を継続的に監視することにより、フィルターが飽和したり、ドアが開いたままになった場合に早期に警告を発することができます。これは、一度の認証よりもはるかに価値のあることであり、製造中に部屋を繰り返し開閉、清掃、再分類する作業環境であるからです。

フルラインの設備レイアウトと単位ごとの設置面積

完全な電子グレードのツインスクリュー混合ラインは、エクストラーダだけで構成されていません。製品の流れは、原料の取り扱いから溶融、混合、ろ過、ペレタイジング、そして最終的に清潔な保管まであります。各ユニットは床面を占め、それぞれ環境汚染に対して異なる許容範囲を持っています。レイアウトの技術は、汚染に敏感なユニットを制御可能なゾーン内に配置し、サービス負荷の高いユニットをその境界に配置し、それらを密閉されたインターフェースで接続することです。これにより、埃が渡ることはありません。

コア製品の製造プロセスは次のとおりです。まず、重量損失フィーダまたは重量計測フィーダ群が、各添加物（粉末、ペレット、液体）を高精度で計測します。次に、共転動ツインスクリュー押出機（本例ではKerke KTEシリーズの機械）が、バレル内で配合物を溶融し、分散させ、均一化します。次に、溶融ポンプがダイ圧を安定化します。次に、連続スクリーンチェンジャーでゲルや硬質不純物を除去します。次に、溶融物は、水浴式ペレット化装置とペレット化装置によってペレットにカットされ、または無塵の球状の製品を生成するために水中ペレット化によってカットされます。最後に、ペレットは清潔なサイロに運ばれ、フィルタされた空気下で梱包されます。

フットプリントは機械のサイズによって異なりますが、その関係は予測できます。グラビメトリックフィーダーステーションはコンパクトですが、バッグの取り扱いとメンテナンスのための周囲のクリアランスが予約されたエリアを決定します。エクストラーダ自体はそのL/D比によって長くなり、バレルの長さはねじの直径とともに増加します。溶融ポンプとスクリーンチェンジャーはダイ側で長さを増します。ペレタイジングには水システム、カットチャンバー、およびドライヤーが必要であり、クリーンシロにはヘッドルームとパッキングブースが必要です。下表は代表的な単一ユニットのフットプリントと、各ユニットが好む清浄度レベルを示しています。

機器リスト、単一ユニットの設置面積、および清潔度の要件

ラインユニット	代表的な単一ユニットの設置面積（m）²)	ユニット周辺の最小クリアランス（m）	優先される清潔度	接触した場合の汚染のリスク
重量損失フィーダステーション（マルチフィーダ）	6 から 10	0.8 ～ 1.2	クラス8、光学グレード用のクラス7	高:開いたフィード口が空気中の埃を吸い込みます
KTEツインスクリュー押出機（36～75 mm）	12 から 22	1.0 ～ 1.5	バレルのクラス 8、給与口の清浄ゾーンに密閉	中型: 密閉されたバレルですが、ベントポートから空気を取り込むことができます
溶融ポンプ（ギアタイプ）	2 ～ 4	0.6 ～ 0.8	クラス 8	低:完全に閉じられた、シールされたベアリング
連続スクリーンチェンジャー	2～3	0.6 ～ 0.8	クラス 8	低～中：シールエリアにはきれいな空気が必要
水中ペレタイジングシステム	8 から 14	1.0 ～ 1.2	電子グレードではクラス 7 が推奨されます	高:カットペレットと水は汚染の受け皿です
ストランドペレタイジング（浴槽、引き出し、カッター）	10 ～ 16	1.0 ～ 1.5	クラス 8	メディア: 転送中に露出した繊維
清潔なサイロとパッキングブース	6 to 12	0.8 ～ 1.0	クラス7からクラス8	高: バギング中に露出した完成品ペレット

