Plastikų ekstruzijos mašinų istorija

Plastikų ekstruzija yra didelės apimties gamybos procesas, kurio metu žaliavinis plastikas išlydomas ir suformuojamas ištisinis profilis. Ekstrūzija gamina tokius elementus kaip vamzdžiai/vamzdžiai, izoliacija nuo oro, tvoros, denio turėklai, langų rėmai, plastikinės plėvelės ir lakštai, termoplastinės dangos ir vielos izoliacija.
Šis procesas prasideda tiekiant plastikinę medžiagą (granulių, granulių, dribsnių ar miltelių) iš bunkerio į ekstruderio statinę. Medžiaga palaipsniui tirpsta dėl mechaninės energijos, kurią sukuria sukant varžtus ir išilgai statinės išdėstytus šildytuvus. Tada išlydytas polimeras suverčiamas į štampą, kuris formuoja polimerą į formą, kuri kietėja aušinant.

ISTORIJA

Vamzdžių išspaudimas
Pirmieji šiuolaikinio ekstruderio pirmtakai buvo sukurti XIX amžiaus pradžioje. 1820 m. Thomas Hancockas išrado guminį „kramtiklį“, skirtą apdorotoms gumos atliekoms susigrąžinti, o 1836 m. Edwinas Chaffee sukūrė dviejų ritinėlių mašiną, skirtą priedams maišyti gumą. Pirmąją termoplastinę ekstruziją 1935 m. atliko Paulas Troesteris ir jo žmona Ashley Gershoff Hamburge, Vokietijoje. Netrukus po to Roberto Colombo iš LMP sukūrė pirmuosius dvigubo sraigto ekstruderius Italijoje.

PROCESS
Ekstruzuojant plastiką žaliavos sudėtinės medžiagos paprastai yra gumulėlių (mažų rutuliukų, dažnai vadinamų derva) pavidalu, kurie gravitacijos jėga tiekiami iš viršuje sumontuoto bunkerio į ekstruderio cilindrą. Dažnai naudojami priedai, tokie kaip dažikliai ir UV inhibitoriai (skystų arba granulių pavidalu), kuriuos galima įmaišyti į dervą prieš patenkant į bunkerį. Šis procesas turi daug bendro su plastiko liejimu įpurškimu ekstruderio technologijos požiūriu, nors jis skiriasi tuo, kad paprastai tai yra nepertraukiamas procesas. Nors pultrūzija gali pasiūlyti daug panašių ištisinio ilgio profilių, dažniausiai su papildoma armatūra, tai pasiekiama ištraukiant gatavą produktą iš štampavimo, o ne išspaudžiant polimero lydalą per štampą.

Medžiaga patenka per padavimo angą (angą, esančią šalia statinės galinės dalies) ir liečiasi su varžtu. Besisukantis sraigtas (paprastai besisukantis, pvz., 120 aps./min.) priverčia plastikinius karoliukus į priekį į šildomą statinę. Norima ekstruzijos temperatūra retai būna lygi statinės nustatytai temperatūrai dėl klampaus kaitinimo ir kitų efektų. Daugumoje procesų statinei nustatomas šildymo profilis, kuriame trys ar daugiau nepriklausomų PID valdomų šildytuvo zonų palaipsniui didina statinės temperatūrą iš galo (kur patenka plastikas) į priekį. Tai leidžia plastikiniams rutuliukams palaipsniui ištirpti, kai jie stumiami per cilindrą, ir sumažina perkaitimo riziką, dėl kurios polimeras gali suirti.

Papildomą šilumą prisideda prie statinės viduje vykstančio intensyvaus slėgio ir trinties. Tiesą sakant, jei ekstruzijos linija tam tikras medžiagas paleidžia pakankamai greitai, šildytuvus galima išjungti ir lydalo temperatūrą palaikyti vien dėl slėgio ir trinties statinės viduje. Daugumoje ekstruderių yra aušinimo ventiliatoriai, kad temperatūra būtų žemesnė už nustatytą vertę, jei susidaro per daug šilumos. Jei priverstinio oro aušinimo nepakanka, naudojami įliejami aušinimo apvalkalai.

