Plasti ekstrusioon on suuremahuline tootmisprotsess, mille käigus toorplast sulatatakse ja vormitakse pidevaks profiiliks. Ekstrusioon toodab selliseid esemeid nagu torud/torud, ilmastikukatted, piirded, tekipiirded, aknaraamid, plastkiled ja -lehed, termoplastsed katted ja traadiisolatsioon.
See protsess algab plastmaterjali (graanulid, graanulid, helbed või pulbrid) söötmisega punkrist ekstruuderi silindrisse. Materjal sulatatakse järk-järgult kruvide keeramise ja piki tünni paigutatud küttekehade poolt tekitatud mehaanilise energia toimel. Sulanud polümeer surutakse seejärel stantsi, mis kujundab polümeeri selliseks, mis jahutamisel kõveneb.
AJALUGU
Torude väljapressimine
Kaasaegse ekstruuderi esimesed eelkäijad töötati välja 19. sajandi alguses. 1820. aastal leiutas Thomas Hancock kummist närimismasina, mis oli mõeldud töödeldud kummijääkide taastamiseks, ja 1836. aastal töötas Edwin Chaffee välja kahe rulliga masina lisandite kummi segamiseks. Esimese termoplasti ekstrusiooni tegid 1935. aastal Saksamaal Hamburgis Paul Troester ja tema abikaasa Ashley Gershoff. Varsti pärast seda töötas Roberto Colombo LMP-st Itaalias välja esimesed kahe kruviga ekstruuderid.
PROTSESS
Plastide ekstrudeerimisel on toorühendi materjal tavaliselt nõelte (väikeste helmeste, mida sageli nimetatakse vaiguks) kujul, mis juhitakse raskusjõu abil ülaosast paigaldatud punkrist ekstruuderi silindrisse. Sageli kasutatakse lisandeid, nagu värvained ja UV-inhibiitorid (kas vedelal või pelletite kujul), mida saab segada vaiguga enne punkrisse jõudmist. Protsessil on ekstruuderitehnoloogia seisukohast palju ühist plasti survevaluga, kuigi see erineb selle poolest, et see on tavaliselt pidev protsess. Kuigi pultrusioon võib pakkuda palju sarnaseid profiile pideva pikkusega, tavaliselt lisatud tugevdusega, saavutatakse see valmistoote stantsist välja tõmbamisega, selle asemel et polümeerisulamit läbi matriitsi ekstrudeerida.
Materjal siseneb läbi etteandekõri (silindri tagaosa lähedal olev ava) ja puutub kokku kruviga. Pöörlev kruvi (tavaliselt pöörlev nt 120 pööret minutis) sunnib plasthelmed ettepoole kuumutatud tünni. Soovitud ekstrusioonitemperatuur on viskoosse kuumenemise ja muude mõjude tõttu harva võrdne tünni seatud temperatuuriga. Enamiku protsesside puhul seatakse tünnile kütteprofiil, milles kolm või enam sõltumatut PID-ga juhitavat küttetsooni tõstavad tünni temperatuuri järk-järgult tagant (kuhu plast siseneb) ettepoole. See võimaldab plasthelmestel järk-järgult sulada, kui need läbi tünni surutakse, ja vähendab ülekuumenemise ohtu, mis võib põhjustada polümeeri lagunemist.
Lisasoojusele aitab kaasa tünni sees toimuv tugev surve ja hõõrdumine. Tegelikult, kui ekstrusiooniliin töötab teatud materjalidega piisavalt kiiresti, saab küttekehad välja lülitada ja sulamistemperatuuri hoida ainult tünni sees oleva rõhu ja hõõrdumise abil. Enamikus ekstruuderites on jahutusventilaatorid, et hoida temperatuuri alla seatud väärtuse, kui tekib liiga palju soojust. Kui sundõhkjahutus osutub ebapiisavaks, kasutatakse sissevalatud jahutussärke.
