A műanyagok extrudálása egy nagy volumenű gyártási eljárás, amelynek során a nyers műanyagot megolvasztják és folyamatos profilt alakítanak ki. Az extrudálás során olyan elemeket gyártanak, mint a csövek/csövek, az időjárási szigetelések, a kerítések, a fedélzeti korlátok, az ablakkeretek, a műanyag fóliák és fóliák, a hőre lágyuló bevonatok és a huzalszigetelés.
Ez a folyamat azzal kezdődik, hogy egy garatból műanyagot (pellet, granulátum, pelyh vagy por) táplálnak be az extruder hengerébe. Az anyagot a csavarok forgatásával generált mechanikai energia és a henger mentén elhelyezett fűtőtestek fokozatosan megolvasztják. Az olvadt polimert ezután egy szerszámba kényszerítik, amely a polimert olyan alakra formálja, amely a hűtés során megkeményedik.
TÖRTÉNELEM
Csőextrudálás
A modern extruder első előfutárait a 19. század elején fejlesztették ki. 1820-ban Thomas Hancock feltalált egy gumi „rágógépet”, amelyet a feldolgozott gumihulladékok visszanyerésére terveztek, 1836-ban pedig Edwin Chaffee kifejlesztett egy kétgörgős gépet adalékanyagok gumiba keverésére. Az első hőre lágyuló extrudálást 1935-ben Paul Troester és felesége, Ashley Gershoff végezte Hamburgban, Németországban. Röviddel ezután Roberto Colombo, az LMP-től kifejlesztette az első ikercsigás extrudereket Olaszországban.
FOLYAMAT
A műanyagok extrudálásakor a nyersanyag általában gyöngyök (kis gyöngyök, gyakran gyantának nevezik) formájában van, amelyeket gravitációs erővel táplálnak a tetejére szerelt garatból az extruder hengerébe. Adalékanyagokat, például színezékeket és UV-gátlókat (folyékony vagy pellet formában) gyakran használnak, és a gyantába keverhetők, mielőtt megérkeznének a garatba. Az eljárásnak az extruder technológia szempontjából sok közös vonása van a műanyag fröccsöntéssel, bár abban különbözik, hogy általában folyamatos folyamatról van szó. Míg a pultrúzió sok hasonló profilt kínál folyamatos hosszúságban, általában hozzáadott megerősítéssel, ezt úgy érik el, hogy a készterméket kihúzzák a szerszámból, ahelyett, hogy a polimer olvadékot egy szerszámon keresztül extrudálnák.
Az anyag az adagolótorkon (a hordó hátsó részének közelében lévő nyíláson) keresztül jut be, és érintkezik a csavarral. A forgó csavar (általában pl. 120 ford./perc fordulatszámmal) előre kényszeríti a műanyag gyöngyöket a fűtött hordóba. A viszkózus melegítés és egyéb hatások miatt a kívánt extrudálási hőmérséklet ritkán egyezik meg a hordó beállított hőmérsékletével. A legtöbb eljárásban a hordóhoz olyan fűtési profilt állítanak be, amelyben három vagy több független PID-vezérelt fűtőzóna fokozatosan növeli a hordó hőmérsékletét hátulról (ahová a műanyag belép) előre haladva. Ez lehetővé teszi, hogy a műanyag gyöngyök fokozatosan megolvadjanak, miközben átnyomják őket a hengeren, és csökkenti a túlmelegedés kockázatát, amely a polimer lebomlását okozhatja.
Az extra hőt a hordó belsejében fellépő intenzív nyomás és súrlódás okozza. Valójában, ha egy extrudáló sor bizonyos anyagokat elég gyorsan futtat, a fűtőtestek lekapcsolhatók, és az olvadék hőmérséklete a hordón belüli nyomással és súrlódással fenntartható. A legtöbb extruderben hűtőventilátorok vannak, hogy a hőmérsékletet a beállított érték alatt tartsák, ha túl sok hő keletkezik. Ha a kényszerített léghűtés nem bizonyul elegendőnek, akkor öntött hűtőköpenyt kell alkalmazni.
