Plastiek-ekstrusie is 'n hoëvolume-vervaardigingsproses waarin rou plastiek gesmelt en tot 'n aaneenlopende profiel gevorm word. Ekstrusie produseer items soos pyp/buise, weerstrokies, heinings, dekrelings, vensterrame, plastiekfilms en -plate, termoplastiese bedekkings en draadisolasie.
Hierdie proses begin deur plastiekmateriaal (korrels, korrels, vlokkies of poeiers) uit 'n hopper in die loop van die ekstruder in te voer. Die materiaal word geleidelik gesmelt deur die meganiese energie wat opgewek word deur skroewe te draai en deur verwarmers wat langs die loop gerangskik is. Die gesmelte polimeer word dan in 'n matrys gedwing, wat die polimeer in 'n vorm vorm wat verhard tydens afkoeling.
GESKIEDENIS
Pyp ekstrusie
Die eerste voorlopers van die moderne ekstruder is in die vroeë 19de eeu ontwikkel. In 1820 het Thomas Hancock 'n rubber "masticator" uitgevind wat ontwerp is om verwerkte rubberafval te herwin, en in 1836 het Edwin Chaffee 'n tweerolmasjien ontwikkel om bymiddels in rubber te meng. Die eerste termoplastiese ekstrusie was in 1935 deur Paul Troester en sy vrou Ashley Gershoff in Hamburg, Duitsland. Kort daarna het Roberto Colombo van LMP die eerste dubbelskroef-ekstruders in Italië ontwikkel.
PROSES
In die ekstrusie van plastiek is die rou saamgestelde materiaal gewoonlik in die vorm van nurdles (klein kraletjies, dikwels genoem hars) wat swaartekrag gevoer word vanaf 'n bo-gemonteerde hopper in die loop van die ekstruder. Bymiddels soos kleurstowwe en UV-inhibeerders (in vloeibare of korrelvorm) word dikwels gebruik en kan in die hars gemeng word voordat dit by die vullishouer aankom. Die proses het baie in gemeen met plastiek spuitgiet vanaf die punt van die ekstruder tegnologie, hoewel dit verskil deurdat dit gewoonlik 'n deurlopende proses is. Terwyl pultrusie baie soortgelyke profiele in aaneenlopende lengtes kan bied, gewoonlik met bykomende versterking, word dit bereik deur die finale produk uit 'n matrys te trek in plaas daarvan om die polimeersmelt deur 'n matrys te ekstrudeer.
Die materiaal gaan deur die voerkeel ('n opening naby die agterkant van die loop) in en kom met die skroef in aanraking. Die roterende skroef (draai gewoonlik teen bv. 120 rpm) dwing die plastiekkrale vorentoe in die verhitte loop. Die verlangde ekstrusietemperatuur is selde gelyk aan die vasgestelde temperatuur van die loop as gevolg van viskeuse verhitting en ander effekte. In die meeste prosesse word ’n verwarmingsprofiel vir die loop gestel waarin drie of meer onafhanklike PID-beheerde verwarmersones die temperatuur van die loop geleidelik van agter (waar die plastiek ingaan) na voor verhoog. Dit laat die plastiekkrale geleidelik smelt soos hulle deur die loop gedruk word en verlaag die risiko van oorverhitting wat agteruitgang in die polimeer kan veroorsaak.
Ekstra hitte word bygedra deur die intense druk en wrywing wat binne die loop plaasvind. Trouens, as 'n ekstrusielyn sekere materiale vinnig genoeg laat loop, kan die verwarmers afgeskakel word en die smelttemperatuur behou word deur druk en wrywing alleen binne die loop. In die meeste ekstrueerders is koelwaaiers teenwoordig om die temperatuur onder 'n vasgestelde waarde te hou as te veel hitte gegenereer word. Indien gedwonge lugverkoeling onvoldoende blyk, word ingegooide verkoelingsbaadjies gebruik.