フットプリントの数値は、装置の外形サイズのみです。実際の計画には、通路網も加えなければなりません。1.2～1.5メートルのオペレータ通路は、オペレータがフィーダや制御パネルに到達できるように、開放された物流路にぶつかることなく通行できるようになっています。1.5～2.0メートルの物流通路は、真空輸送ライン、水配管、ペレット輸送ホース、スクリーンチェンジャスライドやペレタイザーダイの取り外しのためのメンテナンスルートを収容します。ギアボックスの後方に少なくとも1.0メートルのメンテナンス帯を設けることで、スクリューの取り出し作業が可能になります。これは、56 L/Dの75 mmの機械では長くて重い作業であり、十分な床面を確保する必要があります。

ねじ抜きはスペース計画において特に注意が必要です。ラインが配合変更や摩耗検査のために停止された場合、ねじスタックは軸方向にバレルから引き出されます。56 L/DのKTE-75では、そのねじアセンブリの長さは4.5メートルを超えることがあります。レイアウトでは、機械の長さとねじの長さに等しい直線的な引き出しパスを確保するか、またはねじ引き出しトロリーとサイドベイを備える必要があります。エクストラーダを壁に押し付けることは、最もよく見られるレイアウトの誤りであり、ルーチンの清掃を数時間に及ぶ苦闘に変え、オペレーターが手順を簡略化し、クロス汚染のリスクを負わせることになります。

ゾーニングはフットプリントを清浄度のランクに結びつけます。フィーダ、ペレタイザー、サイロは、フィルタされた供給空気でコントロールされたゾーンに配置されています。エクストラーダのバレルとギアボックスは境界線を横切っています。フィードトラクトは清浄ゾーン内にあり、ドライブエンド、油圧駆動装置、電気キャビネットは低い壁と密閉された床突出部で区切られた一般用途エリアに配置されています。このハイブリッドゾーニングにより、汚染に敏感なポイントを取り込みながら、全機械ホールに対してクリーンルームの料金を支払うことなく、現実的なダストフリー工房の予算を策定することができます。

Kerke KTEシリーズ クリーンコンパウンド用ツインスクリュー押出機

KerkeのKTEシリーズは、KTE-36などの実験室ユニットから大型生産機械まで、並列回転式ツインスクリュー混合エクストルーダーの一家です。電子グレードの材料では、開発段階から大量生産段階までの全範囲をカバーする3つのサイズがあります：KTE-36、KTE-50、KTE-75。すべては同じモジュール式ブロックスクリューとバレル構想を共有しており、36 mmのラボ機械で認定されたスクリュー構成は、75 mmの生産機械に予測的に移行できます。これにより、検証済みの電子レシピをスケールアップするために、全体のせん断と滞留プロファイルを再最適化する必要がなくなります。

ツインスクリュー混合機の長い滞留時間と高い混合強度は、電子製剤にまさしく必要とされるものです。難燃剤、導電性カーボンブラック、ガラス繊維、および鉱物充填剤は、凝集物が生じないように緊密な分布に分散させる必要があります。また、一部の静電気防止剤や酸化防止剤などの熱に敏感な添加剤は、溶融中に劣化することなく生き残らなければなりません。KTE バレルは、独立した温度制御、遅延充填のためのサイドフィード、およびオプションの換気口または真空排気によって、揮発性物質をパウダー中の空洞やゲルに変化する前に除去することができるように、設定可能なゾーンに分けられています。

清潔性の観点から、KTE の設計は三つの具体的な方法で役立ちます。まず、練りブロックはコンピュータ支援で自動的に清掃されるため、熱を逃さず黒い斑点に変化する不活性物質がほとんど残らないようになります。次に、バレル部は金属ガスケットで密閉され、給料口は密閉可能で直接重量測定式給料装置に接続できるため、作業場の埃を吸い込むオープンホッパーは不要になります。さらに、ダイの端部は溶融ポンプとスクリーン交換装置に対応しており、細かいフィルタリングは標準プロセスに組み込まれているため、後付けの部品として取り付ける必要がありません。