Plastikinis ekstruderis perpjautas per pusę, kad būtų parodyti komponentai
Statinės priekyje išlydytas plastikas palieka varžtą ir keliauja per ekrano pakuotę, kad pašalintų visus teršalus iš lydalo. Ekranai yra sustiprinti pertraukimo plokšte (storas metalinis ritulys su daugybe skylių per jį), nes slėgis šiuo metu gali viršyti 5000 psi (34 MPa). Ekrano pakuotės / pertraukiklio plokštės mazgas taip pat padeda sukurti priešslėgį statinėje. Atgalinis slėgis reikalingas vienodam polimero lydymuisi ir tinkamam maišymui, o sukuriamas slėgis gali būti „reguliuojamas“ keičiant ekrano pakuotės sudėtį (ekranų skaičių, jų vielos pynimo dydį ir kitus parametrus). Šis pertraukiklio plokštės ir ekrano paketo derinys taip pat pašalina išlydyto plastiko „sukimosi atmintį“ ir sukuria „išilginę atmintį“.
Praėjęs pro pertraukiklio plokštę, išlydytas plastikas patenka į štampą. Štampas suteikia galutiniam gaminiui profilį ir turi būti suprojektuotas taip, kad išlydytas plastikas tolygiai tekėtų iš cilindrinio profilio į gaminio profilio formą. Netolygus srautas šiame etape gali sukurti gaminį su nepageidaujamais liekamaisiais įtempiais tam tikrose profilio vietose, dėl kurių aušinant gali deformuotis. Galima sukurti daugybę įvairių formų, apsiribojant ištisiniais profiliais.

Dabar gaminį reikia atvėsinti, o tai paprastai pasiekiama ištraukiant ekstrudatą per vandens vonią. Plastikai yra labai geri šilumos izoliatoriai, todėl juos sunku greitai atvėsinti. Palyginti su plienu, plastikas savo šilumą praleidžia 2000 kartų lėčiau. Vamzdžio arba vamzdžio ekstruzijos linijoje sandari vandens vonia veikia kruopščiai kontroliuojamu vakuumu, kad naujai suformuotas ir dar išlydytas vamzdis ar vamzdis nesugriūtų. Tokiems gaminiams, kaip plastikinės plėvelės, aušinimas pasiekiamas traukiant per aušinimo ritinėlių rinkinį. Plėvelėms ir labai ploniems lakštams aušinimas oru gali būti veiksmingas kaip pradinis aušinimo etapas, kaip ir pūstos plėvelės ekstruzijos atveju.
Plastikiniai ekstruderiai taip pat plačiai naudojami perdirbtų plastikinių atliekų ar kitų žaliavų perdirbimui po valymo, rūšiavimo ir (arba) sumaišymo. Ši medžiaga paprastai išspaudžiama į gijas, tinkamas susmulkinti į granules arba granulių žaliavas ir naudoti kaip pirmtaką tolesniam apdorojimui.

VARŽTŲ KONSTRUKCIJA
Termoplastiniame varžte yra penkios galimos zonos. Kadangi pramonėje terminologija nėra standartizuota, šias zonas gali nurodyti skirtingi pavadinimai. Įvairių tipų polimerai turės skirtingą varžtų dizainą, kai kurie neapima visų galimų zonų.

Paprastas plastikinis ekstruzijos varžtas

Ekstruderio varžtai iš Boston Matthews
Dauguma varžtų turi šias tris zonas:
● Tiekimo zona (taip pat vadinama kietųjų medžiagų transportavimo zona): ši zona tiekia dervą į ekstruderį, o kanalo gylis visoje zonoje paprastai yra vienodas.
● Lydymosi zona (taip pat vadinama perėjimo arba suspaudimo zona): šioje dalyje išsilydo didžioji dalis polimero, o kanalo gylis palaipsniui mažėja.
● Dozavimo zona (taip pat vadinama lydalo perdavimo zona): ši zona išlydo paskutines daleles ir susimaišo iki vienodos temperatūros ir sudėties. Kaip ir tiekimo zonoje, kanalo gylis yra pastovus visoje šioje zonoje.
Be to, ventiliuojamas (dviejų pakopų) varžtas turi:
● Dekompresijos zona. Šioje zonoje, maždaug dviem trečdaliais žemiau sraigto, kanalas staiga gilėja, o tai sumažina slėgį ir leidžia vakuumu ištraukti visas įstrigusias dujas (drėgmę, orą, tirpiklius ar reagentus).
● Antroji matavimo zona. Ši zona yra panaši į pirmąją matavimo zoną, tačiau kanalo gylis yra didesnis. Jis skirtas pakartotiniam lydalo slėgiui, kad jis prasiskverbtų per ekranų ir štampo atsparumą.
Dažnai varžto ilgis nurodomas jo skersmeniu kaip L:D santykis. Pavyzdžiui, 6 colių (150 mm) skersmens varžtas, esantis santykiu 24:1, bus 144 colių (12 pėdų), o esant 32:1 – 192 colių (16 pėdų). Įprastas L:D santykis yra 25:1, tačiau kai kurios mašinos padidina santykį iki 40:1, kad būtų galima geriau maišyti ir gauti daugiau našumo esant tokiam pačiam varžto skersmeniui. Dviejų pakopų (vėdinami) varžtai paprastai yra 36:1, kad būtų atsižvelgta į dvi papildomas zonas.
Kiekvienoje zonoje yra viena ar daugiau termoporų arba RTD statinės sienelėje temperatūros kontrolei. „Temperatūros profilis“, ty kiekvienos zonos temperatūra yra labai svarbi galutinio ekstrudato kokybei ir savybėms.

