Истиснувањето на пластиката е процес на производство со голем волумен во кој суровата пластика се топи и се формира во континуиран профил. Екструзијата произведува предмети како што се цевки/цевки, атмосферско оградување, оградување, огради на палубата, прозорски рамки, пластични филмови и фолии, термопластични премази и изолација од жица.
Овој процес започнува со внесување на пластичен материјал (пелети, гранули, снегулки или прав) од бункер во бурето на екструдерот. Материјалот постепено се топи од механичката енергија генерирана од завртките за вртење и од грејачите распоредени по должината на бурето. Стопениот полимер потоа се форсира во матрица, која го обликува полимерот во форма што се стврднува за време на ладењето.
ИСТОРИЈА
Истиснување на цевки
Првите прекурсори на современиот екструдер беа развиени во почетокот на 19 век. Во 1820 година, Томас Хенкок измислил гумен „џвакач“ дизајниран за враќање на обработените остатоци од гума, а во 1836 година Едвин Чафи развил машина со два валјаци за мешање на адитиви во гума. Првото термопластично истиснување беше во 1935 година од Пол Троестер и неговата сопруга Ешли Гершоф во Хамбург, Германија. Набргу потоа, Роберто Коломбо од LMP ги разви првите екструдери со двојни завртки во Италија.
ПРОЦЕС
Во истиснувањето на пластиката, суровината соединение е вообичаено во форма на грутки (мали зрнца, често наречени смола) кои гравитацијата се внесуваат од врвот монтиран бункер во цевката на екструдерот. Често се користат адитиви како што се бои и УВ инхибитори (во течна или во форма на пелети) кои може да се измешаат во смолата пред да пристигнат во бункер. Процесот има многу заедничко со пластичното обликување со инјектирање од гледна точка на технологијата на екструдер, иако се разликува по тоа што обично е континуиран процес. Додека пултрузијата може да понуди многу слични профили во континуирани должини, обично со додадено засилување, ова се постигнува со извлекување на готовиот производ од матрицата наместо со истиснување на полимерното топење низ матрицата.
Материјалот навлегува низ доводното грло (отвор во близина на задниот дел на бурето) и доаѓа во контакт со завртката. Ротирачкиот шраф (вообичаено се врти на пр. 120 вртежи во минута) ги присилува пластичните монистра напред во загреаното буре. Посакуваната температура на истиснување ретко е еднаква на поставената температура на бурето поради вискозно загревање и други ефекти. Во повеќето процеси, за бурето се поставува профил за греење во кој три или повеќе независни зони на грејач контролирани со PID постепено ја зголемуваат температурата на бурето од задниот дел (каде што влегува пластиката) на предната страна. Ова им овозможува на пластичните зрна постепено да се топат додека се туркаат низ бурето и го намалува ризикот од прегревање што може да предизвика деградација на полимерот.
Дополнителна топлина е придонесена од интензивниот притисок и триењето што се случуваат внатре во бурето. Всушност, ако линијата за истиснување работи со одредени материјали доволно брзо, грејачите може да се исклучат и температурата на топењето да се одржува само со притисок и триење внатре во бурето. Во повеќето екструдери, вентилаторите за ладење се присутни за да ја задржат температурата под одредената вредност ако се генерира премногу топлина. Ако принудното воздушно ладење се покаже недоволно, тогаш се користат леани ладилни јакни.
Пластичниот екструдер се сече на половина за да се прикажат компонентите
На предниот дел од бурето, стопената пластика ја напушта завртката и патува низ пакетот на екранот за да ги отстрани сите загадувачи во топењето. Екраните се зајакнати со крпачка плоча (дебел метален пак со многу дупки пробиени низ него) бидејќи притисокот во овој момент може да надмине 5.000 psi (34 MPa). Склопот на пакувањето на екранот/плочката на прекинувачот исто така служи за создавање повратен притисок во цевката. Потребен е повратен притисок за еднообразно топење и правилно мешање на полимерот, а колкав притисок ќе се генерира може да се „промести“ со различен состав на пакувањето на екранот (бројот на екраните, големината на нивното ткаење на жица и други параметри). Оваа комбинација на прекинувачот и пакувањето на екранот исто така ја елиминира „ротационата меморија“ на стопената пластика и наместо тоа создава „надолжна меморија“.
