Ekstruzija plastike je proces proizvodnje velikog obima u kojem se sirova plastika topi i formira u kontinuirani profil. Ekstrudiranjem se proizvode predmeti kao što su cijevi/cijevi, zaštitne trake, ograde, ograde na palubi, prozorski okviri, plastične folije i folije, termoplastični premazi i izolacija žice.
Ovaj proces počinje ubacivanjem plastičnog materijala (peleta, granula, pahuljica ili praha) iz rezervoara u bačvu ekstrudera. Materijal se postepeno topi mehaničkom energijom koju stvaraju zavrtnji i grijači raspoređeni duž cijevi. Otopljeni polimer se zatim ubacuje u kalup, koji oblikuje polimer u oblik koji se stvrdne tokom hlađenja.
ISTORIJA
Ekstruzija cijevi
Prvi prethodnici modernog ekstrudera razvijeni su početkom 19. stoljeća. Godine 1820. Thomas Hancock je izumio gumeni „mastikator“ dizajniran za vraćanje prerađenih ostataka gume, a 1836. Edwin Chaffee je razvio mašinu s dva valjka za miješanje aditiva u gumu. Prvu termoplastičnu ekstruziju izveli su 1935. Paul Troester i njegova supruga Ashley Gershoff u Hamburgu, Njemačka. Ubrzo nakon toga, Roberto Colombo iz LMP-a razvio je prve dvopužne ekstrudere u Italiji.
PROCES
U ekstruziji plastike, sirovi složeni materijal je obično u obliku nurdles (male perle, koje se često nazivaju smola) koje se gravitacijom dovode iz gornjeg spremnika u cijev ekstrudera. Često se koriste aditivi kao što su boje i UV inhibitori (u tečnom ili u obliku peleta) i mogu se umiješati u smolu prije nego što stignu u spremnik. Proces ima mnogo zajedničkog s brizganjem plastike sa stanovišta tehnologije ekstrudera, iako se razlikuje po tome što je obično kontinuirani proces. Dok pultruzija može ponuditi mnogo sličnih profila u kontinuiranim dužinama, obično sa dodatnim ojačanjem, to se postiže izvlačenjem gotovog proizvoda iz kalupa umjesto ekstrudiranja polimerne taline kroz kalup.
Materijal ulazi kroz grlo za dovod (otvor u blizini stražnjeg dijela cijevi) i dolazi u kontakt sa vijkom. Rotirajući vijak (obično se okreće na npr. 120 o/min) tjera plastične perle naprijed u zagrijanu cijev. Željena temperatura ekstruzije rijetko je jednaka podešenoj temperaturi bureta zbog viskoznog zagrijavanja i drugih efekata. U većini procesa, profil grijanja je postavljen za cijev u kojoj tri ili više nezavisnih PID-kontroliranih grijaćih zona postepeno povećavaju temperaturu cijevi od stražnje (gdje plastika ulazi) prema naprijed. To omogućava da se plastične kuglice postupno tope dok se guraju kroz cijev i smanjuje rizik od pregrijavanja koje može uzrokovati degradaciju polimera.
Dodatnoj toploti doprinosi intenzivan pritisak i trenje koji se dešavaju unutar cevi. U stvari, ako ekstruzijska linija pokreće određene materijale dovoljno brzo, grijači se mogu isključiti, a temperatura rastopa se održava samo pritiskom i trenjem unutar cijevi. U većini ekstrudera prisutni su ventilatori za hlađenje koji održavaju temperaturu ispod zadane vrijednosti ako se stvara previše topline. Ako se prisilno hlađenje zraka pokaže nedovoljnim onda se koriste lijevani rashladni omotači.
Plastični ekstruder prerezan na pola kako bi se pokazale komponente
Na prednjem dijelu cijevi, rastopljena plastika napušta vijak i putuje kroz sito kako bi uklonila sve onečišćenja u talini. Zasloni su ojačani pločom za razbijanje (debeli metalni pak s mnogo rupa izbušenih kroz njega) budući da pritisak u ovom trenutku može premašiti 5000 psi (34 MPa). Sklop sita/razbijačke ploče također služi za stvaranje povratnog pritiska u cijevi. Povratni pritisak je neophodan za ravnomerno topljenje i pravilno mešanje polimera, a koliki pritisak se stvara može se „podesiti“ variranjem sastava sita (broj ekrana, veličina njihove žice i drugi parametri). Ova kombinacija ploče za razbijanje i sita takođe eliminiše „rotacionu memoriju“ istopljene plastike i umesto toga stvara „longitudinalno pamćenje“.
