Екструзија пластике је процес производње великог обима у којем се сирова пластика топи и формира у континуирани профил. Екструдирањем се производе предмети као што су цеви/цеви, траке за заштиту од атмосферских утицаја, ограде, ограде на палуби, прозорски оквири, пластичне фолије и фолије, термопластични премази и изолација жице.
Овај процес почиње пуњењем пластичног материјала (пелета, гранула, љуспица или праха) из резервоара у буре екструдера. Материјал се постепено топи механичком енергијом коју стварају завртњи и грејачи распоређени дуж цеви. Растопљени полимер се затим убацује у калуп, који обликује полимер у облик који се стврдне током хлађења.
ИСТОРИЈА
Екструзија цеви
Први претходници модерног екструдера развијени су почетком 19. века. Године 1820. Томас Хенкок је изумео гумени „жвакач“ дизајниран да поврати прерађене гумене отпатке, а 1836. Едвин Чефи је развио машину са два ваљка за мешање адитива у гуму. Прву термопластичну екструзију обавили су 1935. Паул Троестер и његова супруга Асхлеи Герсхофф у Хамбургу, у Њемачкој. Убрзо након тога, Роберто Цоломбо из ЛМП-а развио је прве екструдере са два пужа у Италији.
ПРОЦЕС
У екструзији пластике, сирови сложени материјал је обично у облику нурдлес (мале перле, које се често називају смола) које се гравитационо доводе из резервоара постављеног на врху у буре екструдера. Често се користе адитиви као што су боје и УВ инхибитори (у течном или у облику пелета) и могу се мешати у смолу пре него што стигну у резервоар. Процес има много заједничког са бризгањем пластике са становишта технологије екструдера, иако се разликује по томе што је обично континуиран процес. Док пултрузија може понудити много сличних профила у непрекидним дужинама, обично са додатним ојачањем, ово се постиже извлачењем готовог производа из калупа уместо екструдирања растопљеног полимера кроз калуп.
Материјал улази кроз грло за довод (отвор близу задњег дела цеви) и долази у контакт са завртњем. Ротирајући завртањ (обично се окреће на нпр. 120 о/мин) гура пластичне перле напред у загрејану цев. Жељена температура екструзије ретко је једнака подешеној температури бурета због вискозног загревања и других ефеката. У већини процеса, профил грејања је постављен за цев у којој три или више независних ПИД-контролисаних зона грејача постепено повећавају температуру бурета од задњег дела (где пластика улази) ка напред. Ово омогућава да се пластичне перле постепено топе док се гурају кроз цев и смањује ризик од прегревања које може изазвати деградацију полимера.
Додатној топлоти доприноси интензиван притисак и трење који се дешавају унутар цеви. У ствари, ако екструзиона линија покреће одређене материјале довољно брзо, грејачи се могу искључити, а температура растопа се одржава само притиском и трењем унутар цеви. У већини екструдера, вентилатори за хлађење су присутни да одржавају температуру испод задате вредности ако се генерише превише топлоте. Ако се присилно ваздушно хлађење покаже недовољним онда се користе ливени расхладни омотачи.
Пластични екструдер пресечен на пола да би се приказале компоненте
На предњем делу цеви, растопљена пластика напушта шраф и путује кроз сито како би уклонила све загађиваче у топљењу. Екрани су ојачани плочом за разбијање (дебели метални пак са много рупа избушених кроз њега) пошто притисак у овом тренутку може да пређе 5.000 пси (34 МПа). Склоп сита/разбијачке плоче такође служи за стварање повратног притиска у цеви. Повратни притисак је неопходан за равномерно топљење и правилно мешање полимера, а колики притисак се ствара може да се „подеси“ варирањем састава сита (број екрана, величина њихове жице и други параметри). Ова комбинација плоче за разбијање и сита такође елиминише „ротациону меморију“ истопљене пластике и уместо тога ствара „лонгитудинално памћење“.
