Extrúzia plastov je veľkoobjemový výrobný proces, pri ktorom sa surový plast roztaví a vytvaruje do súvislého profilu.Extrúzia vyrába položky, ako sú rúry/rúrky, tesniace lišty, oplotenia, palubné zábradlia, okenné rámy, plastové fólie a fólie, termoplastické povlaky a izolácie drôtov.
Tento proces začína privádzaním plastového materiálu (peliet, granúl, vločiek alebo práškov) z násypky do valca extrudéra.Materiál sa postupne taví mechanickou energiou generovanou otáčaním skrutiek a ohrievačmi usporiadanými pozdĺž hlavne.Roztavený polymér je potom vtlačený do matrice, ktorá tvaruje polymér do tvaru, ktorý počas chladenia tvrdne.
HISTÓRIA
Extrúzia potrubia
Prvé prekurzory moderného extrudéra boli vyvinuté na začiatku 19. storočia.V roku 1820 Thomas Hancock vynašiel gumový „mastikátor“ určený na regeneráciu spracovaných zvyškov gumy a v roku 1836 Edwin Chaffee vyvinul dvojvalcový stroj na miešanie prísad do gumy.Prvú termoplastickú extrúziu vyrobili v roku 1935 Paul Troester a jeho manželka Ashley Gershoff v Hamburgu v Nemecku.Krátko nato Roberto Colombo z LMP vyvinul prvé dvojzávitovkové extrudéry v Taliansku.
SPRACOVAŤ
Pri extrúzii plastov je surový materiál obvykle vo forme nurdov (malé guľôčky, často nazývané živica), ktoré sa gravitačne privádzajú z násypky na vrchu do valca extrudéra.Často sa používajú aditíva, ako sú farbivá a UV inhibítory (buď vo forme kvapaliny alebo peliet), ktoré sa môžu primiešať do živice pred príchodom do násypky.Proces má veľa spoločného so vstrekovaním plastov z hľadiska technológie extrudéra, hoci sa líši tým, že ide zvyčajne o kontinuálny proces.Zatiaľ čo pultrúzia môže ponúknuť mnoho podobných profilov v spojitých dĺžkach, zvyčajne s pridaným vystužením, dosiahne sa to vytiahnutím hotového produktu z matrice namiesto vytláčania polymérnej taveniny cez matricu.
Materiál vstupuje cez plniace hrdlo (otvor v blízkosti zadnej časti valca) a prichádza do kontaktu so skrutkou.Rotujúca skrutka (normálne sa otáča napr. 120 ot./min.) tlačí plastové guľôčky dopredu do vyhrievaného valca.Požadovaná teplota vytláčania sa zriedka rovná nastavenej teplote valca kvôli viskóznemu zahrievaniu a iným vplyvom.Vo väčšine procesov je nastavený vykurovací profil pre valec, v ktorom tri alebo viac nezávislých PID-riadených vykurovacích zón postupne zvyšuje teplotu valca zozadu (kam vstupuje plast) dopredu.To umožňuje, aby sa plastové guľôčky postupne roztavili, keď sú pretláčané cez valec, a znižuje sa riziko prehriatia, ktoré môže spôsobiť degradáciu polyméru.
K extra teplu prispieva intenzívny tlak a trenie vo vnútri hlavne.V skutočnosti, ak extrúzna linka beží určité materiály dostatočne rýchlo, ohrievače môžu byť vypnuté a teplota taveniny udržiavaná iba tlakom a trením vo vnútri valca.Vo väčšine extrudérov sú prítomné chladiace ventilátory, ktoré udržiavajú teplotu pod nastavenou hodnotou, ak sa vytvára príliš veľa tepla.Ak sa nútené chladenie vzduchom ukáže ako nedostatočné, použijú sa zaliate chladiace plášte.
