Plastextrudering är en tillverkningsprocess med stora volymer där råplast smälts och formas till en kontinuerlig profil. Extrusion producerar föremål som rör/slangar, tätningslister, stängsel, däcksräcken, fönsterramar, plastfilmer och plåtar, termoplastiska beläggningar och trådisolering.
Denna process börjar med att plastmaterial (pellets, granulat, flingor eller pulver) matas in från en behållare till extruderns cylinder. Materialet smälts gradvis av den mekaniska energin som genereras av vridande skruvar och av värmare anordnade längs trumman. Den smälta polymeren tvingas sedan in i ett munstycke, som formar polymeren till en form som härdar under kylning.
HISTORIA
Rörextrudering
De första föregångarna till den moderna extrudern utvecklades i början av 1800-talet. År 1820 uppfann Thomas Hancock en gummituggare designad för att återvinna bearbetade gummirester, och 1836 utvecklade Edwin Chaffee en tvåvalsmaskin för att blanda tillsatser i gummi. Den första termoplastiska extruderingen gjordes 1935 av Paul Troester och hans fru Ashley Gershoff i Hamburg, Tyskland. Kort därefter utvecklade Roberto Colombo från LMP de första dubbelskruvextruderarna i Italien.
BEHANDLA
Vid extrudering av plast är det råa sammansatta materialet vanligen i form av nurdles (små pärlor, ofta kallade harts) som tyngdkraften matas från en toppmonterad behållare in i extruderns cylinder. Tillsatser som färgämnen och UV-hämmare (i antingen flytande eller pelletsform) används ofta och kan blandas in i hartset innan de anländer till tratten. Processen har mycket gemensamt med formsprutning av plast ur extruderteknologin, även om den skiljer sig genom att det vanligtvis är en kontinuerlig process. Medan pultrusion kan erbjuda många liknande profiler i kontinuerliga längder, vanligtvis med extra förstärkning, uppnås detta genom att dra ut den färdiga produkten ur ett munstycke istället för att extrudera polymersmältan genom ett munstycke.
Materialet kommer in genom matarhalsen (en öppning nära den bakre delen av pipan) och kommer i kontakt med skruven. Den roterande skruven (som normalt vrids med t.ex. 120 rpm) tvingar plastpärlorna framåt i den uppvärmda pipan. Den önskade extruderingstemperaturen är sällan lika med den inställda temperaturen på cylindern på grund av viskös uppvärmning och andra effekter. I de flesta processer ställs en uppvärmningsprofil in för pipan där tre eller flera oberoende PID-kontrollerade värmezoner gradvis ökar temperaturen på fatet från baksidan (där plasten kommer in) till framsidan. Detta gör att plastpärlorna smälter gradvis när de trycks genom cylindern och minskar risken för överhettning som kan orsaka nedbrytning i polymeren.
Extra värme bidrar med det intensiva trycket och friktionen som sker inuti pipan. Faktum är att om en extruderingslinje kör vissa material tillräckligt snabbt, kan värmarna stängas av och smälttemperaturen upprätthållas av enbart tryck och friktion inuti cylindern. I de flesta extrudrar finns kylfläktar för att hålla temperaturen under ett inställt värde om för mycket värme genereras. Om forcerad luftkylning visar sig vara otillräcklig används ingjutna kylmantel.
Plastextruder halverad för att visa komponenterna
På framsidan av tunnan lämnar den smälta plasten skruven och går genom ett skärmpaket för att avlägsna eventuella föroreningar i smältan. Skärmarna är förstärkta av en brytplatta (en tjock metallpuck med många hål borrade genom den) eftersom trycket vid denna punkt kan överstiga 5 000 psi (34 MPa). Silpaketet/brytarplattan tjänar också till att skapa mottryck i cylindern. Mottryck krävs för jämn smältning och korrekt blandning av polymeren, och hur mycket tryck som genereras kan "justeras" genom att variera skärmpaketsammansättningen (antal skärmar, deras trådvävsstorlek och andra parametrar). Denna kombination av brytplatta och skärmpaket eliminerar också "rotationsminnet" hos den smälta plasten och skapar istället "längsminne".