以下は、三つの電子混合サイズの代表的な仕様です。正確な値は、ネジ構成、モーターの選択、およびサイドフィードや液体注入装置の搭載状況によって異なります。これらの値は、固定のデータシートではなく、計画の基準として読まれるべきです。Kerkeは、プロジェクトエンジニアリングの際に、各お客様の製剤に合わせてネジ要素の配置、L/D比、排気位置、および電気制御を調整します。

Kerke KTE-36 / KTE-50 / KTE-75 電子混合装置の仕様

パラメータ	KTE-36	KTE-50	KTE-75
ねじ径（mm）	36	50	75
L/D比の範囲	40 ～ 48	40 ～ 56	40 ～ 56
最大ねじ速度（rpm）	600	500 から 600	400 から 500
駆動電力（kW、標準）	11 to 22	45 ～ 90	160 ～ 315
出力範囲（kg/h）	30 から 120	120 ～ 350	400 から 1200
推奨される役割	ラボフォーミュラ試験、研究開発	パイロット、小規模生産	大量生産
サイドフィーダオプション	オプション	はい	はい、ツインスクリュー
制御システム	PLC + HMI、レシピ管理	PLC + HMI、レシピ管理	PLC + HMI、レシピ管理、リモートモニタリング

L/D比は電子材料に関して注目に値する。52または56に近い長いバレルは、導電性カーボンブラックや高負荷ミネラルフィラーなどの難しい分散物に対する滞留時間を増やし、溶融物を清浄にする真空排気口のための余地を提供します。短い40のL/Dは、簡単に充填できる化合物に対して十分であり、床の長さと駆動力の両方を節約します。KTEのバレルはモジュール式であるため、バレルセクションを追加または削除することで、同じマシンフレームに異なるL/D構成を受け入れることができます。これは、製造者が混合強度の要求が異なる製剤を切り替える場合に便利です。

レシピ管理はもう一つの優れた機能です。検証済みの電子製剤は、PLC にスクリュースピード、温度プロファイル、給料比、真空設定のパラメータとして保存されます。レシピを呼び出すことで、バッチごとに変動する原因となるオペレーターの判断を排除し、データログは電子機器の顧客が監査時にますます求める品質記録の一部となります。Kerke の機械は制御ネットワークを介してリモート監視をサポートしているため、Wanplas のエンジニアリングチームは現地訪問なしにプロセスデータを確認し、トラブルシューティングを支援できます。

低汚染出力のための溶融ポンプ、スクリーン交換機、およびペレタイジング

単独では、エクストラーダはきれいなペレットを作り出しません。最終的な純度は、溶融物が濾過されカットされるダイで設定されます。電子グレードのライン上では、2つのユニットが欠かせません。それは、ギアタイプの溶融ポンプと連続スクリーンチェンジャーです。溶融ポンプは、エクストラーダとスクリーンチェンジャーまたはダイの間に設置され、その仕事は、スクリューからの脈動的で変動する圧力を受け取り、ダイに安定した制御可能な圧力を供給することです。安定した圧力は重要であり、スクリーンチェンジャーが揺らぎなくより細かいメッシュを走らせることができ、カッターでペレットのサイズが一様に保たれます。

連続スクリーンチェンジャーは、一枚または二枚の膨らんだフィルタースクリーンを保持し、新しいスクリーンを溶融路にスライドさせ、使用済みのスクリーンを排出します。すべてこれらの操作はラインを停止することなく行えます。電子化合物の場合、細かなメッシュはゲル、焼けた粒子、未溶解の凝集体、およびまれに見られる金属摩耗の破片を捕獲します。スライドが密閉され、交換が自動的に行われるため、オペレーターは開放された溶融物にさらされることなく、クリーナーゾーンは手動によるスクリーン交換による汚染の影響を受けません。古いラインでは、手動によるスクリーン交換は主要な汚染事象となります。