Nakon prolaska kroz ploču za razbijanje, rastopljena plastika ulazi u kalup. Matrica je ono što konačnom proizvodu daje profil i mora biti dizajnirana tako da rastopljena plastika ravnomjerno teče od cilindričnog profila do oblika profila proizvoda. Neravnomjerno strujanje u ovoj fazi može proizvesti proizvod s neželjenim zaostalim naprezanjima na određenim mjestima u profilu koji mogu uzrokovati savijanje pri hlađenju. Može se kreirati širok izbor oblika, ograničeno na kontinuirane profile.
Proizvod se sada mora ohladiti, a to se obično postiže provlačenjem ekstrudata kroz vodeno kupatilo. Plastika je vrlo dobar toplotni izolator i stoga se teško brzo ohladi. U poređenju sa čelikom, plastika odvodi svoju toplotu 2000 puta sporije. U liniji za ekstruziju cijevi ili cijevi, na zatvorenu vodenu kupelj djeluje pažljivo kontrolirani vakuum kako bi se novoformirana i još rastopljena cijev ili cijev spriječila da se sruše. Za proizvode kao što su plastične folije, hlađenje se postiže provlačenjem kroz set rashladnih valjaka. Za filmove i veoma tanke folije, vazdušno hlađenje može biti efikasno kao početna faza hlađenja, kao kod ekstruzije filma puhanjem.
Plastični ekstruderi se također intenzivno koriste za ponovnu obradu recikliranog plastičnog otpada ili drugih sirovina nakon čišćenja, sortiranja i/ili miješanja. Ovaj materijal se obično ekstrudira u filamente pogodne za usitnjavanje u zrnu ili pelet da se koristi kao prethodnik za dalju obradu.
SCREW DESIGN
Postoji pet mogućih zona u termoplastičnom vijku. Pošto terminologija nije standardizovana u industriji, različiti nazivi se mogu odnositi na ove zone. Različiti tipovi polimera će imati različite dizajne vijaka, neki neće uključivati sve moguće zone.
Jednostavan plastični vijak za ekstruziju
Ekstruderski vijci iz Bostona Matthews
Većina vijaka ima ove tri zone:
● Zona dovoda (koja se naziva i zona transporta čvrstih materija): ova zona dovodi smolu u ekstruder, a dubina kanala je obično ista u cijeloj zoni.
● Zona topljenja (koja se naziva i prelazna ili zona kompresije): većina polimera se topi u ovoj sekciji, a dubina kanala postaje sve manja.
● Zona doziranja (koja se naziva i zona transporta taline): ova zona topi posljednje čestice i miješa se do ujednačene temperature i sastava. Kao i zona napajanja, dubina kanala je konstantna u cijeloj ovoj zoni.
Osim toga, ventilirani (dvostepeni) vijak ima:
● Zona dekompresije. U ovoj zoni, oko dvije trećine niže od zavrtnja, kanal iznenada postaje dublji, što smanjuje pritisak i omogućava da se zarobljeni plinovi (vlaga, zrak, rastvarači ili reaktanti) izvuku vakuumom.
● Druga zona mjerenja. Ova zona je slična prvoj zoni mjerenja, ali sa većom dubinom kanala. Služi za ponovno stvaranje pritiska u talini kako bi se provukla kroz otpor sita i matrice.
Često se dužina vijka odnosi na njegov prečnik kao odnos L:D. Na primjer, vijak promjera 6 inča (150 mm) u 24:1 bit će dugačak 144 inča (12 stopa), a kod 32:1 dugačak je 192 inča (16 stopa). L:D odnos od 25:1 je uobičajen, ali neke mašine idu i do 40:1 za više mešanja i veći učinak pri istom prečniku zavrtnja. Dvostepeni (ventilirani) vijci su tipično 36:1 kako bi se uračunale dvije dodatne zone.
Svaka zona je opremljena sa jednim ili više termoparova ili RTD-ova u zidu cijevi za kontrolu temperature. „Profil temperature“, odnosno temperatura svake zone je veoma važna za kvalitet i karakteristike finalnog ekstrudata.
TIPIČNI MATERIJALI ZA EKSTRUZIJU
HDPE cijev tokom ekstruzije. HDPE materijal dolazi iz grijača, u kalup, a zatim u rashladni spremnik. Ova Acu-Power cijev je koekstrudirana – crna iznutra sa tankim narandžastim omotom, za označavanje kablova za napajanje.
Tipični plastični materijali koji se koriste u ekstruziji uključuju, ali nisu ograničeni na: polietilen (PE), polipropilen, acetal, akril, najlon (poliamidi), polistiren, polivinil hlorid (PVC), akrilonitril butadien stiren (ABS) i polikarbonat.[4] ]
DIE TYPES
Postoje razne matrice koje se koriste u ekstruziji plastike. Iako mogu postojati značajne razlike između tipova kalupa i složenosti, sve matrice omogućavaju kontinuirano ekstruziju taline polimera, za razliku od nekontinuirane obrade kao što je brizganje.