Efter att ha passerat genom brytplattan kommer smält plast in i formen. Formen är det som ger slutprodukten dess profil och måste utformas så att den smälta plasten jämnt flyter från en cylindrisk profil, till produktens profilform. Ojämnt flöde i detta skede kan ge en produkt med oönskade restspänningar på vissa punkter i profilen som kan orsaka skevhet vid kylning. En mängd olika former kan skapas, begränsade till kontinuerliga profiler.
Produkten måste nu kylas och detta uppnås vanligtvis genom att man drar extrudatet genom ett vattenbad. Plast är mycket bra värmeisolatorer och är därför svåra att kyla snabbt. Jämfört med stål leder plast bort sin värme 2 000 gånger långsammare. I en rör- eller rörsträngsprutningslinje påverkas ett förseglat vattenbad av ett noggrant kontrollerat vakuum för att förhindra att det nybildade och fortfarande smälta röret eller röret kollapsar. För produkter som plastfolie uppnås kylningen genom att dra igenom en uppsättning kylrullar. För filmer och mycket tunn plåt kan luftkylning vara effektiv som ett första kylningssteg, som vid extrudering av blåsfilm.
Plastextrudrar används också i stor utsträckning för att bearbeta återvunnet plastavfall eller andra råmaterial efter rengöring, sortering och/eller blandning. Detta material extruderas vanligen till filament som är lämpliga för att hackas in i pärlan eller pelletsmassan för att användas som en prekursor för vidare bearbetning.
SKRUVDESIGN
Det finns fem möjliga zoner i en termoplastskruv. Eftersom terminologin inte är standardiserad i branschen kan olika namn referera till dessa zoner. Olika typer av polymer kommer att ha olika skruvkonstruktioner, vissa inkluderar inte alla möjliga zoner.
En enkel extruderingsskruv av plast
Extruderskruvar från Boston Matthews
De flesta skruvar har dessa tre zoner:
● Matningszon (även kallad transportzonen för fasta ämnen): denna zon matar in hartset i extrudern och kanaldjupet är vanligtvis detsamma i hela zonen.
● Smältzon (även kallad övergångs- eller kompressionszon): det mesta av polymeren smälts i denna sektion och kanaldjupet blir gradvis mindre.
● Doseringszon (även kallad smälttransportzon): denna zon smälter de sista partiklarna och blandar till en enhetlig temperatur och sammansättning. Liksom matningszonen är kanaldjupet konstant i hela denna zon.
Dessutom har en ventilerad (tvåstegs) skruv:
● Dekompressionszon. I denna zon, ungefär två tredjedelar nedåt skruven, blir kanalen plötsligt djupare, vilket avlastar trycket och gör att eventuella instängda gaser (fukt, luft, lösningsmedel eller reaktanter) kan dras ut med vakuum.
● Andra mätzonen. Denna zon liknar den första mätningszonen, men med större kanaldjup. Det tjänar till att trycksätta smältan för att få den genom motståndet från silarna och munstycket.
Ofta refereras skruvlängden till dess diameter som L:D-förhållande. Till exempel kommer en skruv med en diameter på 6 tum (150 mm) vid 24:1 att vara 144 tum (12 fot) lång och vid 32:1 är den 192 tum (16 fot) lång. Ett L:D-förhållande på 25:1 är vanligt, men vissa maskiner går upp till 40:1 för mer blandning och mer effekt vid samma skruvdiameter. Tvåstegs (ventilerade) skruvar är vanligtvis 36:1 för att ta hänsyn till de två extra zonerna.
Varje zon är utrustad med ett eller flera termoelement eller RTD:er i trumväggen för temperaturkontroll. "Temperaturprofilen", dvs temperaturen i varje zon är mycket viktig för kvaliteten och egenskaperna hos det slutliga extrudatet.
TYPISKA EXTRUSIONSMATERIAL
HDPE-rör under extrudering. HDPE-materialet kommer från värmaren, in i formen och sedan in i kyltanken. Detta Acu-Power ledningsrör är samextruderat – svart insida med en tunn orange mantel, för att beteckna strömkablar.
Typiska plastmaterial som används vid extrudering inkluderar men är inte begränsade till: polyeten (PE), polypropen, acetal, akryl, nylon (polyamider), polystyren, polyvinylklorid (PVC), akrylnitrilbutadienstyren (ABS) och polykarbonat.[4 ]
DÖTYPER
Det finns en mängd olika formar som används i plastextrudering. Även om det kan finnas betydande skillnader mellan formtyper och komplexitet, tillåter alla formar kontinuerlig extrudering av polymersmälta, i motsats till icke-kontinuerlig bearbetning såsom formsprutning.