ペレーティング方法は直接的な清浄度の決定事項です。ストランドペレーティングでは、押出されたストランドを水浴槽を通して引き上げ、引き上げ装置を経由し、回転式カッターを通過させ、その後乾燥します。これは堅牢で安価ですが、移動中にストランドは短時間だけ室内にさらされることになり、乾燥ステップではチューニングが不十分な場合、微粉が生成する可能性があります。水中ペレーティングでは、溶融物を直接ダイ面の下で処理水の流れのもとで切断し、微粉と交差汚染が敵となる電子グレードの場合、制御されたゾーン内での水中ペレーティングは、設備と水処理コストが高くても強力な選択肢となります。

Kerkeは、電子部品に適した完全な切断およびペレタイジングシステムを提供しています。これには、水冷式ストランドペレタイジング、空冷式ストランドペレタイジング、空冷式ダイフェイスホットカット、水環ダイフェイスホットカット、偏心式水霧ホットカット、および水中グラニュレーションシステムなどがあります。選択は、材料の熱感度、必要なペレット形状、および清浄度目標によって決まります。ほとんどの電子エンジニアリングプラスチックの場合、閉ループ水システムと組み合わせた水環または水中オプションが、形状制御と汚染除去の最適な組み合わせとなります。

電子グレード用のKerkeペレタイジングシステムオプション

ペレタイジング方法	ペレットの形状	罰金 / 粉埃レベル	部屋の露出	最適なフィット
水冷式ストランド	円筒形	メディア	メディア（ストランド転送）	一般的なエンジニアリングプラスチック、簡単な配合
空気冷却ストランド	円筒形	メディア	メディア	熱に敏感で水に弱い化合物
空気冷却型ダイ面ホットカット	近似球形	低～中	低	マスターバッチ、充填化合物
水リングダイフェイスホットカット	球形	低	低	カラーマスターバッチ、エンジニアリングプラスチック
水中の凝集	球形、均一	非常に低い	非常に低い（シールされたダイ）	電子、光学、高純度グレード

水処理は湿式ペレット化の隠れたコストであり、最初の日から計画する価値があります。処理水には、微粒子のポリマーの粉塵と充填剤が含まれており、閉ループシステムでは再利用前に濾過し、冷却し、澄明化する必要があります。不適切にメンテナンスされた水ループは、独自の汚染源となり、スケールや生物的成長を蓄積し、最終的にはペレットに付着します。Kerkeは、ペレット化装置と共に水システムを構成し、ループを清潔に保ち、ペレット化エリア全体を制御されたゾーン内に配置し、ペレットが触れる唯一の空気をフィルターで除去します。

まとめると、溶融ポンプ、スクリーン交換装置、および選択されたペレタイザーは最終品質ゲートとして機能します。エクストラーダは分散を設定し、これらの下流ユニットは清浄度を設定します。予算を節約するためにこれらを省略したり、仕様を満たさないまま使用したりすると、技術的に十分な混合物を製造することができても、電子機器の顧客の含有物制限を満たせなくなります。

容量とワークショップエリアの予算

ユニットのフットプリントが確立されたら、次の問題は全室面積です。スループットと面積の関係は線形ではありません。ガウン室、エアロック、水処理、電気室、保守用ストレージなどのサポート機能は生産量よりもゆっくりと拡大しますが、制御可能なエリアは最も長い機械とペレーティングアイランドと比例します。以下の表は、複数の電子混合装置で使用された計画予算を示しています。装置エリアと通路、FFUプルメン、交換用ストレージの合計です。

容量と推奨ワークショップエリア予算

目標出力量（kg/h）	典型的なKTEモデル	ネット機器の外形寸法（m）²)	ワークショップ全体面積（m）²)	おすすめクラス
30 から 120	KTE-36	45 ～ 65	90 ～ 130	クラス 8
120 ～ 350	KTE-50	80～110	150 to 220	クラス 8、光学の場合はクラス 7
400 から 700	KTE-75	140 ～ 190	260 から 360	クラス 8 からクラス 7
800 ～ 1200	KTE-75, 拡張	200 ～ 260	380 ～ 480	クラス 7 が優先
1500 ～ 2000	Dual KTE-75 またはそれ以上のフレーム	300 から 400	560 から 720	クラス 7、クラス 6の島をゾーニング

