Кіріспе
Балқытылған пластикті өндіру процесі Пластикті экструзиялау - бұл шикі пластикті балқытып, үздіксіз профильге айналдыратын үлкен көлемді өндірістік процесс. Экструзиядан құбырлар / құбырлар, ауа райынан тазарту, қоршау, палубаның қоршаулары, терезелер, пластикалық пленкалар мен табақтар, термопластикалық қаптамалар және сым оқшаулау сияқты бұйымдар шығарылады. Бұл процесс пластикалық материалды (пеллеттер, түйіршіктер, табақшалар немесе ұнтақтар) экструдерлік бөшкеге құю арқылы басталады. Материал біртіндеп бұрандаларды бұрауға және баррель бойына орналастырылған қыздырғыштарға әсер ететін механикалық энергиямен балқытылады. Одан кейін балқытылған полимерді үлпеге мәжбүрлейді, ол полимерді салқындату кезінде қатайтатын пішінге айналдырады.
Plastics extrusion is a high volume manufacturing process in which raw plastic is melted and formed into a continuous profile. Extrusion produces items such as pipe/tubing, weatherstripping, fencing, deck railings, window frames, plastic films and sheeting, thermoplastic coatings, and wire insulation. This process starts by feeding plastic material (pellets, granules, flakes or powders) from a hopper into the barrel of the extruder. The material is gradually melted by the mechanical energy generated by turning screws and by heaters arranged along the barrel. The molten polymer is then forced into a die, which shapes the polymer into a shape that hardens during cooling.
Тарих
Қазіргі экструдердің алғашқы үлгілері 19 ғасырдың басында жасалды. 1820 жылы Томас Хэнкок өңделген резеңке қалдықтарын қайта өңдеуге арналған резеңке "мастикатор" ойлап тапты, ал 1836 жылы Эдвин Чаффи екі роликті машинаны резеңкеге қоспалар араластыру үшін жасады. Алғашқы термопластикалық экструзияны 1935 жылы Поль Тройстер және оның әйелі Эшли Гершофф Германияның Гамбург қаласында жасады. Көп ұзамай LMP-дің Роберто Коломбо Италияда алғашқы қос бұрандалы экструдерлерді жасады.
Процесс
Пластмассаны экструзиялау кезінде шикізат құрама материал әдетте экструзердің барреліне жоғары орнатылған сорғышынан гравитациямен қоректенетін нортлер (кіші буралар, көбінесе шайыр деп аталады) түрінде болады. Түсіру және УФ-қақырышты inhibitors (сусы немесе гранул түрінде) сияқты қоспалар жиі қолданылады және ыдысқа жетуден бұрын шайырға араластырылуы мүмкін. Бұл процесс экструдер технологиясының тұрғысынан пластикалық инъекциялық қалыптаумен көп ұқсастығы бар, бірақ ол әдетте үздіксіз процесс болып табылады. Пултрузия көптеген ұқсас профильдерді үздіксіз ұзындықта, әдетте қосымша арматурамен ұсына алады, бұл полимер ерігенін үлкейту арқылы экструзиялаудың орнына, дайын өнімді үлкейту арқылы шығарып алады. Материал ағынды желкеден (аяқтың артқы жағындағы саңылау) өтіп, бұрандамен байланысқа түседі. Айналмалы бұранда (әдетте, 120 айналымда айналады) пластикалық бұрандаларды жылытылған түтікке алға итеріп жібереді. Қажетті экструзия температурасы сирек кездеседі, себебі ыстық қызу және басқа да әсерлер бар. Көптеген процестерде, баррельге үш немесе одан да көп тәуелсіз PID басқарылатын қыздырғыш аймақтар бара-бара баррельдің температурасын артқы жағынан (пластмасса кіретін жерден) алдыңғы жағына дейін көтереді. Бұл пластикалық бұрандаларды бара-бара түтік арқылы итеріп өткенде балқытуға мүмкіндік береді және полимердің ыдырауына әкелетін ыстықтай ыстықтай ықтималдықты