Blåst filmextrudering
Blåsextrudering av plastfilm
Tillverkningen av plastfilm för produkter som shoppingkassar och kontinuerlig folie sker med hjälp av en blåst filmlinje.
Denna process är densamma som en vanlig extruderingsprocess fram till formen. Det finns tre huvudtyper av stansar som används i denna process: ringformig (eller tvärhuvud), spindel och spiral. Ringformade formar är de enklaste och förlitar sig på att polymersmältan kanaliseras runt hela tvärsnittet av formen innan den lämnar formen; detta kan resultera i ojämnt flöde. Spindelformar består av en central dorn fäst vid den yttre formringen via ett antal "ben"; medan flödet är mer symmetriskt än i ringformade stansar, produceras ett antal svetslinjer som försvagar filmen. Spiralformar tar bort problemet med svetslinjer och asymmetriskt flöde, men är den absolut mest komplexa.
Smältan kyls något innan den lämnar formen för att ge ett svagt halvfast rör. Detta rörs diameter expanderas snabbt via lufttryck, och röret dras uppåt med rullar, vilket sträcker plasten i både tvär- och dragriktningen. Dragningen och blåsningen gör att filmen blir tunnare än det extruderade röret och riktar också företrädesvis polymermolekylkedjorna i den riktning som ser den mest plastiska töjningen. Om filmen dras mer än den blåses (den slutliga rördiametern är nära den extruderade diametern) kommer polymermolekylerna att vara högt inriktade med dragriktningen, vilket ger en film som är stark i den riktningen, men svag i den tvärgående riktningen . En film som har betydligt större diameter än den extruderade diametern kommer att ha mer styrka i tvärriktningen, men mindre i dragriktningen.
När det gäller polyeten och andra halvkristallina polymerer, när filmen svalnar, kristalliseras den vid vad som kallas frostlinjen. När filmen fortsätter att svalna, dras den genom flera uppsättningar nypvalsar för att platta ut den till platta rör, som sedan kan spolas eller skäras till två eller flera rullar av ark.
Plåt/film extrudering
Plåt/filmextrudering används för att extrudera plastskivor eller filmer som är för tjocka för att kunna blåsas. Det finns två typer av stansar som används: T-formade och klädhängare. Syftet med dessa formar är att omorientera och styra flödet av polymersmälta från en enda rund utmatning från extrudern till ett tunt, plant plant flöde. Säkerställ i båda formtyperna konstant, enhetligt flöde över hela formens tvärsnittsarea. Kylning sker vanligtvis genom att dra igenom en uppsättning kylrullar (kalander eller "chill" rullar). Vid plåtextrudering ger dessa rullar inte bara den nödvändiga kylningen utan bestämmer också plåttjockleken och ytstrukturen.[7] Ofta används samextrudering för att applicera ett eller flera lager ovanpå ett basmaterial för att erhålla specifika egenskaper såsom UV-absorption, textur, syregenomträngningsmotstånd eller energireflektion.
En vanlig eftersträngsprutningsprocess för plastfolie är termoformning, där plåten värms tills den är mjuk (plast) och formas via en form till en ny form. När vakuum används beskrivs detta ofta som vakuumformning. Orientering (dvs. förmågan/tillgänglig densitet hos arket att dras till formen, som vanligtvis kan variera i djup från 1 till 36 tum) är mycket viktig och påverkar i hög grad formningscykeltiderna för de flesta plaster.
Slangsträngsprutning
Extruderade rör, såsom PVC-rör, tillverkas med mycket liknande formar som används vid extrudering av blåst film. Positivt tryck kan appliceras på de inre hålrummen genom stiftet, eller negativt tryck kan appliceras på ytterdiametern med hjälp av en vakuummätare för att säkerställa korrekta slutmått. Ytterligare lumen eller hål kan införas genom att lägga till lämpliga inre dorn till formen.
En Boston Matthews Medical Extrusion Line
Flerskiktsslangapplikationer är också ständigt närvarande inom fordonsindustrin, VVS- och värmeindustrin och förpackningsindustrin.