Plastikust ekstruuder lõigatakse pooleks, et näidata komponente
Silindri esiosas väljub sula plastik kruvist ja liigub läbi sõelapaki, et eemaldada sulas olevad saasteained. Ekraanid on tugevdatud kaitseplaadiga (paks metallist ketas, millesse on puuritud palju auke), kuna rõhk võib sellel hetkel ületada 5000 psi (34 MPa). Ekraanipaki / kaitselüliti plaadi koost on mõeldud ka tünnis vasturõhu tekitamiseks. Polümeeri ühtlaseks sulamiseks ja õigeks segamiseks on vaja vasturõhku ning tekkivat rõhku saab kohandada, muutes ekraanipakendi koostist (ekraanide arv, nende traadi koe suurus ja muud parameetrid). See kaitseplaadi ja ekraanipaki kombinatsioon välistab ka sula plastiku "pöörlemismälu" ja loob selle asemel "pikimälu".
Pärast purunemisplaadi läbimist siseneb sula plast stantsi. Matriit on see, mis annab lõpptootele profiili ja see peab olema konstrueeritud nii, et sulaplast voolab ühtlaselt silindrilisest profiilist toote profiilikujuni. Selles etapis võib ebaühtlane vool tekitada toote, millel on profiili teatud punktides soovimatud jääkpinged, mis võivad jahutamisel põhjustada kõverdumist. Luua saab väga erinevaid kujundeid, piirdudes pidevate profiilidega.
Toodet tuleb nüüd jahutada ja see saavutatakse tavaliselt ekstrudaadi tõmbamisega läbi veevanni. Plastid on väga head soojusisolaatorid ja seetõttu on neid raske kiiresti jahutada. Võrreldes terasega juhib plast soojust ära 2000 korda aeglasemalt. Toru või toru ekstrusiooniliinis toimib suletud veevannis hoolikalt kontrollitud vaakum, et vältida äsja moodustunud ja veel sulanud toru või toru kokkuvarisemist. Selliste toodete puhul nagu plastkile jahutus saavutatakse jahutusrullide komplekti tõmbamisega. Kilede ja väga õhukeste lehtede puhul võib õhkjahutus olla efektiivne esialgse jahutusetapina, nagu puhutud kile ekstrusiooni puhul.
Plastekstruudereid kasutatakse laialdaselt ka ringlussevõetud plastijäätmete või muude toorainete ümbertöötlemiseks pärast puhastamist, sorteerimist ja/või segamist. See materjal ekstrudeeritakse tavaliselt filamentideks, mis sobivad graanuliteks või graanuliteks tükeldamiseks, et kasutada neid edasise töötlemise lähteainena.
KRUVI DISAIN
Termoplastkruvis on viis võimalikku tsooni. Kuna tööstuses pole terminoloogiat standardiseeritud, võivad nendele tsoonidele viidata erinevad nimetused. Erinevat tüüpi polümeeridel on erinev kruvide konstruktsioon, mõned neist ei hõlma kõiki võimalikke tsoone.
Lihtne plastikust ekstrusioonikruvi
Ekstruuderi kruvid firmalt Boston Matthews
Enamikul kruvidel on need kolm tsooni:
● Toitetsoon (nimetatakse ka tahkete ainete ülekandetsooniks): see tsoon toidab vaigu ekstruuderisse ja kanali sügavus on kogu tsoonis tavaliselt sama.
● Sulamistsoon (nimetatakse ka ülemineku- või survetsooniks): selles osas sulab suurem osa polümeerist ja kanali sügavus väheneb järk-järgult.
● Mõõtmistsoon (nimetatakse ka sulatustransporditsooniks): see tsoon sulatab viimased osakesed ja seguneb ühtlase temperatuuri ja koostisega. Sarnaselt toitevööndiga on kanali sügavus kogu selles tsoonis konstantne.
Lisaks on õhutusavaga (kaheastmelisel) kruvil:
● Dekompressioonitsoon. Selles tsoonis, umbes kaks kolmandikku kruvist allapoole, läheb kanal järsku sügavamale, mis vähendab rõhku ja võimaldab kinni jäänud gaasid (niiskus, õhk, lahustid või reagendid) vaakumiga välja tõmmata.