Након проласка кроз плочу за разбијање, растопљена пластика улази у калуп. Матрица је оно што коначном производу даје профил и мора бити дизајнирана тако да растопљена пластика равномерно тече од цилиндричног профила до облика профила производа. Неравномерно струјање у овој фази може да произведе производ са нежељеним заосталим напрезањима у одређеним тачкама у профилу који могу изазвати деформације при хлађењу. Може се креирати широк избор облика, ограничен на континуиране профиле.
Производ се сада мора охладити, а то се обично постиже провлачењем екструдата кроз водено купатило. Пластика је веома добар топлотни изолатор и стога се тешко брзо охлади. У поређењу са челиком, пластика одводи топлоту 2.000 пута спорије. У линији за екструзију цеви или цеви, на затворено водено купатило делује пажљиво контролисан вакуум како би се новоформирана и још растопљена цев или цев спречила да се сруше. За производе као што су пластичне фолије, хлађење се постиже провлачењем кроз сет расхладних ролни. За филмове и веома танке фолије, ваздушно хлађење може бити ефикасно као почетна фаза хлађења, као код екструзије филма дувањем.
Пластични екструдери се такође интензивно користе за поновну обраду рециклираног пластичног отпада или других сировина након чишћења, сортирања и/или мешања. Овај материјал се обично екструдира у филаменте погодне за сецкање у зрну или пелет да се користи као претходник за даљу обраду.
СЦРЕВ ДЕСИГН
Постоји пет могућих зона у термопластичном вијку. Пошто терминологија није стандардизована у индустрији, различити називи се могу односити на ове зоне. Различити типови полимера ће имати различите дизајне шрафова, неки неће укључити све могуће зоне.
Једноставан пластични вијак за екструзију
Вијци за екструдер из Бостона Маттхевс
Већина шрафова има ове три зоне:
● Зона довода (која се назива и зона транспорта чврстих материја): ова зона доводи смолу у екструдер, а дубина канала је обично иста у целој зони.
● Зона топљења (која се назива и прелазна или зона компресије): већина полимера се топи у овом делу, а дубина канала постаје све мања.
● Зона дозирања (која се назива и зона транспорта талине): ова зона топи последње честице и меша се до уједначене температуре и састава. Као и зона напајања, дубина канала је константна у овој зони.
Поред тога, шраф са вентилацијом (двостепени) има:
● Зона декомпресије. У овој зони, око две трећине низ завртње, канал изненада постаје дубљи, што смањује притисак и омогућава да се заробљени гасови (влага, ваздух, растварачи или реактанти) извуку вакуумом.
● Друга зона мерења. Ова зона је слична првој зони мерења, али са већом дубином канала. Служи за поновни притисак на растопу да би се прошла кроз отпор сита и матрице.
Често се дужина завртња односи на његов пречник као однос Л:Д. На пример, шраф пречника 6 инча (150 мм) у 24:1 биће дугачак 144 инча (12 стопа), а код 32:1 дугачак је 192 инча (16 стопа). Л:Д однос од 25:1 је уобичајен, али неке машине иду и до 40:1 за више мешања и већи излаз при истом пречнику завртња. Двостепени (вентилирани) завртњи су обично 36:1 да би се урачунале две додатне зоне.
Свака зона је опремљена са једним или више термопарова или РТД-ова у зиду цеви за контролу температуре. „Профил температуре“, односно температура сваке зоне је веома важна за квалитет и карактеристике финалног екструдата.
ТИПИЧНИ МАТЕРИЈАЛИ ЗА ЕКСТРУЗИЈУ
ХДПЕ цев током екструзије. ХДПЕ материјал долази из грејача, у калуп, а затим у резервоар за хлађење. Ова Ацу-Повер цевна цев је коекструдирана - црна изнутра са танком наранџастом омотачем, за означавање каблова за напајање.
Типични пластични материјали који се користе у екструзији укључују, али нису ограничени на: полиетилен (ПЕ), полипропилен, ацетал, акрил, најлон (полиамиди), полистирен, поливинил хлорид (ПВЦ), акрилонитрил бутадиен стирен (АБС) и поликарбонат.[4] ]
ДИЕ ТИПЕС
Постоје разне матрице које се користе у екструзији пластике. Иако могу постојати значајне разлике између типова калупа и сложености, све калупе омогућавају континуирано екструзију растопљеног полимера, за разлику од неконтинуиране обраде као што је бризгање.