これらのエリアは単一ラインを前提としています。2か3本の並列ラインを運用している工場では、ガウンルーム、エアロック、水処理室、電気室が共有されているため、床面積の必要量は3倍にはならず、通路も合理化できます。2ラインのホールでは、通常は単一ラインのエリアの約1.6～1.7倍の面積が必要です。この共有が、電子コンパウンド機の容量拡大を別々の部屋ではなく、ひとつのクリーンエンベロープ下に追加の並列ラインとして計画する主な理由です。

天井高さは、忘れがちな第二の予算項目です。 クラス7ゾーンの上にあるFFUのプルエナジーには0.6～1.0メートルの空間が必要であり、クリーンシロとバッグフィルターには5～7メートルの天井高さが必要で、スクリュー取り扱い用のクレーンまたはホイストはさらに1メートルを追加する必要があります。 標準的な4メートルのクリアー高さで計画されたワークショップでは、シローとプルーメンの組み合わせでは不十分な高さになり、高価な後付け修正を余儀なくすることになります。 Kerkeのレイアウトチームは、床面図と同様に、垂直のスタックを細心の注意を払ってモデル化しています。なぜなら、埃のない工場は、汚れた床面と同様に、狭い天井からも失敗するからです。

ユーティリティの配線も、遅くまで計画されると面積を消費します。外部バッファーシロの真空輸送ライン、処理水供給と回収、冷却水ループ、圧縮空気、電気配線、およびデータネットワークはすべて定義されたトレイとチャージを必要とします。これらを床上でインストーラにルーティングさせることは、交差するパス、遮断された通路、および汚染の罠を生じさせることになります。上記の予算数値には、オーバーヘッドと周辺ユーティリティのためのスペースが予約されています。そのため、これらは単なる機器のカウントの上に配置されています。

HVAC、FFU の空気量、および人員または物資の流れの分離

暖房、換気、空調の設計により、空間計画が実際の清浄ゾーンとなります。ほとんどの電子化合物製造ワークショップでは、主力装置としてファンフィルタユニットが使用されます。これは、ファンとHEPAまたはULPAフィルターを組み合わせた自立型モジュールで、天井から下方に加工空気を供給します。カバレッジ、つまりFFUモジュールを備えた天井面積の割合は、空気の交換率と粒子を製品から遠ざける下方流の均一性を左右します。

クラス 8 の場合、天井からの FFU へのカバー率は 10 ～ 25% で、15 ～ 25 の空気変化数／時間が通常十分です。主な戦略はラミナールスイープではなく、希釈と正圧です。クラス 7 の場合、カバー率は 30 ～ 60% になり、空気変化数は 30 ～ 60 になります。これは、粒子が直下に流れて低いリターングリルから外に押し出される、単方向流の状態に近づいています。クラス 7 では、天井の上のプルーファーは少なくとも 0.6 メートルの深さにする必要があり、空気が製品に到達する前に、合理的な流れパターンを形成できるようにする必要があります。

空気量は簡単に推定できます。40回の空気交換を実施する300平方メートルのクラス7ゾーンでは、300×3×40、つまり36,000立方メートル/時間のフィルタリングされた空気供給が必要です。さらに、フィルターの負荷と漏れを考慮して余分な量が必要になります。この空気量がファンの消費電力、HEPAフィルターの数、および冷却負荷を決定します。クリーンなゾーンのエネルギーコストは実質的であり、クラスに応じて拡大します。そのため、クラス8で十分なものがあれば、クラス6に過剰に仕様を設定することは、予算上の過誤であり、当社はお客様が回避できるよう支援しています。