● Teine mõõtmistsoon. See tsoon sarnaneb esimese mõõtmistsooniga, kuid suurema kanali sügavusega. Selle ülesandeks on sula uuesti survestamine, et see saaks läbi ekraanide ja stantsi takistuse.
Tihti viidatakse kruvi pikkusele selle läbimõõdule kui L:D suhtele. Näiteks 6-tollise (150 mm) läbimõõduga kruvi suhtega 24:1 on 144 tolli (12 jalga) ja 32:1 puhul 192 tolli (16 jalga). Levinud on L:D suhe 25:1, kuid mõnel masinal on sama kruvi läbimõõduga suurem segamine ja suurem väljundvõimsus kuni 40:1. Kaheastmelised (ventilatsiooniga) kruvid on tavaliselt 36:1, et arvestada kahe lisatsooniga.
Iga tsoon on varustatud ühe või mitme termopaari või RTD-ga tünni seinas temperatuuri reguleerimiseks. Temperatuuriprofiil, st iga tsooni temperatuur on lõpliku ekstrudaadi kvaliteedi ja omaduste seisukohalt väga oluline.
TÜÜPILISED EKSTRUUSIOONI MATERJALID
HDPE toru ekstrusiooni ajal. HDPE materjal tuleb küttekehast matriitsisse ja seejärel jahutuspaaki. See Acu-Poweri toru on koekstrudeeritud – seest must õhukese oranži ümbrisega toitekaablite tähistamiseks.
Tüüpilised ekstrusioonil kasutatavad plastmaterjalid on, kuid mitte ainult: polüetüleen (PE), polüpropüleen, atsetaal, akrüül, nailon (polüamiidid), polüstüreen, polüvinüülkloriid (PVC), akrüülnitriilbutadieenstüreen (ABS) ja polükarbonaat.[4] ]
SURETE TÜÜBID
Plasti ekstrusioonil kasutatakse mitmesuguseid stantse. Ehkki stantside tüüpide ja keerukuse vahel võib olla olulisi erinevusi, võimaldavad kõik stantsid polümeerisulamite pidevat ekstrusiooni, erinevalt mittepidevast töötlemisest, nagu survevalu.
Puhutud kile ekstrusioon
Plastkile puhumispressimine
Plastkile valmistamine selliste toodete jaoks nagu ostukotid ja pidev lehtkile saavutatakse puhutud kileliini abil.
See protsess on sama, mis tavaline ekstrusiooniprotsess kuni matriitsini. Selles protsessis kasutatakse kolme peamist stantsitüüpi: rõngakujuline (või ristpea), ämblik ja spiraal. Rõngakujulised stantsid on kõige lihtsamad ja tuginevad enne stantsist väljumist polümeeri sulami kanalisatsioonile kogu matriitsi ristlõikes; see võib põhjustada ebaühtlase voolu. Spider stantsid koosnevad kesksest tornist, mis on kinnitatud välimise matriitsi rõnga külge mitme "jalga" kaudu; Kuigi vool on sümmeetrilisem kui rõngakujulistes stantsides, tekib mitmeid keevisliine, mis nõrgendavad kilet. Spiraalsed stantsid kõrvaldavad keevitusliinide ja asümmeetrilise voolu probleemi, kuid on kaugelt kõige keerulisemad.
Sulatit jahutatakse veidi enne stantsist väljumist, et saada nõrk pooltahke toru. Selle toru läbimõõt laieneb õhurõhu abil kiiresti ja toru tõmmatakse rullidega ülespoole, venitades plastikut nii põiki kui ka tõmbesuunas. Tõmbamine ja puhumine muudavad kile õhemaks kui ekstrudeeritud toru ning eelistatavalt joonivad polümeeri molekulaarahelad selles suunas, mis näeb kõige plastilisemat pinget. Kui kilet tõmmatakse rohkem, kui seda puhutakse (lõplik toru läbimõõt on lähedane ekstrudeeritud läbimõõdule), on polümeeri molekulid tugevalt joondatud tõmbamissuunaga, moodustades kile, mis on selles suunas tugev, kuid põikisuunas nõrk. . Kilel, mille läbimõõt on oluliselt suurem kui ekstrudeeritud läbimõõt, on suurem tugevus põikisuunas, kuid väiksem tõmbesuunas.