Műanyag extruder félbevágva az alkatrészek megjelenítéséhez
A henger elején az olvadt műanyag elhagyja a csavart, és áthalad egy szitacsomagon, hogy eltávolítsa az olvadékban lévő szennyeződéseket. A szitákat törőlemez (vastag fémkorong, amelyen sok lyuk van átfúrva) erősíti meg, mivel a nyomás ezen a ponton meghaladhatja az 5000 psi-t (34 MPa). A szitacsomag/megszakító lemez szerelvény egyben ellennyomás létrehozására is szolgál a hordóban. Az ellennyomás szükséges az egyenletes olvasztáshoz és a polimer megfelelő keveredéséhez, és a keletkező nyomás mértéke a szitacsomag összetételének (a sziták számának, huzalszövésének méretének és egyéb paramétereinek) változtatásával „beállítható”. Ez a törőlemez és szitacsomag kombináció az olvadt műanyag „forgási memóriáját” is megszünteti, és helyette „hosszirányú memóriát” hoz létre.
Miután áthaladt a törőlemezen, az olvadt műanyag belép a szerszámba. A sajtolószerszám adja a végtermék profilját, és úgy kell megtervezni, hogy az olvadt műanyag egyenletesen folyjon a hengeres profilból a termék profilformájába. Ebben a szakaszban az egyenetlen áramlás olyan terméket eredményezhet, amelynek a profil bizonyos pontjain nemkívánatos maradó feszültségek jelentkeznek, ami hűtéskor vetemedést okozhat. Sokféle forma hozható létre, a folyamatos profilokra korlátozva.
A terméket most le kell hűteni, és ezt általában úgy érik el, hogy az extrudátumot vízfürdőn húzzák át. A műanyagok nagyon jó hőszigetelők, ezért nehéz gyorsan lehűlni. Az acélhoz képest a műanyag 2000-szer lassabban vezeti el hőjét. A cső- vagy csőextrudáló vezetékben a lezárt vízfürdőt gondosan ellenőrzött vákuum befolyásolja, hogy az újonnan képződött és még megolvadt cső vagy cső össze ne essen. Az olyan termékek esetében, mint a műanyag fólia, a hűtést egy hűtőhenger készleten való áthúzással érik el. Fóliák és nagyon vékony lemezek esetén a léghűtés hatékony lehet kezdeti hűtési szakaszként, mint a fúvott fóliaextrudálásnál.
A műanyag extrudereket széles körben használják az újrahasznosított műanyaghulladék vagy más nyersanyagok újrafeldolgozására is tisztítás, válogatás és/vagy keverés után. Ezt az anyagot általában szálakká extrudálják, amelyek alkalmasak a gyöngy- vagy pelletanyagba való aprításra, hogy további feldolgozáshoz prekurzorként használják fel.
CSAVAR TERVEZÉS
Egy hőre lágyuló csavarban öt lehetséges zóna van. Mivel a terminológia nem szabványosított az iparágban, különböző nevek utalhatnak ezekre a zónákra. A különböző típusú polimerek csavaros kialakításúak, némelyik nem tartalmazza az összes lehetséges zónát.
Egy egyszerű műanyag extrudáló csavar
Extruder csavarok a Boston Matthews cégtől
A legtöbb csavarnak ez a három zónája van:
● Betáplálási zóna (más néven szilárdanyag-szállító zóna): ez a zóna táplálja be a gyantát az extruderbe, és a csatornamélység általában azonos az egész zónában.
● Olvadási zóna (más néven átmeneti vagy kompressziós zóna): a polimer nagy része megolvad ebben a szakaszban, és a csatornamélység fokozatosan csökken.
● Adagolózóna (más néven olvadékszállító zóna): ez a zóna megolvasztja az utolsó részecskéket, és egyenletes hőmérsékletre és összetételre keveredik. A betáplálási zónához hasonlóan a csatornamélység ebben a zónában is állandó.