Plastiek-ekstruder in die helfte gesny om die komponente te wys
Aan die voorkant van die loop verlaat die gesmelte plastiek die skroef en beweeg deur 'n skermpak om enige kontaminante in die smelt te verwyder. Die skerms word versterk deur 'n breekplaat ('n dik metaalpuck met baie gate wat daardeur geboor is) aangesien die druk op hierdie punt 5 000 psi (34 MPa) kan oorskry. Die skermpak/brekerplaatsamestelling dien ook om terugdruk in die loop te skep. Terugdruk word benodig vir eenvormige smelting en behoorlike vermenging van die polimeer, en hoeveel druk gegenereer word, kan "aanpas" word deur die samestelling van die skermpak (die aantal skerms, hul draadweefgrootte en ander parameters). Hierdie brekerplaat- en skermpakkombinasie skakel ook die "rotasiegeheue" van die gesmelte plastiek uit en skep eerder "langsgeheue".
Nadat dit deur die brekerplaat gegaan het, kom gesmelte plastiek die matrys binne. Die matrys is wat die finale produk sy profiel gee en moet so ontwerp word dat die gesmelte plastiek eweredig van 'n silindriese profiel, na die produk se profielvorm vloei. Ongelyke vloei in hierdie stadium kan 'n produk produseer met ongewenste residuele spanning op sekere punte in die profiel wat vervorming kan veroorsaak tydens afkoeling. 'n Wye verskeidenheid vorms kan geskep word, beperk tot deurlopende profiele.
Die produk moet nou afgekoel word en dit word gewoonlik bereik deur die ekstrudate deur 'n waterbad te trek. Plastiek is baie goeie termiese isoleerders en is dus moeilik om vinnig af te koel. In vergelyking met staal, voer plastiek sy hitte 2 000 keer stadiger weg. In 'n buis- of pyp-ekstrusielyn word 'n verseëlde waterbad deur 'n noukeurig beheerde vakuum aangewend om te verhoed dat die nuutgevormde en nog gesmelte buis of pyp ineenstort. Vir produkte soos plastiekplate word die verkoeling bewerkstellig deur 'n stel verkoelingsrolletjies deur te trek. Vir films en baie dun velle kan lugverkoeling effektief wees as 'n aanvanklike verkoelingstadium, soos in geblaasde film-ekstrusie.
Plastiek-ekstruders word ook wyd gebruik om herwonne plastiekafval of ander grondstowwe te herverwerk na skoonmaak, sortering en/of vermenging. Hierdie materiaal word gewoonlik geëxtrudeer in filamente wat geskik is om in die kraal of korrelaftreksel te kap om as 'n voorloper vir verdere verwerking te gebruik.
SKROEF ONTWERP
Daar is vyf moontlike sones in 'n termoplastiese skroef. Aangesien terminologie nie in die bedryf gestandaardiseer is nie, kan verskillende name na hierdie sones verwys. Verskillende tipes polimeer sal verskillende skroefontwerpe hê, sommige wat nie al die moontlike sones insluit nie.
'n Eenvoudige plastiese ekstrusieskroef
Ekstruderskroewe Van Boston Matthews
Die meeste skroewe het hierdie drie sones:
● Voersone (ook genoem die vastestowwe-vervoersone): hierdie sone voer die hars in die ekstruder in, en die kanaaldiepte is gewoonlik dieselfde regdeur die sone.
● Smeltsone (ook genoem die oorgangs- of kompressiesone): die meeste van die polimeer word in hierdie gedeelte gesmelt, en die kanaaldiepte word geleidelik kleiner.
● Meetsone (ook genoem die smeltvervoersone): hierdie sone smelt die laaste deeltjies en meng tot 'n eenvormige temperatuur en samestelling. Soos die voersone, is die kanaaldiepte regdeur hierdie sone konstant.
Daarbenewens het 'n geventileerde (twee-fase) skroef:
● Dekompressiesone. In hierdie sone, ongeveer twee derdes teen die skroef af, word die kanaal skielik dieper, wat die druk verlig en toelaat dat enige vasgevangde gasse (vog, lug, oplosmiddels of reaktante) deur vakuum uitgetrek word.