Откако ќе помине низ плочата за прекинувач, стопената пластика влегува во матрицата. Матрицата е она што го дава својот профил на финалниот производ и мора да биде дизајнирана така што стопената пластика рамномерно тече од цилиндричен профил, до обликот на профилот на производот. Нерамномерниот проток во оваа фаза може да произведе производ со несакани преостанати напрегања на одредени точки во профилот што може да предизвика искривување при ладењето. Може да се креираат широк спектар на форми, ограничени на континуирани профили.
Производот сега мора да се излади и тоа обично се постигнува со повлекување на екструдатот низ водена бања. Пластиките се многу добри топлински изолатори и затоа тешко се ладат брзо. Во споредба со челикот, пластиката ја пренесува својата топлина 2.000 пати побавно. Во линијата за истиснување на цевката или цевката, на запечатена водена бања се делува со внимателно контролиран вакуум за да се задржи новоформираната и сè уште стопена цевка или цевка од колапс. За производи како пластична обвивка, ладењето се постигнува со повлекување низ сет ролни за ладење. За филмови и многу тенки облоги, воздушното ладење може да биде ефективно како почетна фаза на ладење, како кај истиснувањето на дуваниот филм.
Пластичните екструдери исто така се користат за повторна обработка на рециклиран пластичен отпад или други суровини по чистење, сортирање и/или мешање. Овој материјал најчесто се екструдира во филаменти погодни за сечкање во зрната или пелети за да се користи како претходник за понатамошна обработка.
ДИЗАЈН НА ЗАВРАТ
Постојат пет можни зони во термопластична завртка. Бидејќи терминологијата не е стандардизирана во индустријата, различни имиња може да се однесуваат на овие зони. Различни видови полимери ќе имаат различни дизајни на завртки, некои не ги вклучуваат сите можни зони.
Едноставна пластична завртка за истиснување
Екструдерски завртки од Бостон Метјуз
Повеќето завртки ги имаат овие три зони:
● Зона на напојување (исто така наречена зона за пренесување цврсти материи): оваа зона ја внесува смолата во екструдерот, а длабочината на каналот е обично иста низ целата зона.
● Зона на топење (исто така наречена преодна или зона на компресија): поголемиот дел од полимерот се топи во овој дел, а длабочината на каналот постепено се намалува.
● Мерна зона (наречена и зона за пренос на топење): оваа зона ги топи последните честички и се меша до униформа температура и состав. Како и зоната за напојување, длабочината на каналот е константна низ оваа зона.
Дополнително, вентилираната (двостепена) завртка има:
● Зона на декомпресија. Во оваа зона, околу две третини по завртката, каналот одеднаш се навлегува подлабоко, што го намалува притисокот и дозволува сите заробени гасови (влага, воздух, растворувачи или реактанти) да се извлечат со вакуум.
● Втора мерна зона. Оваа зона е слична на првата мерна зона, но со поголема длабочина на каналот. Служи за потиснување на топењето за да се добие преку отпорот на екраните и матрицата.
Честопати должината на завртката се однесува на нејзиниот дијаметар како сооднос L:D. На пример, завртката со дијаметар од 6 инчи (150 mm) при 24:1 ќе биде долга 144 инчи (12 стапки), а на 32:1 е долга 192 инчи (16 стапки). Соодносот L:D од 25:1 е вообичаен, но некои машини се зголемуваат до 40:1 за повеќе мешање и поголем излез со ист дијаметар на завртката. Двостепените (проветрени) завртки се обично 36:1 за да се земат предвид двете дополнителни зони.
Секоја зона е опремена со еден или повеќе термопарови или RTD во ѕидот на цевката за контрола на температурата. „Профилот на температурата“ т.е. температурата на секоја зона е многу важен за квалитетот и карактеристиките на крајниот екструдат.
ТИПИЧНИ МАТЕРИЈАЛИ ЗА ЕКСТРУЗИЈА
HDPE цевка за време на истиснување. Материјалот HDPE доаѓа од грејачот, во матрицата, потоа во резервоарот за ладење. Оваа Acu-Power цевка цевка е ко-екструдирана - црна внатре со тенка портокалова јакна, за да ги означи каблите за напојување.
Типичните пластични материјали кои се користат при истиснување вклучуваат, но не се ограничени на: полиетилен (PE), полипропилен, ацетал, акрилик, најлон (полиамиди), полистирен, поливинил хлорид (ПВЦ), акрилонитрил бутадиен стирен (ABS) и поликарбонат.[4. ]
ВИДОВИ УМРИ
Постојат различни матрици кои се користат за истиснување на пластика. Иако може да има значителни разлики помеѓу типовите и сложеноста на матриците, сите матрици овозможуваат континуирано истиснување на полимерното топење, за разлика од неконтинуираната обработка, како што е обликувањето со инјектирање.