Екструзија дуваног филма
Екструзија пластичне фолије дувањем
Производња пластичне фолије за производе као што су торбе за куповину и непрекидне фолије се постиже коришћењем линије за дуване филмове.
Овај процес је исти као и редовни процес екструзије све до матрице. Постоје три главне врсте матрица које се користе у овом процесу: прстенасте (или крстасте главе), паукове и спиралне. Прстенасте матрице су најједноставније и ослањају се на то да се полимерни растопљени канали око целог попречног пресека матрице пре изласка из калупа; ово може довести до неравномерног тока. Паукове матрице се састоје од централног трна причвршћеног за спољни прстен матрице преко бројних „ногица“; док је проток симетричнији него у прстенастим калупима, производи се низ линија завара које слабе филм. Спиралне матрице уклањају проблем линија заваривања и асиметричног тока, али су далеко најсложеније.
Растоп се мало охлади пре него што напусти калуп да би се добила слаба получврста цев. Пречник ове цеви се брзо шири под притиском ваздуха, а цев се повлачи нагоре помоћу ваљака, истежући пластику иу попречном и у смеру извлачења. Извлачење и дување доводе до тога да филм буде тањи од екструдиране цеви, а такође првенствено поравнава молекулске ланце полимера у правцу који види најпластичније напрезање. Ако се филм више вуче него што се дува (коначни пречник цеви је близу екструдованог пречника), молекули полимера ће бити високо поравнати са смером извлачења, стварајући филм који је јак у том правцу, али слаб у попречном правцу . Филм који има знатно већи пречник од екструдираног пречника имаће већу снагу у попречном смеру, али мању у правцу извлачења.
У случају полиетилена и других полукристалних полимера, како се филм хлади, он кристалише на ономе што је познато као линија мраза. Како се филм наставља да се хлади, он се провлачи кроз неколико сетова упорних ваљака да би се спљоштио у равну цев, која се затим може намотати или пресећи на два или више ролни фолијом.
Екструзија листова/филма
Екструзија листова/филма се користи за екструдирање пластичних листова или филмова који су превише дебели да би се дували. Користе се две врсте калупа: Т-облика и вешалица. Сврха ових калупа је да преоријентишу и усмере ток растопљеног полимера од једног округлог излаза из екструдера до танког, равног равног тока. У оба типа калупа обезбедите константан, равномеран проток по целој површини попречног пресека матрице. Хлађење се обично врши провлачењем кроз сет ролни за хлађење (календар или „хладне“ ролне). У екструзији листова, ове ролне не само да обезбеђују неопходно хлађење, већ и одређују дебљину лима и текстуру површине.[7] Често се коекструзија користи за наношење једног или више слојева на основни материјал да би се добила специфична својства као што су УВ-апсорпција, текстура, отпорност на пермеацију кисеоника или рефлексија енергије.
Уобичајени пост-екструзиони процес за пластичне лимове је термоформирање, где се лист загрева док не омекша (пластика) и формира се помоћу калупа у нови облик. Када се користи вакуум, то се често описује као вакуумско формирање. Оријентација (тј. способност/доступна густина лима да се увуче у калуп који може да варира у дубинама типично од 1 до 36 инча) је веома важна и у великој мери утиче на време циклуса формирања за већину пластике.
Екструзија цеви
Екструдиране цеви, као што су ПВЦ цеви, производе се коришћењем врло сличних калупа као што се користе у екструзији филма дувањем. Позитиван притисак се може применити на унутрашње шупљине кроз клин, или негативан притисак се може применити на спољашњи пречник помоћу вакуумског одмерача да би се обезбедиле тачне крајње димензије. Додатни лумени или рупе се могу увести додавањем одговарајућих унутрашњих трна у калуп.
Бостон Маттхевс медицинска екструзиона линија
Примене вишеслојних цеви су такође увек присутне у аутомобилској индустрији, индустрији водовода и грејања и индустрији амбалаже.