Ezenkívül egy légtelenített (kétfokozatú) csavar rendelkezik:
● Dekompressziós zóna. Ebben a zónában, a csavar körülbelül kétharmadával lejjebb, a csatorna hirtelen mélyebbre kerül, ami csökkenti a nyomást, és lehetővé teszi a benne rekedt gázok (nedvesség, levegő, oldószerek vagy reagensek) vákuummal történő kiszívását.
● Második mérési zóna. Ez a zóna hasonló az első mérési zónához, de nagyobb csatornamélységgel. Az olvadék újranyomására szolgál, hogy átjusson a sziták és a szerszám ellenállásán.
A csavar hosszát gyakran az átmérőjére utalják, mint L:D arányt. Például egy 6 hüvelykes (150 mm) átmérőjű csavar 24:1 arányban 144 hüvelyk (12 láb), 32:1 aránynál pedig 192 hüvelyk (16 láb) hosszú lesz. A 25:1-es L:D arány gyakori, de egyes gépek 40:1-re is felmennek a több keverés és a nagyobb teljesítmény érdekében azonos csavarátmérő mellett. A kétfokozatú (szellőztetett) csavarok általában 36:1 arányúak, hogy figyelembe vegyék a két extra zónát.
Minden zóna egy vagy több hőelemmel vagy RTD-vel van felszerelve a hordó falában a hőmérséklet szabályozására. A „hőmérsékletprofil”, azaz az egyes zónák hőmérséklete nagyon fontos a végső extrudátum minősége és jellemzői szempontjából.
JELLEMZŐ EXTRÚZIÓS ANYAGOK
HDPE cső extrudálás közben. A HDPE anyag a fűtőberendezésből érkezik a szerszámba, majd a hűtőtartályba. Ez az Acu-Power védőcső koextrudált – belül fekete, vékony narancssárga burkolattal, a tápkábelek jelölésére.
Az extrudáláshoz használt tipikus műanyagok többek között a következők: polietilén (PE), polipropilén, acetál, akril, nylon (poliamidok), polisztirol, polivinil-klorid (PVC), akrilnitril-butadién-sztirol (ABS) és polikarbonát.[4] ]
DISZTÍPUSOK
A műanyagok extrudálásához sokféle szerszámot használnak. Bár jelentős különbségek lehetnek a szerszámtípusok és a bonyolultság között, minden szerszám lehetővé teszi a polimer olvadék folyamatos extrudálását, szemben a nem folyamatos megmunkálással, például a fröccsöntéssel.
Fúvott film extrudálás
Műanyag fólia fúvással történő extrudálása
A műanyag fólia gyártása olyan termékekhez, mint a bevásárlótáskák és a folyamatos fólia fúvott fóliasor segítségével történik.
Ez a folyamat megegyezik a szokásos extrudálási eljárással egészen a szerszámig. Ebben a folyamatban három fő típust használnak: gyűrű alakú (vagy keresztfejű), pók alakú és spirális matricák. A gyűrűs matricák a legegyszerűbbek, és a polimer olvadék csatornázásán alapulnak a szerszám teljes keresztmetszetén, mielőtt kilépnének a szerszámból; ez egyenetlen áramlást eredményezhet. A pókmatricák egy központi tüskéből állnak, amely számos „lában” keresztül a külső szerszámgyűrűhöz van rögzítve; míg az áramlás szimmetrikusabb, mint a gyűrű alakú szerszámoknál, számos hegesztési vonal keletkezik, amelyek gyengítik a filmet. A spirális szerszámok megszüntetik a hegesztési vonalak és az aszimmetrikus áramlás problémáját, de messze a legösszetettebbek.
Az olvadékot kissé lehűtik, mielőtt elhagyják a szerszámot, így gyenge félszilárd csövet kapnak. Ennek a csőnek az átmérője a légnyomás hatására gyorsan bővül, és a csövet görgőkkel felfelé húzzák, megfeszítve a műanyagot mind keresztirányban, mind húzási irányban. A húzás és fújás hatására a fólia vékonyabb, mint az extrudált cső, és előnyösen a polimer molekulaláncokat is abban az irányban igazítja, amelyik a leginkább képlékeny feszültséget látja. Ha a fóliát jobban húzzák, mint amennyit fújnak (a végső cső átmérője közel van az extrudált átmérőhöz), a polimer molekulák nagymértékben igazodnak a húzási irányhoz, így olyan film keletkezik, amely ebben az irányban erős, de keresztirányban gyenge. . Az extrudált átmérőnél lényegesen nagyobb átmérőjű fólia keresztirányban nagyobb szilárdságú, húzási irányban viszont kisebb.