人員と物質の流れの分離は、多くの優れたワークショップでも失敗する原因になります。オペレーターは、ガウン着用のエアロックから入室し、靴のクリーニング、髪の被覆、コート、手袋を着用してから、清浄ゾーンに通過します。生料は決して同じドアから入らないようにします。代わりに、バルクバッグやスーパー・サックは、別の物質エアロックで開封されるか、より良い方法として、外部のバッファーシロで真空輸送され、清浄室内で粉が空中に浮かぶことはありません。完成した袋入りペレットは、第三のルートを通って出ていき、多くの場合、清浄側が倉庫に開かれることのない通路を通過します。

空気の流れのロジックは単純ですが厳密です。ペレタイジングとサイロの端から一般サービスエンドに向かって、そしてオーバーヘッドから低い場所へと清浄な空気が流れます。倉庫へのドアが開けっ放しになっている場合や、壁の上に設置されたリターングリルのような浸透部品は、流れを短絡し、汚れた空気を製品パスに沿って引き込みます。圧力カスケードは役立ちます。最も清潔なゾーンは最もプラス的であり、ガウン用エアロックは中間的であり、外側は最も低いので、漏れは常に外側へと移動します。Kerke はレイアウトをHVAC エンジニアと調整し、エキストルダーの駆動シャフトシールやペレタイザーの水管などの機器の浸透部品が圧力境界を破らないようにします。

もう一つの実用的な対策は、重量損失給送装置での局所的抽出です。クリーンルーム内であっても、粉末の袋を開けると、室内の空気が最終的に清浄になるものの、まず近くの表面に沈着することがあります。給送口に小さな局所的捕集フードを設置し、フィルタを通して戻すことで、その粉を源から除去し、全体の空気換気負荷を低く抑えることができます。これは、単一の埃の多いポイントを補うためにルームクラス全体をアップグレードするよりも安価です。

アプリケーション産業と最終製品

このダストフリーのツインスクリュー混合ラインは、汚染されたペレットが不良品となる産業に対応するために存在します。 Kerke機械とWanplasグループの混合技術は、幅広い電子および関連アプリケーションをカバーしており、それぞれがワークショップグレードが満たすべき純度の要件を持っています。

コネクタと端子の化合物は、最も広範囲に使用されている電子部品です。ガラス繊維強化ポリアミド66とポリアミド6を、しばしば難燃性と潤滑性を兼ね備えたパッケージで成形して、自動車、コンピュータ、消費者向けデバイスのコネクタに使用します。これらの部品は、薄い壁と厳しい公差を持つため、黒い斑点やゲルが成形ゲートを塞いだり、弱いシールを作り出す可能性があります。クラス8が典型的で、高信頼性の自動車用コネクタではクラス7が使用されます。

リレーとスイッチのハウジングには、難燃性ポリブチレンテレフタレートとポリカーボネートのブレンドを使用しています。ここで問題となるのは、難燃性分散剤の含有率と一貫性です。分散剤に不均一な混合物が含まれると、試験中に不均一に燃焼します。ツインスクリューラインでは、ハロゲンフリーまたはブロマイド化システムを均一に分散させ、清潔な作業場では、導電性の炭粉や金属粉が接触部に付着するのを防ぎます。

静電気防止および導電性化合物は、静電気を放出しながら粒子を落とさないようにするデバイスハウジング、トレイ、およびパッケージングに使用されます。カーボンブラックまたはカーボンファイバーの充填は、正確で再現可能なレベルに分散させる必要があり、ペレットは埃がなく、下流の清潔な組立ラインを汚染しないように保たなければなりません。水中ペレーティングとクラス7ゾーンが一般的な構成です。

LEDと照明部品ではポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、光を拡散させる充填化合物が使用されています。これらの部品では、いかなる含有物も光を散乱させ、照明された製品で明るい欠陥として表れます。これらの部品用の光学グレードのマスターバッチはクラス7に向かって進み、時にはペレタイジングダイでクラス6の島が存在します。