төмендетеді. Артық жылуды болат ішінде орын алатын қатты қысым мен сүргі әсер етеді. Егер экструзия желісі белгілі бір материалдарды жеткілікті жылдам өткізсе, қыздырғыштарды тоқтатып, балқыту температурасын тек борыш ішіндегі қысым мен сүргі арқылы ұстауға болады. Экструдерлердің көпшілігінде, егер тым көп жылу пайда болса, температураны белгіленген мәннен төмен ұстау үшін салқындатқыш желдеткіштер бар. Егер ауамен суыту жеткіліксіз болса, онда суыту үшін құйма жағалар қолданылады. Баррельдің алдыңғы жағында балқыған пластик бұрандадан шығып, балқыған заттың кез келген ластануын алып тастау үшін экран пакетінен өтеді. Экрандар бұзылу пластинасымен (көптеген тесіктері бар қалың металл шайқас) күшейтіледі, өйткені бұл жердегі қысым 5000 пс (34 МПа) асады. Экранды жинақтау / бұзатын пластиналар жиынтығы сондай-ақ баррельде қарсы қысым жасау үшін қызмет етеді. Полимердің біркелкі балқыуы мен дұрыс араласуы үшін кері қысым қажет, ал қанша қысым пайда болатынын экранның құрамын (экранның саны, олардың сым тоқу мөлшері және басқа параметрлер) өзгерте отырып "таңдауға" болады. Бұл сынық пластинасы мен экрандық пакет комбинациясы балқыған пластиктің "ойналу жады" жояды және оның орнына "ұзындық жады" жасайды. Брейкер пластинасынан өткеннен кейін балқытылған пластик өлшеуге кіреді. Өрнекті түпкілікті өнімге оның профилін беретін зат болып табылады және балқытылған пластик цилиндрлік профильден өнімнің профиль пішініне біркелкі ағып отыратын етіп жасалуы тиіс. Бұл кезеңде біркелкі емес ағыс профильдің белгілі бір нүктелерінде жағымсыз қалдық кернеулері бар өнімді шығарады, бұл салқындату кезінде бүлінуді тудырады. Тұрақты профильдермен шектеліп, көптеген түрлі пішіндер жасалуы мүмкін. Енді өнімді салқындату керек, бұл әдетте экструдатты су ваннасынан тарту арқылы жүзеге асырылады. Пластмасса өте жақсы жылу оқшаулағыш болып табылады, сондықтан оны тез суыту қиын. Болатпен салыстырғанда, пластик жылуды 2000 есе баяу өткізеді. Құбырларды экструзиялау желісінде жаңадан қалыптасқан және әлі еріген түтік немесе құбырдың құлауын болдырмау үшін мұқият бақыланатын вакууммен бекітілген су ваннасына әсер етіледі. Пластмассадан жасалған табақтар сияқты бұйымдар үшін салқындату салқындату роликтерінің жиынтығын тарту арқылы жүзеге асырылады. Пленкалар мен өте жұқа табақтар үшін ауамен салқындату бастапқы салқындату сатысы ретінде тиімді болуы мүмкін, мысалы, соққан пленка экструзиясында. Пластмасса экструдерлері қайта өңделген пластикалық қалдықтарды немесе басқа шикізаттарды тазалау, сұрыптау және/немесе араластырудан кейін қайта өңдеу үшін де кеңінен қолданылады. Бұл материал көбінесе бұдан әрі өңдеу үшін прекурсор ретінде пайдалану үшін бұранда немесе гранулға кесуге жарамды талшықтар болып экструдияланады.
Үлгілі экструзия материалдары
Экструзияда қолданылатын типтік пластикалық материалдар мыналарды қамтиды, бірақ олармен шектелмейді: полиэтилен (PE), полипропилен, полиацетал, акрил, нейлон (полиамидтер), полистирол, поливинилхлорид (PVC), акрилонитрил-бутадиенстирол (ABS) және поликарбонат.
Үлгілер түрлері
Пластмассаны экструзиялауда қолданылатын түрлі формалар бар. Өрнектердің түрлері мен күрделілігі арасында елеулі айырмашылықтар болуы мүмкін, бірақ барлық өрестер полимер балқымасының үздіксіз экструзиясына мүмкіндік береді, бұл инъекциялық қалыптау сияқты үздіксіз емес өңдеуге қарсы.