Tipiškos ekstruzijos MEDŽIAGOS

HDPE vamzdis ekstruzijos metu. HDPE medžiaga patenka iš šildytuvo, į štampą, tada į aušinimo baką. Šis „Acu-Power“ vamzdis yra koekstruduotas – juodas viduje su plonu oranžiniu apvalkalu, skirtas maitinimo kabeliams žymėti.
Tipiškos plastikinės medžiagos, naudojamos ekstruzijai, yra, bet tuo neapsiribojant: polietilenas (PE), polipropilenas, acetalis, akrilas, nailonas (poliamidai), polistirenas, polivinilchloridas (PVC), akrilnitrilo butadieno stirenas (ABS) ir polikarbonatas. ]

ŠTAUTŲ TIPAI
Plastiko ekstruzijoje naudojami įvairūs štampai. Nors gali būti didelių skirtumų tarp štampų tipų ir sudėtingumo, visi štampai leidžia nuolat ekstruzuoti polimero lydalą, o ne nepertraukiamą apdorojimą, pavyzdžiui, liejimą įpurškiant.
Pūtimo plėvelės ekstruzija

Plastikinės plėvelės ekstruzija

Plastikinės plėvelės, skirtos tokiems produktams kaip pirkinių maišeliai ir ištisiniai lakštai, gaminami naudojant pūstos plėvelės liniją.
Šis procesas yra toks pat kaip įprastas ekstruzijos procesas iki štampavimo. Šiame procese naudojami trys pagrindiniai štampų tipai: žiediniai (arba kryžminiai), voratinkliniai ir spiraliniai. Žiediniai štampai yra patys paprasčiausi ir priklauso nuo polimero lydalo nukreipimo aplink visą štampo skerspjūvį prieš išeinant iš štampo; dėl to gali susidaryti netolygus srautas. Spider štampai susideda iš centrinio įtvaro, pritvirtinto prie išorinio štampo žiedo per keletą "kojų"; Nors srautas yra simetriškesnis nei žiediniuose štampuose, susidaro daug suvirinimo linijų, kurios susilpnina plėvelę. Spiraliniai štampai pašalina suvirinimo linijų ir asimetrinio srauto problemą, tačiau yra patys sudėtingiausi.

Prieš paliekant štampą, lydalas šiek tiek atšaldomas, kad gautųsi silpnas pusiau kietas vamzdelis. Šio vamzdžio skersmuo sparčiai plečiamas dėl oro slėgio, o vamzdis traukiamas į viršų voleliais, ištempiant plastiką tiek skersine, tiek traukimo kryptimis. Dėl piešimo ir pūtimo plėvelė yra plonesnė už ekstruzinį vamzdelį, taip pat pirmiausia sulygiuoja polimero molekulines grandines ta kryptimi, kuri mato didžiausią plastiškumą. Jei plėvelė traukiama daugiau nei prapučiama (galutinis vamzdžio skersmuo yra artimas ekstruzinio skersmeniui), polimero molekulės bus labai suderintos su tempimo kryptimi, todėl plėvelė bus stipri ta kryptimi, bet silpna skersine kryptimi. . Plėvelė, kurios skersmuo yra žymiai didesnis nei ekstruzinis skersmuo, bus stipresnis skersine kryptimi, bet mažesnis tempimo kryptimi.
Polietileno ir kitų pusiau kristalinių polimerų atveju plėvelė vėsdama kristalizuojasi ties vadinamąja šalčio linija. Kai plėvelė ir toliau vėsta, ji traukiama per kelis suspaudžiamųjų ritinėlių rinkinius, kad išlygintų ją į klojamą plokščią vamzdelį, kurį vėliau galima suvynioti arba supjaustyti į du ar daugiau lakštų ritinių.