A polietilén és más félkristályos polimerek esetében a film lehűlésekor az úgynevezett fagyvonalnál kikristályosodik. Ahogy a fólia tovább hűl, több rögzítőhenger-készleten áthúzzák, hogy lapos csővé simítsák, amelyet azután fel lehet tekerni vagy fel lehet vágni két vagy több tekercsre.
Lap/fólia extrudálás
A lemez/fólia extrudálást olyan műanyag lapok vagy fóliák extrudálására használják, amelyek túl vastagok a fújáshoz. Kétféle szerszámot használnak: T-alakú és vállfa. Ezeknek a szerszámoknak az a célja, hogy a polimer olvadék áramlását az extruder egyetlen körös kimenetéből egy vékony, lapos sík áramlás felé irányítsák. Mindkét szerszámtípusnál állandó, egyenletes áramlást kell biztosítani a szerszám teljes keresztmetszeti területén. A hűtést jellemzően hűtőhengerek (naptár vagy „hűtő” hengerek) áthúzásával végzik. A lemezextrudálás során ezek a hengerek nemcsak a szükséges hűtést biztosítják, hanem meghatározzák a lemezvastagságot és a felületi textúrát is.[7] Gyakran koextrudálást alkalmaznak egy vagy több réteg felvitelére az alapanyag tetejére, hogy olyan speciális tulajdonságokat érjenek el, mint az UV-elnyelés, a textúra, az oxigénáteresztési ellenállás vagy az energiavisszaverődés.
A műanyag lemezalapanyag szokásos utólagos extrudálási eljárása a hőformázás, ahol a lapot puhára (műanyagra) hevítik, és egy öntőforma segítségével új formára alakítják. Ha vákuumot használnak, ezt gyakran vákuumformázásnak nevezik. Az orientáció (azaz a lapnak a formához húzható képessége/elérhető sűrűsége, amelynek mélysége általában 1-36 hüvelyk között változhat) nagyon fontos, és nagymértékben befolyásolja a legtöbb műanyag alakítási ciklusidejét.
Csőextrudálás
Az extrudált csöveket, például a PVC-csöveket, a fúvott fóliaextrudáláshoz nagyon hasonló szerszámokkal gyártják. A belső üregekre pozitív nyomást lehet kifejteni a csapon keresztül, vagy negatív nyomást lehet kifejteni a külső átmérőre egy vákuumméretező segítségével a helyes végső méretek biztosítása érdekében. További lumeneket vagy lyukakat lehet bevezetni a megfelelő belső tüskék hozzáadásával a szerszámhoz.
Boston Matthews orvosi extrudáló sor
A többrétegű csőalkalmazások az autóiparban, a víz- és fűtésiparban és a csomagolóiparban is jelen vannak.
Köpeny extrudálása
A burkolat feletti extrudálás lehetővé teszi egy külső műanyag réteg felvitelét egy meglévő vezetékre vagy kábelre. Ez a tipikus eljárás a vezetékek szigetelésére.
A drót, cső (vagy burkolat) és nyomás alatti bevonáshoz két különböző típusú szerszámot használnak. A burkolószerszámoknál a polimer olvadék csak közvetlenül a szerszám ajkai előtt érinti a belső huzalt. A nyomószerszámoknál az olvadék már jóval azelőtt érintkezik a belső huzallal, hogy elérné a szerszám ajkait; ez nagy nyomáson történik az olvadék jó tapadása érdekében. Ha szoros érintkezésre vagy tapadásra van szükség az új réteg és a meglévő huzal között, nyomószerszámot kell használni. Ha a tapadás nem kívánatos/szükséges, ehelyett burkolatot kell használni.