Plastový extrudér rozrezaný na polovicu, aby sa zobrazili komponenty
V prednej časti valca roztavený plast opúšťa skrutku a prechádza cez sito, aby sa odstránili všetky nečistoty v tavenine.Sitá sú vystužené lámacou doskou (hrubý kovový puk s mnohými vyvŕtanými otvormi), pretože tlak v tomto bode môže presiahnuť 5 000 psi (34 MPa).Zostava sitového bloku/prerušovacej dosky tiež slúži na vytvorenie spätného tlaku v hlavni.Na rovnomerné tavenie a správne premiešanie polyméru je potrebný spätný tlak a to, aký tlak vzniká, možno „vyladiť“ meniacim sa zložením sita (počet sitiek, veľkosť ich drôtenej väzby a ďalšie parametre).Táto kombinácia lámacej dosky a sita tiež eliminuje „rotačnú pamäť“ roztaveného plastu a namiesto toho vytvára „pozdĺžnu pamäť“.
Po prechode cez rozbíjaciu dosku roztavený plast vstupuje do matrice.Forma je to, čo dáva konečnému produktu jeho profil a musí byť navrhnuté tak, aby roztavený plast rovnomerne prúdil z valcového profilu do tvaru profilu produktu.Nerovnomerné prúdenie v tomto štádiu môže produkovať produkt s nežiaducimi zvyškovými napätiami v určitých bodoch profilu, čo môže spôsobiť deformáciu pri ochladzovaní.Je možné vytvoriť širokú škálu tvarov, obmedzené na súvislé profily.
Produkt sa teraz musí ochladiť a to sa zvyčajne dosiahne ťahaním extrudátu cez vodný kúpeľ.Plasty sú veľmi dobré tepelné izolanty, a preto sa ťažko rýchlo ochladzujú.V porovnaní s oceľou odvádza plast svoje teplo 2000-krát pomalšie.V linke na vytláčanie rúrok alebo rúr je utesnený vodný kúpeľ pôsobený starostlivo kontrolovaným vákuom, aby sa zabránilo zrúteniu novovytvorenej a stále roztavenej rúry alebo rúry.Pri produktoch, ako sú plastové fólie, sa chladenie dosiahne ťahaním cez sadu chladiacich valcov.Pri fóliách a veľmi tenkých fóliách môže byť chladenie vzduchom účinné ako počiatočná fáza chladenia, ako pri vytláčaní fólie vyfukovaním.
Plastové extrudéry sa tiež vo veľkej miere používajú na opätovné spracovanie recyklovaného plastového odpadu alebo iných surovín po čistení, triedení a/alebo zmiešaní.Tento materiál sa bežne extruduje na vlákna vhodné na sekanie do guľôčok alebo peliet na použitie ako prekurzor na ďalšie spracovanie.
PREVEDENIE SKRUTKOV
V termoplastickej skrutke je päť možných zón.Keďže terminológia nie je v tomto odvetví štandardizovaná, tieto zóny môžu označovať rôzne názvy.Rôzne typy polymérov budú mať rôzne konštrukcie skrutiek, niektoré nezahŕňajú všetky možné zóny.
Jednoduchá plastová vytláčacia skrutka
Skrutky extrudéra Od Boston Matthews
Väčšina skrutiek má tieto tri zóny:
● Zóna podávania (tiež nazývaná zóna dopravy pevných látok): táto zóna dodáva živicu do extrudéra a hĺbka kanála je zvyčajne rovnaká v celej zóne.
● Zóna tavenia (tiež nazývaná prechodová alebo kompresná zóna): väčšina polyméru sa roztaví v tejto časti a hĺbka kanála sa postupne zmenšuje.
● Zóna dávkovania (tiež nazývaná zóna dopravy taveniny): táto zóna roztaví posledné častice a zmieša sa na jednotnú teplotu a zloženie.Podobne ako privádzacia zóna je hĺbka kanála konštantná v celej tejto zóne.
Okrem toho má odvzdušňovacia (dvojstupňová) skrutka:
● Dekompresná zóna.V tejto zóne, asi v dvoch tretinách skrutky, sa kanál náhle dostane hlbšie, čo uvoľní tlak a umožní, aby všetky zachytené plyny (vlhkosť, vzduch, rozpúšťadlá alebo reaktanty) boli vytiahnuté pomocou vákua.