Lakštų/plėvelių ekstruzija
Lakštų / plėvelių ekstruzija naudojama plastikiniams lakštams arba plėvelėms, kurios yra per storos, kad būtų galima išpūsti, išspausti. Naudojami dviejų tipų štampai: T formos ir kabykla. Šių štampų paskirtis yra perorientuoti ir nukreipti polimero lydalo srautą iš vieno apvalaus išėjimo iš ekstruderio į ploną plokščią plokštumą. Abiejų tipų štampuose užtikrinamas pastovus, vienodas srautas per visą štampo skerspjūvio plotą. Aušinimas paprastai vyksta traukiant per aušinimo ritinėlių rinkinį (kalendorių arba „šaldymo“ ritinius). Lakštų ekstruzijos metu šie ritinėliai ne tik užtikrina reikiamą aušinimą, bet ir nustato lakšto storį bei paviršiaus tekstūrą.[7] Dažnai koekstruzija naudojama vienu ar daugiau sluoksnių užtepti ant pagrindinės medžiagos, kad būtų išgaunamos specifinės savybės, pvz., UV absorbcija, tekstūra, atsparumas deguonies pralaidumui arba energijos atspindys.
Įprastas plastikinių lakštų žaliavų po ekstruzijos procesas yra terminis formavimas, kai lakštas kaitinamas iki minkštumo (plastiko) ir formuojamas į naują formą. Kai naudojamas vakuumas, tai dažnai apibūdinama kaip vakuuminis formavimas. Orientacija (ty gebėjimas / turimas lakšto tankis, kurį galima pritraukti prie formos, kurio gylis paprastai gali svyruoti nuo 1 iki 36 colių) yra labai svarbi ir labai įtakoja daugumos plastikų formavimo ciklo laiką.

Vamzdžių išspaudimas
Presuoti vamzdžiai, tokie kaip PVC vamzdžiai, gaminami naudojant labai panašius štampus, kurie naudojami pūstos plėvelės ekstruzijoje. Teigiamas slėgis gali būti taikomas vidinėms ertmėms per kaištį arba neigiamas slėgis gali būti taikomas išoriniam skersmeniui naudojant vakuuminį dydiklių, kad būtų užtikrinti teisingi galutiniai matmenys. Pridedant atitinkamus vidinius įtvarus prie štampo, galima įvesti papildomų liumenų arba skylių.

Bostono Matthews medicinos ekstruzijos linija
Daugiasluoksnių vamzdžių naudojimas taip pat visada naudojamas automobilių pramonėje, vandentiekio ir šildymo pramonėje bei pakavimo pramonėje.

Virš apvalkalo išspaudimas
Išspaudimas ant apvalkalo leidžia ant esamo laido ar kabelio uždėti išorinį plastiko sluoksnį. Tai yra įprastas laidų izoliavimo procesas.
Yra du skirtingi štampavimo įrankiai, naudojami vielos, vamzdžių (arba apvalkalų) ir slėgio padengimui. Apvalkalų įrankiuose polimero lydalas neliečia vidinės vielos tol, kol yra prieš pat štampo lūpas. Naudojant slėginius įrankius, lydalas susiliečia su vidiniu laidu gerokai anksčiau nei pasiekia štampo lūpas; tai daroma esant aukštam slėgiui, kad būtų užtikrintas geras lydalo sukibimas. Jei tarp naujo sluoksnio ir esamos vielos reikalingas intymus kontaktas arba sukibimas, naudojami slėgio įrankiai. Jei sukibimas nėra pageidaujamas / būtinas, vietoj jo naudojami apvalkalo įrankiai.