Koextrudálás
A koextrudálás több réteg anyag egyidejű extrudálása. Ez a fajta extrudálás két vagy több extrudert használ a különböző viszkózus műanyagok megolvasztására és állandó térfogati áteresztőképességének egyetlen extrudálófejre (szerszámra), amely az anyagokat a kívánt formában extrudálja. Ezt a technológiát a fent leírt eljárások bármelyikénél alkalmazzák (fúvott fólia, borítás, csövek, lap). A rétegvastagságot az anyagokat szállító egyes extruderek egymáshoz viszonyított sebessége és mérete szabályozza.
5:5 kozmetikai „squeeze” cső rétegkoextrudálása
Sok valós forgatókönyv esetén egyetlen polimer nem képes megfelelni egy alkalmazás összes követelményének. Az összetett extrudálás lehetővé teszi a kevert anyag extrudálását, de a koextrudálással a különálló anyagokat különböző rétegekként tartják meg az extrudált termékben, lehetővé téve a különböző tulajdonságokkal, például oxigénáteresztő képességgel, szilárdsággal, merevséggel és kopásállósággal rendelkező anyagok megfelelő elhelyezését.
Extrudálásos bevonat
Az extrudálásos bevonat fúvott vagy öntött fólia eljárással egy további réteget von be egy meglévő papírtekercsre, fóliára vagy filmre. Ez az eljárás például felhasználható a papír tulajdonságainak javítására, ha polietilénnel vonják be, hogy jobban ellenálljon a víznek. Az extrudált réteg ragasztóként is használható két másik anyag összeillesztésére. A Tetrapak ennek az eljárásnak a kereskedelmi példája.
ÖSSZETÜLET-EXTRÚZIÓK
A kompaundáló extrudálás olyan eljárás, amely során egy vagy több polimert kevernek össze adalékanyagokkal, hogy műanyag vegyületeket kapjanak. A takarmányok lehetnek pelletek, porok és/vagy folyadékok, de a termék általában pellet formájú, és más műanyagképző eljárásokban, például extrudálásban és fröccsöntésben használható. A hagyományos extrudáláshoz hasonlóan a gépméretek széles választéka áll rendelkezésre az alkalmazástól és a kívánt teljesítménytől függően. Míg a hagyományos extrudálás során egy- vagy kétcsigás extruderek is használhatók, a kompaundálás során a megfelelő keverés szükségessége a kétcsigás extruderek használatát nem kötelezővé teszi.
EXTRUDER TÍPUSAI
Az ikercsigás extrudereknek két altípusa van: együtt forgó és ellentétes forgó. Ez a nómenklatúra az egyes csavarok egymáshoz viszonyított forgási irányára vonatkozik. Együttes forgás módban mindkét csavar az óramutató járásával megegyezően vagy azzal ellentétes irányban forog; ellentétes forgásban az egyik csavar az óramutató járásával megegyező irányba, míg a másik az óramutató járásával ellentétes irányba forog. Kimutatták, hogy adott keresztmetszeti terület és az átfedés (intermeshing) mértéke esetén az axiális sebesség és a keveredés mértéke nagyobb az együtt forgó ikerextruderekben. A nyomásnövekedés azonban nagyobb az ellentétesen forgó extruderekben. A csavar kialakítása általában moduláris, mivel a tengelyeken különféle szállító- és keverőelemek vannak elrendezve, amelyek lehetővé teszik a gyors újrakonfigurálást a folyamat megváltoztatásához vagy az egyes alkatrészek cseréjéhez kopás vagy korróziós sérülés miatt. A gépek mérete 12 mm-től egészen 380 mm-ig terjed
ELŐNYÖK
Az extrudálás nagy előnye, hogy a profilok, például a csövek bármilyen hosszúságúra elkészíthetők. Ha az anyag kellően rugalmas, akkor a csövek hosszú hosszban is készíthetők, akár tekercsre tekerve is. További előny a csövek extrudálása integrált csatlakozóval, beleértve a gumitömítést.
Feladás időpontja: 2022.02.25