● Druhá zóna merania.Táto zóna je podobná prvej meracej zóne, ale s väčšou hĺbkou kanála.Slúži na opätovné natlakovanie taveniny, aby sa dostala cez odpor sitiek a matrice.
Dĺžka skrutky sa často vzťahuje na jej priemer ako pomer L: D.Napríklad skrutka s priemerom 6 palcov (150 mm) v pomere 24:1 bude mať dĺžku 144 palcov (12 stôp) a pri pomere 32:1 bude mať dĺžku 192 palcov (16 stôp).Bežný je pomer L:D 25:1, ale niektoré stroje dosahujú až 40:1 pre väčšie miešanie a väčší výkon pri rovnakom priemere závitovky.Dvojstupňové (vetrané) skrutky sú zvyčajne 36:1, aby sa zohľadnili dve ďalšie zóny.
Každá zóna je vybavená jedným alebo viacerými termočlánkami alebo RTD v stene valca na reguláciu teploty.„Teplotný profil“, tj teplota každej zóny je veľmi dôležitý pre kvalitu a vlastnosti konečného extrudátu.
TYPICKÉ VYTLAČOVACIE MATERIÁLY
HDPE rúrka počas extrúzie.HDPE materiál prichádza z ohrievača do matrice a potom do chladiacej nádrže.Táto trubica Acu-Power je koextrudovaná – vo vnútri čierna s tenkým oranžovým plášťom na označenie napájacích káblov.
Typické plastové materiály, ktoré sa používajú pri extrúzii, zahŕňajú, ale nie sú obmedzené na: polyetylén (PE), polypropylén, acetál, akryl, nylon (polyamidy), polystyrén, polyvinylchlorid (PVC), akrylonitrilbutadiénstyrén (ABS) a polykarbonát.[4] ]
DIE TYPY
Pri vytláčaní plastov sa používajú rôzne formy.Aj keď môžu existovať značné rozdiely medzi typmi lisovníc a zložitosťou, všetky lisovnice umožňujú kontinuálne vytláčanie taveniny polyméru, na rozdiel od nekontinuálneho spracovania, ako je vstrekovanie.
Extrúzia vyfukovanej fólie
Vyfukovanie plastovej fólie
Výroba plastovej fólie pre produkty, ako sú nákupné tašky a súvislé fólie, sa dosahuje pomocou linky vyfukovanej fólie.
Tento proces je rovnaký ako bežný proces extrúzie až po matricu.V tomto procese sa používajú tri hlavné typy matríc: prstencové (alebo krížové), pavúkové a špirálové.Prstencové matrice sú najjednoduchšie a spoliehajú sa na to, že polymérna tavenina vedie okolo celého prierezu matrice pred výstupom z matrice;to môže viesť k nerovnomernému toku.Matrice Spider pozostávajú z centrálneho tŕňa pripojeného k vonkajšiemu prstencu matrice prostredníctvom niekoľkých „nohičiek“;zatiaľ čo tok je symetrickejší ako v prstencových matriciach, vytvára sa množstvo zvarových línií, ktoré oslabujú fóliu.Špirálové matrice odstraňujú problém zvarových línií a asymetrického toku, ale sú zďaleka najzložitejšie.
Tavenina sa pred opustením formy trochu ochladí, čím sa získa slabá polotuhá trubica.Priemer tejto rúrky sa rýchlo zväčšuje tlakom vzduchu a rúrka sa ťahá nahor pomocou valčekov, čím sa plast naťahuje v priečnom smere aj v smere ťahu.Ťahanie a vyfukovanie spôsobuje, že fólia je tenšia ako extrudovaná trubica, a tiež prednostne vyrovnáva reťazce polymérnych molekúl v smere, ktorý vidí najväčšie plastické napätie.Ak sa fólia ťahá viac, ako je vyfukovaná (konečný priemer rúrky je blízky extrudovanému priemeru), molekuly polyméru budú vysoko zarovnané so smerom ťahania, čím sa vytvorí film, ktorý je v tomto smere silný, ale v priečnom smere slabý. .Fólia, ktorá má výrazne väčší priemer ako vytlačený priemer, bude mať väčšiu pevnosť v priečnom smere, ale menšiu v smere ťahania.