● Tweede meetsone. Hierdie sone is soortgelyk aan die eerste meetsone, maar met groter kanaaldiepte. Dit dien om die smelt weer onder druk te plaas om dit deur die weerstand van die skerms en die matrys te kry.
Dikwels word skroeflengte na sy deursnee verwys as L:D-verhouding. Byvoorbeeld, 'n 6-duim (150 mm) deursnee skroef by 24:1 sal 144 duim (12 voet) lank wees, en by 32:1 is dit 192 duim (16 voet) lank. ’n L:D-verhouding van 25:1 is algemeen, maar sommige masjiene gaan tot 40:1 vir meer meng en meer uitset by dieselfde skroefdeursnee. Twee-stadium (geventileerde) skroewe is tipies 36:1 om rekening te hou met die twee ekstra sones.
Elke sone is toegerus met een of meer termokoppels of RTD's in die loopwand vir temperatuurbeheer. Die "temperatuurprofiel", maw die temperatuur van elke sone is baie belangrik vir die kwaliteit en eienskappe van die finale ekstrudate.
TIPIESE EKSTRUSIE MATERIALE
HDPE pyp tydens ekstrusie. Die HDPE-materiaal kom van die verwarmer, in die matrijs, dan in die koeltenk. Hierdie Acu-Power buispyp is mede-ekstrudeer – swart binnekant met 'n dun oranje baadjie, om kragkabels aan te dui.
Tipiese plastiekmateriale wat in ekstrusie gebruik word, sluit in, maar is nie beperk nie tot: poliëtileen (PE), polipropileen, asetaal, akriel, nylon (poliamiede), polistireen, polivinielchloried (PVC), akrilonitril-butadieen-styreen (ABS) en polikarbonaat.[4 ]
DIE TIPE
Daar is 'n verskeidenheid matryse wat in plastiekekstrudering gebruik word. Alhoewel daar beduidende verskille tussen matrijstipes en kompleksiteit kan wees, maak alle matrys die deurlopende ekstrusie van polimeersmelt moontlik, in teenstelling met nie-deurlopende verwerking soos spuitgiet.
Geblaasde film-ekstrudering
Blaasekstrusie van plastiekfilm
Die vervaardiging van plastiekfilm vir produkte soos inkopiesakke en deurlopende velle word verkry deur 'n geblaasde filmlyn te gebruik.
Hierdie proses is dieselfde as 'n gewone ekstrusieproses tot by die matrys. Daar is drie hooftipes matryse wat in hierdie proses gebruik word: ringvormig (of kruiskop), spinnekop en spiraal. Ringvormige matryse is die eenvoudigste, en maak staat op die polimeersmelt wat om die hele dwarssnit van die matrys kanaliseer voordat dit die matrys verlaat; dit kan ongelyke vloei tot gevolg hê. Spinnekopmatryse bestaan uit 'n sentrale deur wat via 'n aantal "pote" aan die buitenste matrysring geheg is; terwyl vloei meer simmetries is as in ringvormige matryse, word 'n aantal sweislyne vervaardig wat die film verswak. Spiraalvorms verwyder die kwessie van sweislyne en asimmetriese vloei, maar is verreweg die mees komplekse.
Die smelt word effens afgekoel voordat dit die matrys verlaat om 'n swak halfvaste buis te lewer. Hierdie buis se deursnee word vinnig uitgebrei deur lugdruk, en die buis word opwaarts getrek met rollers, wat die plastiek in beide die dwars- en trekrigting rek. Die trek en blaas veroorsaak dat die film dunner is as die geëxtrudeerde buis, en belyn ook die polimeer molekulêre kettings by voorkeur in die rigting wat die meeste plastiese spanning sien. As die film meer getrek word as wat dit geblaas word (die finale buisdeursnee is naby die geëxtrudeerde deursnee) sal die polimeermolekules hoogs in lyn wees met die trekrigting, wat 'n film maak wat sterk in daardie rigting is, maar swak in die dwarsrigting . ’n Film wat aansienlik groter deursnee as die geëxtrudeerde deursnee het, sal meer sterkte in die dwarsrigting hê, maar minder in die trekrigting.