Polüetüleeni ja teiste poolkristalliliste polümeeride puhul kristalliseerub kile jahtudes nn härmatisjoonel. Kui kile jahtub, tõmmatakse see läbi mitme nipprulli komplekti, et tasandada see lamedateks torudeks, mida saab seejärel poolida või lõigata kaheks või enamaks lehtrulliks.
Lehe/kile ekstrusioon
Lehtede/kilede ekstrudeerimist kasutatakse puhumiseks liiga paksude plastlehtede või kilede ekstrudeerimiseks. Kasutatakse kahte tüüpi stantse: T-kujuline ja riidepuu. Nende stantside eesmärk on ümber orienteerida ja juhtida polümeeri sulatise voogu ühest ümmargusest ekstruuderist väljuvast õhukesest tasapinnalisest voolust. Mõlema stantsitüübi puhul tagage pidev ja ühtlane vool kogu matriitsi ristlõikepinna ulatuses. Jahutamiseks tõmmatakse tavaliselt läbi jahutusrullide komplekt (kalender või "jahutus" rullid). Lehtede ekstrusioonil ei taga need rullid mitte ainult vajalikku jahutust, vaid määravad ka lehe paksuse ja pinna tekstuuri.[7] Sageli kasutatakse koekstrusiooni ühe või mitme kihi kandmiseks alusmaterjali peale, et saada spetsiifilisi omadusi, nagu UV-kiirguse neeldumine, tekstuur, hapniku läbilaskvuskindlus või energia peegeldus.
Levinud plastlehtmaterjalide ekstrusioonijärgne protsess on termovormimine, kus lehte kuumutatakse pehmeks (plastiks) ja vormitakse see vormi kaudu uuele kujule. Kui kasutatakse vaakumit, kirjeldatakse seda sageli kui vaakummoodustamist. Orientatsioon (st lehe võime/saadaolev tihedus vormi külge tõmmata, mille sügavus võib tavaliselt varieeruda vahemikus 1 kuni 36 tolli) on väga oluline ja mõjutab suuresti enamiku plastide vormimistsükli aegu.
Torude väljapressimine
Ekstrudeeritud torusid, näiteks PVC-torusid, toodetakse väga sarnaste stantside abil, mida kasutatakse puhutud kile ekstrusioonil. Õigete lõplike mõõtmete tagamiseks saab tihvti kaudu sisemistesse õõnsustesse rakendada positiivset rõhku või vaakummõõturi abil välisläbimõõdule alarõhku. Täiendavaid luumeneid või auke saab sisestada, lisades matriitsile vastavad sisemised tornid.
Boston Matthewsi meditsiiniline ekstrusiooniliin
Mitmekihilisi torusid kasutatakse alati ka autotööstuses, torustiku- ja küttetööstuses ning pakenditööstuses.
Üle mantli ekstrusioon
Mantli ekstrusioon võimaldab olemasolevale juhtmele või kaablile kanda plastikust väliskihi. See on tüüpiline juhtmete isoleerimise protsess.
Traadi, torude (või mantli) ja rõhu katmiseks kasutatakse kahte erinevat tüüpi stantsi. Kattetööriistades puudutab polümeeri sulam sisemist traati alles vahetult enne matriitsi huuli. Survetööriistades puutub sulatis sisemise traadiga kokku kaua enne, kui see jõuab matriitsi huulteni; seda tehakse kõrgel rõhul, et tagada sulatise hea nakkumine. Kui uue kihi ja olemasoleva traadi vahel on vajalik intiimne kontakt või adhesioon, kasutatakse survetööriistu. Kui nakkumist ei soovi/vaja, kasutatakse selle asemel mantlitööriistu.