V prípade polyetylénu a iných semikryštalických polymérov, keď sa film ochladzuje, kryštalizuje na úrovni známej ako línia mrazu.Ako fólia pokračuje v ochladzovaní, je ťahaná cez niekoľko súprav štrbinových valcov, aby sa sploštila do položenej rovnej rúrky, ktorá sa potom môže navíjať alebo rozrezať na dva alebo viac kotúčov fólie.
Vytláčanie listov/fólií
Extrúzia fólií/hárkov sa používa na vytláčanie plastových fólií alebo fólií, ktoré sú príliš hrubé na vyfukovanie.Používajú sa dva typy razidiel: v tvare T a vešiak.Účelom týchto lisovníc je preorientovať a viesť tok polymérnej taveniny z jediného kruhového výstupu z extrudéra do tenkého, plochého rovinného toku.V oboch typoch matrice zaisťujú konštantný, rovnomerný prietok po celej ploche prierezu matrice.Chladenie sa zvyčajne uskutočňuje ťahaním cez sadu chladiacich valcov (kalandrové alebo „chladiace“ valce).Pri extrúzii plechu tieto valce dodávajú nielen potrebné chladenie, ale určujú aj hrúbku plechu a textúru povrchu.[7]Často sa koextrúzia používa na nanesenie jednej alebo viacerých vrstiev na základný materiál, aby sa získali špecifické vlastnosti, ako je absorpcia UV žiarenia, textúra, odolnosť voči prestupu kyslíka alebo odraz energie.
Bežným postextrúznym procesom pre plastové fólie je tvarovanie za tepla, pri ktorom sa fólia zahrieva, kým nezmäkne (plast), a formuje sa pomocou formy do nového tvaru.Keď sa používa vákuum, často sa to opisuje ako vákuové tvarovanie.Orientácia (tj schopnosť/dostupná hustota listu, ktorý sa má vytiahnuť do formy, ktorá sa môže meniť v hĺbkach typicky od 1 do 36 palcov) je veľmi dôležitá a výrazne ovplyvňuje časy tvarovacích cyklov pre väčšinu plastov.
Vytláčanie rúrok
Extrudované rúrky, ako sú PVC rúrky, sa vyrábajú pomocou veľmi podobných lisovníc, aké sa používajú pri vytláčaní vyfukovaných fólií.Na vnútorné dutiny je možné použiť kladný tlak cez kolík alebo podtlak na vonkajší priemer pomocou vákuového triediča, aby sa zabezpečili správne konečné rozmery.Ďalšie lúmeny alebo otvory môžu byť zavedené pridaním vhodných vnútorných tŕňov do matrice.
Lekárska vytláčacia linka Boston Matthews
Aplikácie s viacvrstvovými hadicami sú vždy prítomné aj v automobilovom priemysle, inštalatérskom a vykurovacom priemysle a obalovom priemysle.
Extrúzia cez plášť
Extrúzia cez plášť umožňuje aplikáciu vonkajšej vrstvy plastu na existujúci drôt alebo kábel.Toto je typický proces izolácie drôtov.
Existujú dva rôzne typy lisovacích nástrojov používaných na poťahovanie drôtu, potrubia (alebo opláštenia) a tlaku.Pri oplášťovacích nástrojoch sa tavenina polyméru nedotkne vnútorného drôtu až bezprostredne pred okrajmi lisovnice.Pri tlakových nástrojoch sa tavenina dotýka vnútorného drôtu dlho predtým, ako dosiahne okraje lisovnice;toto sa robí pri vysokom tlaku, aby sa zabezpečila dobrá priľnavosť taveniny.Ak sa vyžaduje tesný kontakt alebo adhézia medzi novou vrstvou a existujúcim drôtom, použijú sa tlakové nástroje.Ak adhézia nie je žiaduca/nevyhnutná, namiesto toho sa použije opláštenie.