In die geval van poliëtileen en ander semi-kristallyne polimere, soos die film afkoel, kristalliseer dit by wat bekend staan as die ryplyn. Soos die film aanhou afkoel, word dit deur verskeie stelle kneeprolle getrek om dit plat te maak in 'n plat buis, wat dan in twee of meer rolle velle gespoel of gesny kan word.
Ekstrusie van vel/film
Vel/film-ekstrudering word gebruik om plastiekvelle of films wat te dik is om geblaas te word, uit te druk. Daar is twee soorte matryse wat gebruik word: T-vormig en kapstok. Die doel van hierdie matryse is om die vloei van polimeersmelt te heroriënteer en te lei vanaf 'n enkele ronde uitset vanaf die ekstruder na 'n dun, plat vlakke vloei. In beide matrystipes verseker konstante, eenvormige vloei oor die hele deursnee-area van die matrys. Verkoeling is tipies deur 'n stel verkoelingsrolletjies (kalender of "chill" rolletjies) te trek. In plaatekstrusie lewer hierdie rolle nie net die nodige verkoeling nie, maar bepaal ook plaatdikte en oppervlaktekstuur.[7] Dikwels word ko-ekstrusie gebruik om een of meer lae bo-op 'n basismateriaal toe te pas om spesifieke eienskappe soos UV-absorpsie, tekstuur, suurstofpermeasieweerstand of energierefleksie te verkry.
'n Algemene na-ekstrusieproses vir plastiekplaatmateriaal is termovorming, waar die plaat verhit word tot sag (plastiek), en via 'n vorm in 'n nuwe vorm gevorm word. Wanneer vakuum gebruik word, word dit dikwels beskryf as vakuumvorming. Oriëntasie (dws die vermoë/beskikbare digtheid van die vel om na die vorm getrek te word, wat tipies in dieptes van 1 tot 36 duim kan wissel) is uiters belangrik en het 'n groot invloed op die vormsiklustye vir die meeste plastiek.
Ekstrusie van buise
Geëxtrudeerde buise, soos PVC-pype, word vervaardig met baie soortgelyke matryse as wat gebruik word in geblaasfilm-ekstrusie. Positiewe druk kan toegepas word op die interne holtes deur die pen, of negatiewe druk kan toegepas word op die buite deursnee met behulp van 'n vakuum sizer om korrekte finale afmetings te verseker. Addisionele lumens of gate kan ingebring word deur die toepaslike binnedore by die matrys te voeg.
'n Boston Matthews Mediese Ekstrusielyn
Multi-laag buis toepassings is ook altyd teenwoordig in die motor industrie, loodgieter en verwarming industrie en verpakking industrie.
Ekstrusie oor baadjie
Ekstrusie van omhulsel maak voorsiening vir die toepassing van 'n buitenste laag plastiek op 'n bestaande draad of kabel. Dit is die tipiese proses om drade te isoleer.
Daar is twee verskillende tipes gereedskap wat gebruik word om 'n draad, buis (of omhulsel) en druk te bedek. In omhulselwerk raak die polimeersmelt nie aan die binnedraad tot onmiddellik voor die matryslippe nie. In drukgereedskap maak die smelt in aanraking met die binnedraad lank voordat dit die matryslippe bereik; dit word teen 'n hoë druk gedoen om goeie adhesie van die smelt te verseker. Indien intieme kontak of adhesie tussen die nuwe laag en bestaande draad benodig word, word drukgereedskap gebruik. As adhesie nie verlang/nodig is nie, word mantelwerktuig eerder gebruik.