Ekstruzija puhanog filma
Ekstruzija plastične folije puhanjem
Proizvodnja plastične folije za proizvode kao što su torbe za kupovinu i neprekidne folije postiže se pomoću linije puhanog filma.
Ovaj proces je isti kao i uobičajeni proces ekstruzije sve do matrice. Postoje tri glavne vrste matrica koje se koriste u ovom procesu: prstenaste (ili križne glave), paukaste i spiralne. Prstenasti kalupi su najjednostavniji i oslanjaju se na to da polimerna talina kanalizira oko cijelog poprečnog presjeka matrice prije izlaska iz kalupa; ovo može dovesti do neravnomjernog protoka. Paukove matrice sastoje se od centralnog trna koji je pričvršćen na vanjski prsten matrice preko brojnih „nogica“; dok je protok simetričniji nego u prstenastim kalupima, stvara se niz linija zavara koje slabe film. Spiralne matrice uklanjaju problem linija zavara i asimetričnog toka, ali su daleko najsloženije.
Talina se donekle ohladi prije nego što napusti kalup da bi se dobila slaba polučvrsta cijev. Promjer ove cijevi se brzo širi pod pritiskom zraka, a cijev se povlači prema gore pomoću valjaka, istežući plastiku iu poprečnom i u smjeru izvlačenja. Izvlačenje i puhanje uzrokuju da film bude tanji od ekstrudirane cijevi, a također preferirano poravnavaju molekularne lance polimera u smjeru u kojem se vidi najplastičnija deformacija. Ako se film više vuče nego što je puhao (konačni promjer cijevi je blizu ekstrudiranog promjera), molekuli polimera će biti visoko poravnati sa smjerom izvlačenja, stvarajući film koji je jak u tom smjeru, ali slab u poprečnom smjeru . Film koji ima znatno veći promjer od ekstrudiranog promjera imat će veću čvrstoću u poprečnom smjeru, ali manju u smjeru izvlačenja.
U slučaju polietilena i drugih polukristalnih polimera, kako se film hladi, kristalizira se na onome što je poznato kao linija smrzavanja. Kako se film i dalje hladi, provlači se kroz nekoliko setova zaptivnih valjaka kako bi se spljoštio u ravnu cijev, koja se zatim može namotati ili razrezati na dva ili više rola folijom.
Ekstruzija listova/filma
Ekstruzija listova/filma se koristi za ekstrudiranje plastičnih listova ili filmova koji su predebeli da bi se mogli puhati. Koriste se dvije vrste kalupa: T-oblika i vješalica. Svrha ovih kalupa je da preorijentišu i usmere tok polimerne taline od jednog okruglog izlaza iz ekstrudera do tankog, ravnog planarnog toka. U oba tipa kalupa osigurajte konstantan, ravnomjeran protok po cijeloj površini poprečnog presjeka matrice. Hlađenje se obično vrši provlačenjem kroz set rolni za hlađenje (kalendar ili "chill" rolne). U ekstruziji listova, ovi valjci ne samo da pružaju potrebno hlađenje, već i određuju debljinu lima i teksturu površine.[7] Često se koekstruzija koristi za nanošenje jednog ili više slojeva na osnovni materijal kako bi se dobila specifična svojstva kao što su UV-apsorpcija, tekstura, otpornost na permeaciju kisika ili refleksija energije.
Uobičajeni post-ekstruzioni proces za plastične limove je termoformiranje, gdje se lim zagrijava dok ne omekša (plastika) i oblikuje se putem kalupa u novi oblik. Kada se koristi vakuum, to se često opisuje kao vakuumsko oblikovanje. Orijentacija (tj. sposobnost/dostupna gustina lima da se uvuče u kalup koji može varirati u dubinama od 1 do 36 inča tipično) je veoma važna i u velikoj meri utiče na vreme ciklusa formiranja za većinu plastike.
Ekstruzija cijevi
Ekstrudirane cijevi, kao što su PVC cijevi, proizvode se pomoću vrlo sličnih kalupa kao što se koriste u ekstruziji filma puhanjem. Pozitivan pritisak se može primeniti na unutrašnje šupljine kroz klin, ili negativan pritisak se može primeniti na spoljašnji prečnik pomoću vakuumskog odmerača kako bi se osigurale ispravne konačne dimenzije. Dodatni lumeni ili rupe se mogu uvesti dodavanjem odgovarajućih unutrašnjih trna u kalup.
Boston Matthews Medical Extrusion Line
Primjena višeslojnih cijevi također je uvijek prisutna u automobilskoj industriji, industriji vodovoda i grijanja i industriji ambalaže.