Koextrúzia
Koextrúzia je vytláčanie viacerých vrstiev materiálu súčasne.Tento typ extrúzie využíva dva alebo viac extrudérov na tavenie a dodávanie stabilného objemového prietoku rôznych viskóznych plastov do jedinej extrúznej hlavy (formy), ktorá bude extrudovať materiály v požadovanej forme.Táto technológia sa používa na ktorýkoľvek z vyššie opísaných procesov (vyfukovaná fólia, opláštenie, hadica, plech).Hrúbka vrstiev je riadená relatívnou rýchlosťou a veľkosťou jednotlivých extrudérov dodávajúcich materiály.
5 : 5 Vrstvená koextrúzia kozmetickej „stláčacej“ tuby
V mnohých reálnych scenároch nemôže jediný polymér splniť všetky požiadavky aplikácie.Zložená extrúzia umožňuje extrudovanie zmiešaného materiálu, ale koextrúzia zachováva oddelené materiály ako rôzne vrstvy v extrudovanom produkte, čo umožňuje vhodné umiestnenie materiálov s rôznymi vlastnosťami, ako je priepustnosť pre kyslík, pevnosť, tuhosť a odolnosť proti opotrebeniu.
Extrudný náter
Extrudné nanášanie je použitie procesu vyfukovania alebo odlievania filmu na nanášanie ďalšej vrstvy na existujúci kotúč papiera, fólie alebo filmu.Tento proces možno použiť napríklad na zlepšenie vlastností papiera jeho potiahnutím polyetylénom, aby bol odolnejší voči vode.Extrudovaná vrstva môže byť tiež použitá ako lepidlo na spojenie dvoch ďalších materiálov.Tetrapak je komerčným príkladom tohto procesu.
ZLOŽENÉ EXTRÚZIE
Zmiešavacia extrúzia je proces, ktorý zmiešava jeden alebo viac polymérov s aditívami za vzniku plastových zlúčenín.Krmivo môže byť pelety, prášok a/alebo kvapaliny, ale produkt je zvyčajne vo forme peliet na použitie v iných procesoch formovania plastov, ako je extrúzia a vstrekovanie.Rovnako ako pri tradičnom vytláčaní existuje široká škála veľkostí strojov v závislosti od aplikácie a požadovaného výkonu.Zatiaľ čo pri tradičnom vytláčaní možno použiť buď jednozávitovkové alebo dvojzávitovkové extrudéry, nevyhnutnosť primeraného miešania pri zmiešavacom vytláčaní robí dvojzávitovkové extrudéry takmer povinnými.
TYPY EXTRUDEROV
Existujú dva podtypy dvojzávitovkových extrudérov: súbežné a protibežné.Táto nomenklatúra sa vzťahuje na relatívny smer otáčania každej skrutky v porovnaní s druhou.V režime spoločnej rotácie sa obe skrutky otáčajú v smere alebo proti smeru hodinových ručičiek;pri protismernej rotácii sa jedna skrutka otáča v smere hodinových ručičiek, zatiaľ čo druhá sa otáča proti smeru hodinových ručičiek.Ukázalo sa, že pre danú plochu prierezu a stupeň prekrytia (zasahovania) je axiálna rýchlosť a stupeň miešania vyššia v súbežne rotujúcich dvojitých extrudéroch.Nárast tlaku je však vyšší v protibežných extrudéroch.Konštrukcia závitovky je bežne modulárna v tom, že na hriadeľoch sú usporiadané rôzne dopravné a miešacie prvky, aby sa umožnila rýchla rekonfigurácia pre zmenu procesu alebo výmenu jednotlivých komponentov v dôsledku opotrebovania alebo korózneho poškodenia.Veľkosti stroja sa pohybujú od malých 12 mm až po 380 mm
VÝHODY
Veľkou výhodou extrúzie je, že profily, ako sú rúrky, môžu byť vyrobené na ľubovoľnú dĺžku.Ak je materiál dostatočne pružný, môžu byť rúry vyrobené na dlhé dĺžky, dokonca aj navinuté na cievke.Ďalšou výhodou je vytláčanie rúr s integrovanou spojkou vrátane gumového tesnenia.
Čas odoslania: 25. februára 2022