Ұшырылған пленка экструзиясы
Азық-түлік пакеттері, сауда пакеттері және үздіксіз табақтар сияқты өнімдер үшін пластикалық пленканың өндірісі үрлейтін пленка желісін пайдалану арқылы жүзеге асырылады. Бұл процесс қалыпты экструзия процесіндей, өшірілімге дейін. Бұл процесте қолданылатын үш негізгі типті өлшегіш бар: сақиналы (немесе айқас), жәндік және спираль. Дөңгелек формадағы үлгіштер ең қарапайым болып табылады және үлгіштің бүкіл қимасы бойынша полимердің балқып кетуіне байланысты, ол үлгіштен шығып кетеді; бұл тегіс емес ағысқа әкелуі мүмкін. Аралық үлкейтулер сыртқы үлкейту сақинасына бірнеше "аяқ" арқылы бекітілген орталық мандрелден тұрады; ағысы сақиналық үлкейтулерге қарағанда симметриялық болса да, пленканы әлсірететін бірқатар дәнекерлеу желілері пайда болады. Спиральды үлгілер дәнекерлеу желілері мен асимметриялық ағыны мәселесін шешеді, бірақ ең күрделісі болып табылады. Еріген зат өлшемінен шығып, әлсіз жартылай қатты түтік пайда болу үшін біраз салқындатылады. Бұл түтіктің диаметрі ауа қысымы арқылы тез кеңейтіледі, ал түтікті дөңгелектермен жоғары қарай тартады, пластикті көлденең және тартылған бағытта созады. Тарту және үрлеу пленканың экструдияланған түтікке қарағанда жұқа болуына әкеледі, сондай-ақ полимер молекулалық тізбектерін пластикалық ауытқуды көретін бағытта бағытта теңестіреді. Егер пленка соққыдан көбірек тартылса (түпкі түтіктің диаметрі экструдияланған диаметрге жақын болса), полимер молекулалары соғу бағытына жоғары деңгейде орналасады, бұл бағытта мықты, бірақ көлденең бағытта әлсіз пленка жасайды. Экструзия диаметріне қарағанда айтарлықтай үлкен диаметрі бар пленка көлденең бағытта көбірек беріктікке ие болады, бірақ тартылған бағытта аз болады. Полиэтилен және басқа да жартылай кристалды полимерлер жағдайында, қаптама суығанда, ол мұздау сызығы деп аталатын жерде кристалданады. Пленканың салқындауы жалғасқан сайын, оны бірнеше рет сору үшін оны бірнеше рет сору үшін бірнеше рет сору үшін, оны жалпақ түтіктерге жаю үшін, содан кейін оны екі немесе одан да көп орама табаққа бұрауға немесе кесуге болады.
Қатты/пленка экструзиясы
Қалқанды экструзия пластикалық қалыңдықты экструзиялау үшін қолданылады. Дәнекерлеудің екі түрі бар: Т пішінді және киім ілгіш. Бұл формалардың мақсаты экструдерден шығатын бір дөңгелек шығыстан полимерлі балқыманың ағынын жұқа, жазық жазық ағынына қайта бағдарлау және бағыттау болып табылады. Екі түрдегі де өлшегіштің барлық көлденең қима ауданы бойынша тұрақты, біркелкі ағысты қамтамасыз ету. Салқындату әдетте салқындату роликтерінің (календар немесе "салқындату" роликтері) жиынтығын тарту арқылы жүзеге асырылады. Қатты экструзия кезінде бұл орамдар қажетті салқындатуды қамтамасыз етіп қана қоймай, сонымен қатар табақтың қалыңдығы мен бетін де анықтайды. Көбінесе коэкструзияны UV сіңіру, текстура, оттегінің сіңуіне қарсы тұру немесе энергияның шағылысуы сияқты ерекше қасиеттерді алу үшін негізгі материалдың үстіне бір немесе бірнеше қабаттарды қолдану үшін қолданады. Пластмасса табақ материалдарын экструзиядан кейінгі жалпы процесс термоформалау болып табылады, онда табақ жұмсақ (пластмасса) болғанға дейін қыздырылады және қалып арқылы жаңа пішінге айналады. Вакуумды қолданғанда, бұл көбінесе вакуумды қалыптастыру деп сипатталады. Бағдарлану (яғни қалыпқа тартылатын табақтың мүмкіндіктері / қол жетімді тығыздығы, ол тереңдігі 1 дюймнен 36 дюймге дейін өзгеруі мүмкін) өте маңызды және көптеген пластмассалар үшін қалыптасу циклінің уақытына үлкен әсер етеді.
Құбырларды экструзиялау
Экструзиялы құбырлар, мысалы, ПВХ құбырлар, ауалы пленка экструзиясында қолданылатын формаларға ұқсас формаларды пайдалана отырып жасалады. Ішкi қуыстарға шына арқылы оң қысымды немесе соңғы өлшемдердің дұрыс болуын қамтамасыз ету үшін вакуумдық өлшегішпен сыртқы диаметрге теріс қысымды қолдануға болады. Қосымша люмндар немесе тесіктер өлшеміне тиісті ішкі мандрелдерді қосу арқылы енгізілуі мүмкін. Көп қабатты құбырлардың қолданылуы автокөлік өнеркәсібі, сантехника және жылу саласы мен қаптама өнеркәсібі саласында да кездеседі.
Жапсырмамен экструзия
Үстіне жапсырма экструзиясы пластиктің сыртқы қабатын қолданыстағы сымға немесе кабельге қолдануға мүмкіндік береді. Бұл сымдарды оқшаулаудың әдеттегі процесі. Сымды, құбырды (немесе жақтауды) және қысымды жабуға арналған екі түрлі өлшегіш құрал бар. Жақтаулы құралдарда полимер ерігені ішкі сымға тек үлпектің иілгіштері алдында ғана тиесілі. Қысыммен жұмыс істегенде балқыма ішкі сымға көп уақытқа дейін жетеді, бұл балқыманың жақсы жабысуын қамтамасыз ету үшін жоғары қысыммен жасалады. Егер жаңа қабат пен қолданыстағы сым арасында тығыз байланыс немесе жабысу қажет болса, қысымды құралдар қолданылады. Егер жабысу қажет болмаса, оның орнына жақтаулы құралдар қолданылады.