Екструзија на издувен филм
Истиснување со дување на пластична фолија
Производството на пластична фолија за производи како што се торби за пазарење и континуирано покривање се постигнува со помош на линија на дувана фолија.
Овој процес е ист како обичен процес на истиснување до матрицата. Постојат три главни типа на матрици кои се користат во овој процес: прстенести (или вкрстени), пајак и спирални. Прстенестите матрици се наједноставни и се потпираат на полимерното топење што се канализира околу целиот пресек на матрицата пред да излезе од матрицата; ова може да резултира со нерамномерен проток. Матриците на пајакот се состојат од централна мандрела прикачена на надворешниот прстен на матрицата преку голем број „нозе“; додека протокот е посиметричен отколку кај прстенестите матрици, се создаваат голем број линии за заварување кои го ослабуваат филмот. Спиралните матрици го отстрануваат проблемот со линиите за заварување и асиметричниот проток, но се далеку најкомплексни.
Топењето се лади малку пред да се остави матрицата за да се добие слаба полуцврста цевка. Дијаметарот на оваа цевка брзо се шири преку воздушен притисок, а цевката се влече нагоре со валјаци, растегнувајќи ја пластиката и во попречната и во насоката на цртање. Цртежот и дувањето предизвикуваат филмот да биде потенок од екструдираната цевка, а исто така преферирано ги порамнува полимерните молекуларни синџири во насока која гледа најмногу пластично напрегање. Ако филмот се исцртува повеќе отколку што е разнесен (конечниот дијаметар на цевката е блиску до дијаметарот на екструдиран), полимерните молекули ќе бидат многу усогласени со насоката на влечење, правејќи филм кој е силен во таа насока, но слаб во попречната насока. . Филмот кој има значително поголем дијаметар од екструдираниот дијаметар ќе има поголема цврстина во попречната насока, но помалку во насоката на влечење.
Во случај на полиетилен и други полукристални полимери, додека филмот се лади, тој се кристализира на она што е познато како линија на мраз. Како што филмот продолжува да се лади, се влече низ неколку групи ролери за штипки за да се израмни во рамна цевка, која потоа може да се преклопи или пресече на две или повеќе ролни фолии.
Екструзија на лист/филм
Екструзија на лист/филм се користи за истиснување на пластични листови или филмови кои се премногу дебели за да се разнесат. Се користат два вида матрици: во облик на Т и закачалка. Целта на овие матрици е да го преориентираат и водат протокот на полимерното топење од еден круг излез од екструдерот до тенок, рамен рамнински проток. И кај двата типа матрици обезбедуваат постојан, рамномерен проток низ целата пресечна површина на матрицата. Ладењето е типично со повлекување низ сет ролни за ладење (календер или „ладни“ ролни). При истиснување на листовите, овие ролни не само што го обезбедуваат потребното ладење туку и ја одредуваат дебелината на листот и текстурата на површината.[7] Честопати ко-истиснувањето се користи за нанесување на еден или повеќе слоеви врз основниот материјал за да се добијат специфични својства како што се апсорпција на УВ, текстура, отпорност на пропустливост на кислород или рефлексија на енергија.
Вообичаен процес по истиснување на залихите од пластичен лим е термоформирањето, каде што листот се загрева додека не омекне (пластика) и се формира преку калап во нова форма. Кога се користи вакуум, ова често се опишува како формирање на вакуум. Ориентацијата (т.е. способност/достапната густина на листот да се влече до калапот, која обично може да варира во длабочини од 1 до 36 инчи) е многу важна и во голема мера влијае на времето на формирање на циклусот за повеќето пластика.
Екструзија на цевки
Екструдираните цевки, како што се ПВЦ цевки, се произведуваат со користење на многу слични матрици како што се користат при истиснување на дуван филм. Позитивен притисок може да се примени на внатрешните шуплини преку иглата, или негативен притисок може да се примени на надворешниот дијаметар со помош на вакуумска големина за да се обезбедат точни конечни димензии. Дополнителни лумени или дупки може да се воведат со додавање на соодветни внатрешни мандрели на матрицата.
Бостон Метјуз медицинска екструзија линија
Апликациите за повеќеслојни цевки се секогаш присутни во автомобилската индустрија, водоводната и грејната индустрија и индустријата за пакување.