電池とエネルギー材料は急速に成長している電子関連産業です。セル用のセパレータコーティング、導電性バインダー化合物、および絶縁されたハウジングはすべて、セル内の金属の混入が少ないことが求められます。セル内の金属の混入は安全上のリスクとなります。清潔な作業場と細かいスクリーンフィルターは、この要件に直接対応します。

最後に、電子ケーブルおよびデータケーブルのケーブル合成では、制御されたゲル含有量で難燃剤と充填剤を均一に分散させる必要があります。ゲルは、薄い絶縁材において弱点となります。コネクタに使用される同じKTEラインがケーブル合成にも使用されるため、単一のグレードではなく、複数の製品ファミリーにわたって柔軟でダストフリーのワークショップが利益をもたらします。

正しいラインとワークショップグレードを選択する方法

選択は機械ではなく製品から始まります。対象となる出力、お客様の中で最も厳しい含有量の制限、充填荷重、および実行する製剤の数を定義します。その後、これらを KTE モデルとワークショップクラスにマッピングします。下の表は、Kerke プロジェクトエンジニアリングで使用される実用的な意思決定支援ツールです。

モデルおよびワークショップグレードの推奨事項

お客様の要件	推奨されるKTEモデル	ペレタイジング方法	ワークショップクラス	相対的資本コスト
新しい配合物の開発、30～120 kg/h	KTE-36	ストランドまたはウォーターリング	クラス 8	低
パイロットおよび小規模シリーズ、120～350 kg/h	KTE-50	水中リングまたは水中	クラス 8	メディア
大量生産、400～1200 kg/h	KTE-75	海中	クラス 7	高
高い充填量、ガラス繊維または鉱物が40％以上	KTE-50 または KTE-75 (サイドフィーダー付き)	水中リングまたは水中	クラス 8 からクラス 7	中程度から高
光学グレードまたはLEDグレード、目立つ含有物ゼロ	KTE-50 または KTE-75	水中、細かな画面	クラス7、クラス6の島	非常に高い
電池または導電性化合物、金属含有量が低い	KTE-75	海中	クラス 7	高

相対的な資本コストの列では、数字ではなくグレードを使用しているのは、最終的な数値が現地の建設、公益事業料金、および正確な機械構成に依存するためです。共通することは、ワークショップクラスが機械自体の次に大きなスイング要因であるということです。クラス8からクラス7に移行すると、空気処理とフィルターのコストがほぼ倍になり、プルネム構造が追加されます。クラス6に移行すると、HVAC予算が数倍になる可能性があります。規律あるアプローチは、最も厳しい顧客仕様を満たす最低レベルのクラスを設定し、節約した予算をより良いフィルタリングとペレタイジングに投資することです。

第二の選択原則は、ピーク状態のブーストではなく、安定状態の要件に合わせて機械を設計することです。低い充填量と低いスクリュー速度で稼働する過剰サイズのエクストラーダーは安定させにくく、滞留時間の変動が大きくなり、分散性に悪影響を与えます。Kerkeは通常、中間出力帯域が契約量に合致するモデルを推奨します。これによりラインは実績のある範囲で稼働します。その後、同じクリーンエンベロープの下に並列ラインを追加することで容量の拡大を実現し、冗長性を通じて供給の信頼性を向上させます。

リサイクルまたはリグリンド流を運営する生産者向けに、Wanplasグループは上流および下流の機器を一貫して提供し、単一の施設で、純粋な電子化合物と認定済みのリサイクルコンテンツを別々の区画で管理できます。重要なのは、汚れたリサイクル処理と清潔な電子ラインを決して混ぜないことです。両者はエアロックと専用の換気装置によって物理的に分離されており、リサイクルされた材料は独自の閉鎖されたライン内で溶融フィルターを通過した後でのみ、清潔な流れに再結合されます。