Экструзия
Коэкструзия - бір уақытта бірнеше материал қабаттарын экструзиялау. Бұл экструзия түрі екі немесе одан да көп экструзияшыны әр түрлі тұтқыр пластиктерді бір экструзияшы басына (мерге) ерітіп, тұрақты көлемді өткізуді қамтамасыз етеді, ол материалдарды қажетті пішінде экструзия етеді. Бұл технология жоғарыда сипатталған кез келген процестерде қолданылады (ағытылған пленка, үстінен жамылғы, түтік, табақ). Қабаттың қалыңдығы материалдарды жеткізуші жеке экструдерлердің салыстырмалы жылдамдықтары мен өлшемдерімен реттеледі. Көптеген нақты әлем сценарийлерінде бір полимер барлық қосымша талаптарға жауап бере алмайды. Құрама экструзия қоспаланған материалды экструзиялауға мүмкіндік береді, бірақ экструзия экструзияланған өнімдегі бөлек материалдарды әртүрлі қабаттар ретінде сақтайды, бұл оттегі өткізгіштігі, беріктігі, қаттылығы және тозуға төзімділігі сияқты әртүрлі қасиеттері бар материалдарды дұрыс орналастыруға мүмкіндік береді.
Экструзиялық қаптама
Экструзиялық қаптау - қаптаманың қатарына қосымша қабатты қаптау үшін соққан немесе құйылған пленка процесін қолдана отырып, қаптаманы қағаздан, фольгадан немесе пленкадан тұрады. Мысалы, бұл процеспен қағаздың қасиеттерін жақсартуға болады, оны полиэтиленмен қаптап, суға төзімділігін арттыруға болады. Экструзияланған қабатты басқа екі материалды біріктіру үшін жабысқақ ретінде де қолдануға болады. Tetrapak - бұл процестің коммерциялық мысалы.
Құрама экструзиялар
Композициялық экструзия - бір немесе бірнеше полимерлерді қоспалармен араластырып, пластмасса қоспаларын алу процесі. Қоректендірулер піллеттер, ұнтақтар және/немесе сұйықтықтар болуы мүмкін, бірақ өнім әдетте піллет түрінде, экструзия және инъекциялық қалыптау сияқты басқа пластикалық қалыптау процестерінде пайдаланылады. Дәстүрлі экструзия сияқты, машинаның көлемі де әр түрлі, ол қолданбаға және қажетті өнімділікке байланысты. Дәстүрлі экструзияда бір немесе екі бұрандалы экструзерлер қолданылуы мүмкін, бірақ экструзияда қос бұрандалы экструзерлерді міндетті түрде араластыру қажет.
Экструдерлердің түрлері
Екі бұрандалы экструдерлердің екі кіші түрі бар: ко-ротациялы және контрротациялы. Бұл номенклатура әрбір бұранданың екінші бұрандамен салыстырғанда айналатын бағытын білдіреді. Коротация режимі кезінде екі бұранда да сағат жүрісімен немесе сағат жүрісіне қарсы айналады; қарсы айналу кезінде бір бұранда сағат жүрісімен, ал екіншісі сағат жүрісіне қарсы айналады. Берілген көлденең қима ауданы мен үсті-үстіне жабысу дәрежесіне (араласқан) сәйкес, екі экструдермен бірге айналатын қос экструдерде осьтік жылдамдық пен араласу дәрежесі жоғары екені дәлелденді. Алайда, кері айналатын экструдерлерде қысымның өсуі жоғары. Бұрандалы конструкция әдетте модульді болып табылады, өйткені әр түрлі тасымалдау және араластыру элементтері біліктерге орнатылған, бұл процессті өзгерту немесе тозу немесе коррозиялық зақымданудан жеке компоненттерді ауыстыру үшін тез қайта құруға мүмкіндік береді. Машиналардың өлшемі 12 мм-ден 380 мм-ге дейін
Артықшылықтар
Экструзияның үлкен артықшылығы - құбыр сияқты профильдерді кез келген ұзындықта жасауға болады. Егер материал жеткілікті икемді болса, құбырларды ұзын ұзындықта, тіпті катушкаға оралғанда да жасауға болады. Тағы бір артықшылығы - құбырларды резеңке пломбамен біріктірілген жалғаушымен экструзиялау.