Истиснување преку обвивка
Истиснувањето преку обвивка овозможува нанесување на надворешен слој од пластика на постоечка жица или кабел. Ова е типичен процес за изолација на жици.
Постојат два различни типа на алатки со матрици што се користат за обложување преку жица, цевки (или обвивка) и притисок. Во обвивката, полимерното топење не ја допира внатрешната жица веднаш пред усните на матрицата. При алати под притисок, топењето контактира со внатрешната жица долго пред да стигне до усните на матрицата; ова се прави при висок притисок за да се обезбеди добра адхезија на топењето. Ако е потребен интимен контакт или адхезија помеѓу новиот слој и постоечката жица, се користи алат под притисок. Ако адхезијата не е посакувана/неопходна, наместо тоа се користи алат за обвивка.
Коекструзија
Коекструзија е истиснување на повеќе слоеви материјал истовремено. Овој тип на истиснување користи два или повеќе екструдери за да се стопи и да испорача стабилна волуметриска пропусност на различна вискозна пластика до една глава за истиснување (матрица) која ќе ги истисне материјалите во посакуваната форма. Оваа технологија се користи за кој било од процесите опишани погоре (издуван филм, прекривка, цевки, лист). Дебелините на слојот се контролираат од релативните брзини и големини на поединечните екструдери кои ги испорачуваат материјалите.
5 : 5 Словен ко-екструзија на козметичка цевка за „стискање“.
Во многу реални сценарија, еден полимер не може да ги исполни сите барања на апликацијата. Соединението истиснување овозможува измешаниот материјал да се истисне, но коекструзијата ги задржува одделните материјали како различни слоеви во екструдираниот производ, овозможувајќи соодветно поставување на материјали со различни својства како што се пропустливост на кислород, цврстина, вкочанетост и отпорност на абење.
Екструзионен слој
Премазот со истиснување користи процес на издувана или леана фолија за премачкување на дополнителен слој на постоечка ролна хартија, фолија или филм. На пример, овој процес може да се користи за подобрување на карактеристиките на хартијата со обложување со полиетилен за да се направи поотпорна на вода. Екструдираниот слој може да се користи и како лепило за спојување на два други материјали. Тетрапак е комерцијален пример за овој процес.
КОМПИНЕНИ ЕКСТРУЗИИ
Екструзијата со соединување е процес кој меша еден или повеќе полимери со адитиви за да се добијат пластични соединенија. Доводот може да биде пелети, прав и/или течности, но производот е обично во форма на пелети, за да се користи во други процеси на формирање на пластика, како што се истиснување и обликување со инјектирање. Како и со традиционалното истиснување, постои широк опсег на големини на машината во зависност од примената и саканата пропусната моќ. Додека екструдерите со една или двојна завртка може да се користат во традиционалното истиснување, неопходноста од соодветно мешање во истиснувањето со мешање ги прави екструдерите со двојни завртки само задолжителни.
ВИДОВИ ЕКСТРУДЕРИ
Постојат два под-типа на екструдери со двојни завртки: ко-ротирачки и контра-ротирачки. Оваа номенклатура се однесува на релативната насока на вртење на секоја завртка во споредба со другата. Во режим на ко-ротација, двете завртки се вртат или во насока на стрелките на часовникот или спротивно од стрелките на часовникот; во спротивна ротација, едната завртка се врти во насока на стрелките на часовникот, додека другата се врти спротивно од стрелките на часовникот. Се покажа дека, за дадена површина на пресек и степен на преклопување (преплетување), аксијалната брзина и степенот на мешање се повисоки кај коротирачките двојни екструдери. Сепак, зголемувањето на притисокот е поголемо кај екструдерите со контра-ротирачки екструдери. Дизајнот на завртката е вообичаено модуларен со тоа што различни елементи за пренос и мешање се наредени на шахтите за да се овозможи брза реконфигурација за промена на процесот или замена на поединечни компоненти поради абење или корозивно оштетување. Големините на машината се движат од мали како 12 mm до 380 mm
ПРЕДНОСТИ
Голема предност на истиснувањето е тоа што профилите како што се цевките можат да се направат на која било должина. Ако материјалот е доволно флексибилен, цевките може да се направат на долги должини дури и да се намотуваат на макара. Друга предност е истиснувањето на цевките со интегрирана спојка вклучувајќи гумена заптивка.
Време на објавување: 25 февруари 2022 година