Övermantlingsextrudering
Extrudering med övermantel möjliggör applicering av ett yttre lager av plast på en befintlig tråd eller kabel. Detta är den typiska processen för att isolera ledningar.
Det finns två olika typer av formverktyg som används för beläggning över en tråd, rör (eller mantel) och tryck. Vid mantelverktyg vidrör polymersmältan inte den inre tråden förrän omedelbart före munstyckets läppar. Vid tryckverktyg kommer smältan i kontakt med den inre tråden långt innan den når munstyckets läppar; detta görs vid högt tryck för att säkerställa god vidhäftning av smältan. Om intim kontakt eller vidhäftning krävs mellan det nya lagret och befintlig tråd, används tryckverktyg. Om vidhäftning inte önskas/nödvändigt används istället mantelverktyg.
Samsträngsprutning
Samsträngsprutning är extrudering av flera lager av material samtidigt. Denna typ av extrudering använder två eller flera extruderare för att smälta och leverera en stadig volymetrisk genomströmning av olika viskösa plaster till ett enda extruderingshuvud (munstycke) som kommer att extrudera materialen i önskad form. Denna teknik används på någon av de processer som beskrivs ovan (blåst film, övermantel, rör, plåt). Skikttjockleken styrs av de relativa hastigheterna och storlekarna hos de individuella extruderarna som levererar materialen.
5 :5 Layer co-extrudering av kosmetisk "squeeze" tub
I många verkliga scenarier kan en enskild polymer inte uppfylla alla krav för en applikation. Sammansatt extrudering tillåter att ett blandat material extruderas, men samextrudering behåller de separata materialen som olika skikt i den extruderade produkten, vilket tillåter lämplig placering av material med olika egenskaper såsom syrepermeabilitet, styrka, styvhet och slitstyrka.
Extruderingsbeläggning
Extruderingsbeläggning använder en blåst eller gjuten filmprocess för att belägga ett ytterligare lager på ett befintligt rullmaterial av papper, folie eller film. Till exempel kan denna process användas för att förbättra egenskaperna hos papper genom att belägga det med polyeten för att göra det mer motståndskraftigt mot vatten. Det extruderade lagret kan också användas som ett lim för att sammanföra två andra material. Tetrapak är ett kommersiellt exempel på denna process.
SAMMANSÄTTNINGAR EXTRUSIONER
Compounding extrudering är en process som blandar en eller flera polymerer med tillsatser för att ge plastföreningar. Inmatningarna kan vara pellets, pulver och/eller vätskor, men produkten är vanligtvis i pelletsform för att användas i andra plastformningsprocesser såsom extrudering och formsprutning. Som med traditionell extrudering finns det ett brett utbud av maskinstorlekar beroende på applikation och önskad genomströmning. Medan antingen enkel- eller dubbelskruvsextrudrar kan användas i traditionell extrudering, gör nödvändigheten av adekvat blandning vid kompounderingsextrudering tvåskruvsextrudrar nästan obligatoriska.
TYPER AV EXTRRUDER
Det finns två undertyper av dubbelskruvextruder: samroterande och motroterande. Denna nomenklatur hänvisar till den relativa riktningen varje skruv snurrar jämfört med den andra. I samrotationsläge snurrar båda skruvarna antingen medurs eller moturs; i motrotation snurrar en skruv medurs medan den andra snurrar moturs. Det har visat sig att, för en given tvärsnittsarea och grad av överlappning (ingripande), axiell hastighet och blandningsgrad är högre i samroterande dubbelsträngsprutmaskiner. Emellertid är tryckuppbyggnaden högre i motroterande extrudrar. Skruvkonstruktionen är vanligen modulär genom att olika transport- och blandningselement är anordnade på axlarna för att möjliggöra snabb omkonfigurering för en processändring eller utbyte av enskilda komponenter på grund av slitage eller korrosiva skador. Maskinstorlekarna sträcker sig från så små som 12 mm till så stora som 380 mm
FÖRDELAR
En stor fördel med extrudering är att profiler som rör kan göras i valfri längd. Om materialet är tillräckligt flexibelt kan rör göras i långa längder även rullande på en rulle. En annan fördel är extrudering av rör med integrerad koppling inklusive gummitätning.
Posttid: 2022-25-2