Koekstrudering
Koekstrusie is die ekstrusie van verskeie lae materiaal gelyktydig. Hierdie tipe ekstrusie maak gebruik van twee of meer ekstrueerders om te smelt en 'n bestendige volumetriese deurset van verskillende viskose plastiek te lewer aan 'n enkele ekstrusiekop (matrys) wat die materiaal in die verlangde vorm sal ekstrudeer. Hierdie tegnologie word gebruik op enige van die prosesse wat hierbo beskryf word (geblaasde film, oorbedekking, buise, vel). Die laagdiktes word beheer deur die relatiewe spoed en groottes van die individuele ekstrueerders wat die materiaal lewer.
5 :5 Laag ko-ekstrusie van kosmetiese "squeeze" buis
In baie werklike scenario's kan 'n enkele polimeer nie aan al die vereistes van 'n toepassing voldoen nie. Saamgestelde ekstrusie laat toe dat 'n gemengde materiaal geëkstrueer word, maar koekstrudering behou die afsonderlike materiale as verskillende lae in die geëxtrudeerde produk, wat geskikte plasing van materiale met verskillende eienskappe soos suurstofdeurlaatbaarheid, sterkte, styfheid en slytweerstand moontlik maak.
Ekstrusiebedekking
Ekstrusiebedekking gebruik 'n geblaas- of gietfilmproses om 'n bykomende laag op 'n bestaande rolvoorraad van papier, foelie of film te bedek. Hierdie proses kan byvoorbeeld gebruik word om die eienskappe van papier te verbeter deur dit met poliëtileen te bedek om dit meer bestand teen water te maak. Die geëxtrudeerde laag kan ook as 'n kleefmiddel gebruik word om twee ander materiale bymekaar te bring. Tetrapak is 'n kommersiële voorbeeld van hierdie proses.
SAAMGESTELDE EKSTRUSIES
Samestellingsekstrusie is 'n proses wat een of meer polimere met bymiddels meng om plastiekverbindings te gee. Die voere kan korrels, poeier en/of vloeistowwe wees, maar die produk is gewoonlik in korrelvorm, om gebruik te word in ander plastiekvormende prosesse soos ekstrusie en spuitgiet. Soos met tradisionele ekstrusie, is daar 'n wye verskeidenheid in masjiengroottes, afhangende van toepassing en verlangde deurset. Alhoewel enkel- of dubbelskroef-ekstruders in tradisionele ekstrusie gebruik kan word, maak die noodsaaklikheid van voldoende vermenging in saamgestelde ekstrusie dubbelskroef-ekstruders alles behalwe verpligtend.
TIPES EKSTRADER
Daar is twee subtipes dubbelskroef-ekstruders: saam- en teen-roterende. Hierdie nomenklatuur verwys na die relatiewe rigting wat elke skroef draai in vergelyking met die ander. In ko-rotasie-modus draai beide skroewe óf kloksgewys óf antikloksgewys; in teenrotasie draai een skroef kloksgewys terwyl die ander teen die kloksgewys draai. Dit is getoon dat, vir 'n gegewe deursnee-area en graad van oorvleueling (vermenging), aksiale snelheid en graad van vermenging hoër is in mede-roterende tweeling-ekstruders. Drukopbou is egter hoër in teen-roterende ekstrueerders. Die skroefontwerp is gewoonlik modulêr deurdat verskeie vervoer- en mengelemente op die asse gerangskik is om vinnige herkonfigurasie moontlik te maak vir 'n prosesverandering of vervanging van individuele komponente as gevolg van slytasie of korrosiewe skade. Die masjiengroottes wissel van so klein as 12 mm tot so groot as 380 mm
VOORDELE
’n Groot voordeel van ekstrusie is dat profiele soos pype tot enige lengte gemaak kan word. As die materiaal genoeg buigsaam is, kan pype op lang lengtes gemaak word, selfs op 'n katrol. Nog 'n voordeel is die ekstrusie van pype met geïntegreerde koppelaar insluitend rubberseël.
Postyd: 25 Februarie 2022