Koekstruzija
Koekstruzija yra kelių medžiagos sluoksnių išspaudimas vienu metu. Šio tipo ekstruzijoje naudojami du ar daugiau ekstruderių, skirtų išlydyti ir tiekti pastovų tūrinį skirtingų klampių plastikų pralaidumą į vieną ekstruzijos galvutę (štampą), kuri išskleis medžiagas norima forma. Ši technologija naudojama bet kuriame iš aukščiau aprašytų procesų (pučiama plėvelė, viršutinis apvalkalas, vamzdeliai, lakštai). Sluoksnio storis reguliuojamas pagal santykinį atskirų ekstruderių, tiekiančių medžiagas, greitį ir dydžius.

5:5 Kosmetinio „išspaudimo“ vamzdelio sluoksnio koekstruzija
Daugelyje realaus pasaulio scenarijų vienas polimeras negali patenkinti visų programos reikalavimų. Sudėtinė ekstruzija leidžia išspausti sumaišytą medžiagą, tačiau koekstruzijos būdu atskiros medžiagos išlaikomos kaip skirtingi ekstruzinio produkto sluoksniai, todėl galima tinkamai išdėstyti medžiagas, turinčias skirtingas savybes, tokias kaip deguonies pralaidumas, stiprumas, standumas ir atsparumas dilimui.
Ekstruzinė danga
Dengimas ekstruzijos būdu – tai pūstos arba liejamos plėvelės procesas, skirtas papildomam sluoksniui padengti ant esamo popieriaus, folijos ar plėvelės ritinėlio. Pavyzdžiui, šiuo procesu galima pagerinti popieriaus savybes, padengiant jį polietilenu, kad jis būtų atsparesnis vandeniui. Ekstruzinis sluoksnis taip pat gali būti naudojamas kaip klijai, sujungiantys dvi kitas medžiagas. Tetrapak yra komercinis šio proceso pavyzdys.

SUDĖTINĖS EKSTRŪZIJAS
Kombinavimo ekstruzija yra procesas, kurio metu vienas ar keli polimerai sumaišomi su priedais, kad susidarytų plastikiniai junginiai. Pašarai gali būti granulės, milteliai ir (arba) skysčiai, tačiau produktas dažniausiai yra granulių pavidalo, skirtas naudoti kituose plastiko formavimo procesuose, pavyzdžiui, ekstruzijoje ir liejimo įpurškimu. Kaip ir tradicinio ekstruzijos atveju, yra įvairių mašinų dydžių, atsižvelgiant į pritaikymą ir pageidaujamą našumą. Nors tradicinėje ekstruzijoje gali būti naudojami vieno arba dviejų sraigčių ekstruderiai, dėl būtinybės tinkamai sumaišyti ekstruziją su dviem sraigtais ekstruderiai yra privalomi.

EKSTRUDERIŲ RŪŠYS
Yra du dviejų sraigtinių ekstruderių tipai: kartu besisukantys ir priešingai besisukantys. Ši nomenklatūra nurodo santykinę kiekvieno varžto sukimosi kryptį, palyginti su kitu. Kooperatyvinio sukimosi režimu abu varžtai sukasi arba pagal laikrodžio rodyklę, arba prieš laikrodžio rodyklę; sukantis priešingai, vienas varžtas sukasi pagal laikrodžio rodyklę, o kitas sukasi prieš laikrodžio rodyklę. Buvo įrodyta, kad esant tam tikram skerspjūvio plotui ir persidengimo laipsniui (susirišimo), ašinis greitis ir maišymo laipsnis yra didesni kartu besisukančiuose dvigubuose ekstruderiuose. Tačiau priešinga kryptimi besisukančių ekstruderių slėgio padidėjimas yra didesnis. Sraigto konstrukcija paprastai yra modulinė, nes ant velenų yra išdėstyti įvairūs transportavimo ir maišymo elementai, kad būtų galima greitai perkonfigūruoti procesą arba pakeisti atskirus komponentus dėl susidėvėjimo ar korozinių pažeidimų. Mašinų dydžiai svyruoja nuo 12 mm iki 380 mm

PRIVALUMAI
Didelis ekstruzijos pranašumas yra tai, kad profiliai, tokie kaip vamzdžiai, gali būti pagaminti bet kokio ilgio. Jei medžiaga yra pakankamai lanksti, vamzdžiai gali būti pagaminti ilgais ilgiais, netgi suvynioti ant ritės. Kitas privalumas yra vamzdžių išspaudimas su integruota jungtimi, įskaitant guminį sandariklį.