Kerke および Wanplas Group のサービスとサポート

ラインを購入することは始まりですが、何年もきれいに運用できるかが本当の試練です。 Kerkeは、Wanplasの工場として、グループ共通のサービスコミットメントと独自の混合技術を提供しています。 すべてのラインは出荷前に工場での受け入れテストを受け、その中には、熱安定性、ネジの位置合わせ、負荷下での制御応答を確認する連続運転チェックも含まれます。 この出荷前の検証により、機械が調整済みで届き、お客様の清潔な工場が問題が発見される最初の場所ではなくなります。

現地での設置と試運転は、Kerkeのエンジニアが行い、お客様のオペレーターおよびメンテナンススタッフに、特定のスクリュー構成、レシピ管理、クリーンルームでの操作規範についてもトレーニングを行います。 ワークショップの清潔度は、HVAC によるものと同様に、操作者の行動にも大きく依存するため、この研修では、ガウン着用、袋の取り扱い、スクリーンの交換手順、および前の製剤から次の製剤を保護する清掃サイクルについて説明します。

Wanplasグループは、すべての工場に対して、毎年500米ドルの無償部品供給ポリシー、損傷部品の保証交換、および顧客が生産および品質システムを直接監査できるオープン工場ポリシーを提供しています。制御ネットワークを通じたリモート監視により、KerkeとWanplasのエンジニアリングチームは、プロセスデータを確認し、ドリフトを診断し、サービス出張を待たずに調整を推奨できるため、ラインが有効な範囲内に維持され、ペレットが仕様内に保たれます。

予備部品の供給は、清浄度に関係する摩耗部品を中心に計画されています。具体的には、ねじ部品、バルブライナー、スクリーンパック、カッター刃、シールなどです。これらを定期的な交換プログラムに組み入れることで、静かに含有物レベルを上昇させるような徐々な摩耗を防ぐことができます。Kerkeは、稼働中の処方および生産量に合わせた摩耗部品キットを提供しています。これにより、メンテナンス計画は、一般的なカレンダーではなく実際の稼働状況に基づいています。

新しい施設を計画しているお客様に対して、Kerke と Wanplas グループは、機械の外形からユーティリティインターフェイスまでのレイアウトをサポートし、天井高さ、プレンムの深さ、エアロックの位置、およびユーティリティの配線についてアドバイスを提供します。これにより、クリーンなワークショップが最初から正しく構築されます。この上流の関与は、稼働後に狭くなったり、換気不足になった部屋を改修するよりも安価です。また、設備の設置面積を、製品が要求する ISO クラスに合わせることができます。

結論

電子プラスチックツインスクリュー混合ライン用のダストフリー工場は、機械、室内、手順の協調したシステムです。 汚染に敏感なポイントは、給料装置、溶融路、そしてペレタイジングゾーンとシローゾーンであり、これらの場所では、フィルタリングされた適切な空気が必要となります。 ほとんどの電子工学用プラスチックは、ISO 14644クラス8で快適に動作しますが、コネクター、ICエンカップメント、および光学グレードではクラス7が必要となり、クラス6は金型の特殊な部分に使用されます。 床面積は、30～120 kg/hのKTE-36ラボまたは試験ラインの場合は約90平方メートルから始まり、800～1200 kg/hのKTE-75生産ラインの場合は380～480平方メートルとなり、天井高さとユーティリティ配線が床面積と並行して配置されます。 Kerke の KTE-36、KTE-50、および KTE-75 共回転式ツインスクリュー押出機は、溶融ポンプ、連続スクリーンチェンジャー、および制御ゾーン内の水中または水環状ペレタイジング機能を備えた組み合わせにより、電子コンパウンドメーカーに対して、低含有量のペレットを作成するための有効で再現性の高い方法を提供します。 クリーンな混合ワークショップを計画している場合や、特定の電子製剤にマシンと室内のグレードを合わせる必要がある場合は、ターゲット出力、充填材の量、含有率制限をKerkeのエンジニアリングチームに送信して、カスタマイズされたラインとレイアウトの提案を受けてください。その後、Wanplasグループの工場を訪問して、KTEシリーズが制御された条件下で稼働しているのをご覧ください。

よくある質問