Екструзија преко омотача
Екструзија преко омотача омогућава наношење спољашњег слоја пластике на постојећу жицу или кабл. Ово је типичан процес за изолацију жица.
Постоје две различите врсте алата који се користе за премазивање преко жице, цеви (или омотача) и притиска. У алатима за облагање полимером топљење полимера не додирује унутрашњу жицу све до непосредно испред ивица матрице. Код алата под притиском, талина долази у контакт са унутрашњом жицом много пре него што стигне до ивица калупа; ово се ради под високим притиском како би се осигурала добра адхезија растопа. Ако је потребан интиман контакт или приањање између новог слоја и постојеће жице, користи се алат за притисак. Ако адхезија није пожељна/неопходна, уместо тога се користи алат за облагање.
Коекструзија
Коекструзија је екструзија више слојева материјала истовремено. Ова врста екструзије користи два или више екструдера за топљење и испоруку стабилног волуметријског протока различите вискозне пластике у једну главу за екструзију (матрица) која ће екструдирати материјале у жељеном облику. Ова технологија се користи за било који од горе описаних процеса (пухани филм, омотавање, цеви, лим). Дебљине слојева се контролишу релативним брзинама и величинама појединачних екструдера који испоручују материјале.
5 : 5 Слој коекструзије козметичке „стисне“ тубе
У многим сценаријима из стварног света, један полимер не може да испуни све захтеве апликације. Сложена екструзија омогућава екструдирање мешаног материјала, али коекструзија задржава одвојене материјале као различите слојеве у екструдираном производу, омогућавајући одговарајуће постављање материјала са различитим особинама као што су пропустљивост кисеоника, чврстоћа, крутост и отпорност на хабање.
Екструзиони премаз
Екструзиони премаз користи процес дуваног или ливеног филма за премазивање додатног слоја на постојећи ролни папир, фолију или филм. На пример, овај процес се може користити за побољшање карактеристика папира премазивањем полиетиленом како би био отпорнији на воду. Екструдирани слој се такође може користити као лепак за спајање два друга материјала. Тетрапак је комерцијални пример овог процеса.
ЦОМПОУНД ЕКСТРУСИОНС
Екструзија мешања је процес који меша један или више полимера са адитивима да би се добила пластична једињења. Намирнице могу бити пелете, прах и/или течности, али производ је обично у облику пелета, који се користи у другим процесима формирања пластике као што су екструзија и бризгање. Као и код традиционалног екструдирања, постоји широк распон величина машина у зависности од примене и жељеног протока. Док се екструдери са једним или два пужа могу користити у традиционалној екструзији, неопходност адекватног мешања у екструзији мешавине чини екструдере са два пужа готово обавезним.
ВРСТЕ ЕКСТРУДЕРА
Постоје два подтипа екструдера са двоструким пужом: коротирајући и супротно ротирајући. Ова номенклатура се односи на релативни правац окретања сваког завртња у поређењу са другим. У режиму коротације, оба завртња се окрећу у смеру казаљке на сату или у супротном смеру; у супротној ротацији, један шраф се окреће у смеру казаљке на сату док се други окреће у смеру супротном од казаљке на сату. Показало се да је, за дату површину попречног пресека и степен преклапања (међуспрега), аксијална брзина и степен мешања већи у коротирајућим двоструким екструдерима. Међутим, повећање притиска је веће у екструдерима који се окрећу супротно. Дизајн шрафова је обично модуларан по томе што су различити елементи за транспорт и мешање распоређени на осовинама како би се омогућила брза реконфигурација за промену процеса или замену појединачних компоненти услед хабања или оштећења од корозије. Величина машине се креће од малих 12 мм до чак 380 мм
ПРЕДНОСТИ
Велика предност екструзије је што се профили као што су цеви могу направити било које дужине. Ако је материјал довољно флексибилан, цеви се могу правити на дугим дужинама, чак и намотане на колут. Још једна предност је екструзија цеви са интегрисаном спојницом укључујући гумену заптивку.
Време поста: 25. фебруар 2022