Ekstruzija preko omotača
Ekstruzija preko omotača omogućava nanošenje vanjskog sloja plastike na postojeću žicu ili kabel. Ovo je tipičan postupak za izolaciju žica.
Postoje dvije različite vrste alata koji se koriste za premazivanje preko žice, cijevi (ili omotača) i pritisak. Kod alata za oblaganje polimera talina ne dodiruje unutrašnju žicu sve do neposredno ispred ivica matrice. Kod alata pod pritiskom, talina dolazi u kontakt sa unutrašnjom žicom mnogo prije nego što stigne do ivica kalupa; ovo se radi pod visokim pritiskom kako bi se osiguralo dobro prianjanje taline. Ako je potreban intiman kontakt ili prianjanje između novog sloja i postojeće žice, koristi se alat za pritisak. Ako prianjanje nije poželjno/potrebno, umjesto toga se koristi alat za oblaganje.
Koekstruzija
Koekstruzija je ekstruzija više slojeva materijala istovremeno. Ova vrsta ekstruzije koristi dva ili više ekstrudera za topljenje i isporuku stabilnog volumetrijskog protoka različite viskozne plastike u jednu ekstruzijsku glavu (matrica) koja će ekstrudirati materijale u željenom obliku. Ova tehnologija se koristi u bilo kojem od gore opisanih procesa (puhani film, omotavanje, cijevi, lim). Debljine slojeva se kontroliraju relativnim brzinama i veličinama pojedinačnih ekstrudera koji isporučuju materijale.
5 :5 Sloj koekstruzije kozmetičke “squeeze” tube
U mnogim scenarijima iz stvarnog svijeta, jedan polimer ne može ispuniti sve zahtjeve aplikacije. Složena ekstruzija omogućava ekstrudiranje miješanog materijala, ali koekstruzija zadržava odvojene materijale kao različite slojeve u ekstrudiranom proizvodu, omogućavajući odgovarajuće postavljanje materijala s različitim svojstvima kao što su propusnost kisika, čvrstoća, krutost i otpornost na habanje.
Ekstruzioni premaz
Ekstruziono premazivanje koristi se procesom puhanja ili livenja filma za premazivanje dodatnog sloja na postojeći rolni papir, foliju ili film. Na primjer, ovaj proces se može koristiti za poboljšanje karakteristika papira premazivanjem polietilenom kako bi postao otporniji na vodu. Ekstrudirani sloj se također može koristiti kao ljepilo za spajanje dva druga materijala. Tetrapak je komercijalni primjer ovog procesa.
COMPOUND EXTRUSIONS
Ekstruzija spojeva je proces koji miješa jedan ili više polimera s aditivima kako bi se dobila plastična jedinjenja. Namirnice mogu biti pelete, prah i/ili tekućine, ali proizvod je obično u obliku peleta, koji se koristi u drugim procesima oblikovanja plastike kao što su ekstruzija i brizganje. Kao i kod tradicionalnog ekstrudiranja, postoji širok raspon veličina mašina ovisno o primjeni i željenoj propusnosti. Dok se ekstruderi sa jednim ili dva puža mogu koristiti u tradicionalnom ekstruziji, neophodnost adekvatnog mešanja u ekstruziji mešavine čini ekstrudere sa dva puža gotovo obaveznim.
VRSTE EKSTRUDERA
Postoje dva podtipa ekstrudera s dva puža: korotirajući i suprotno rotirajući. Ova nomenklatura se odnosi na relativni smjer okretanja svakog zavrtnja u odnosu na drugi. U korotacionom režimu, oba zavrtnja se okreću u smeru kazaljke na satu ili u suprotnom smeru; u suprotnoj rotaciji, jedan vijak se okreće u smjeru kazaljke na satu, dok se drugi okreće u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. Pokazalo se da je, za datu površinu poprečnog presjeka i stepen preklapanja (međupreklapanja), aksijalna brzina i stepen miješanja veći u korotirajućim dvostrukim ekstruderima. Međutim, povećanje pritiska je veće u ekstruderima koji se okreću suprotno. Dizajn vijaka je obično modularan po tome što su različiti elementi za transport i miješanje raspoređeni na osovinama kako bi se omogućila brza rekonfiguracija za promjenu procesa ili zamjenu pojedinačnih komponenti zbog habanja ili oštećenja od korozije. Veličine mašina se kreću od malih 12 mm do čak 380 mm
PREDNOSTI
Velika prednost ekstruzije je što se profili kao što su cijevi mogu izraditi bilo koje dužine. Ako je materijal dovoljno fleksibilan, cijevi se mogu napraviti na dugim dužinama, čak i namotane na kolut. Još jedna prednost je ekstruzija cijevi sa integriranom spojnicom uključujući gumenu brtvu.
Vrijeme objave: Feb-25-2022