Koekstrusioon
Koekstrusioon on mitme materjalikihi üheaegne ekstrusioon. Seda tüüpi ekstrudeerimisel kasutatakse kahte või enamat ekstruuderit erinevate viskoossete plastide sulatamiseks ja ühtlase mahulise läbilaskevõime edastamiseks ühte ekstrusioonipeasse (stantsi), mis ekstrudeerib materjalid soovitud kujul. Seda tehnoloogiat kasutatakse kõigis ülalkirjeldatud protsessides (puhutud kile, pealiskatted, torud, lehed). Kihi paksust reguleerivad materjale tarnivate üksikute ekstruuderite suhtelised kiirused ja suurused.
5:5 Kosmeetilise pigistatava toru kihiline koekstrusioon
Paljude reaalsete stsenaariumide korral ei suuda üks polümeer täita kõiki rakenduse nõudeid. Kombineeritud ekstrusioon võimaldab segatud materjali ekstrudeerida, kuid koekstrusioon säilitab eraldi materjalid ekstrudeeritud toote erinevate kihtidena, võimaldades sobivalt paigutada materjale, millel on erinevad omadused, nagu hapniku läbilaskvus, tugevus, jäikus ja kulumiskindlus.
Ekstrusioonkate
Ekstrusioonkatmine kasutab puhutud või valatud kile protsessi, et katta täiendav kiht olemasolevale paberi-, fooliumi- või kilerullile. Näiteks saab seda protsessi kasutada paberi omaduste parandamiseks, kattes selle polüetüleeniga, et muuta see veekindlamaks. Ekstrudeeritud kihti saab kasutada ka liimina, et viia kokku kaks muud materjali. Tetrapak on selle protsessi kaubanduslik näide.
ÜHENDEKSTRUSSIOONID
Ühendi ekstrusioon on protsess, mille käigus segatakse plastiühendite saamiseks üks või mitu polümeeri lisanditega. Söödaks võivad olla graanulid, pulber ja/või vedelikud, kuid toode on tavaliselt pelletite kujul, mida kasutatakse muudes plastivormimisprotsessides, nagu ekstrusioon ja survevalu. Nagu traditsioonilise ekstrusiooni puhul, on ka masinate suuruste valik olenevalt rakendusest ja soovitud läbilaskevõimest. Kuigi traditsioonilises ekstruudeerimises võib kasutada kas ühe- või kahe kruviga ekstruudereid, muudab segamise ekstruuderi piisava segamise vajadus kahe kruviga ekstruuderid ainult kohustuslikuks.
EKSTRUUDERI LIIGID
Kahe kruviga ekstruudereid on kahte alamtüüpi: koos- ja vastupöörlevad. See nomenklatuur viitab iga kruvi suhtelisele suunale võrreldes teisega. Kaaspöörlemise režiimis pöörlevad mõlemad kruvid kas päri- või vastupäeva; vastupööramisel pöörleb üks kruvi päripäeva, teine aga vastupäeva. On näidatud, et antud ristlõike pindala ja kattuvuse (põimumise) astme korral on aksiaalne kiirus ja segunemisaste suurem kaaspöörlevates kaksikekstruuderites. Vastupidiselt pöörlevates ekstruuderites on rõhu suurenemine aga suurem. Kruvikonstruktsioon on tavaliselt modulaarne, kuna võllidele on paigutatud mitmesugused transpordi- ja segamiselemendid, mis võimaldavad kiiret ümberkonfigureerimist protsessi muutmiseks või üksikute komponentide väljavahetamiseks kulumise või korrosioonikahjustuse tõttu. Masinate mõõtmed ulatuvad 12 mm kuni 380 mm suuruseni
EELISED
Ekstrusiooni suureks eeliseks on see, et profiile, näiteks torusid, saab valmistada mis tahes pikkusega. Kui materjal on piisavalt painduv, saab torusid valmistada pika pikkusega, isegi rullile kerides. Teiseks eeliseks on torude väljapressimine integreeritud liitmikuga koos kummitihendiga.
Postitusaeg: 25. veebruar 2022
