Analisis Teknologi Pemrosesan Plastik - Pada prinsip mekanis pencetakan ekstrusi

Prinsip mekanis

Mekanisme dasar ekstrusi sederhana - sekrup berputar di dalam tong dan mendorong plastik ke depan. Sekrup sebenarnya adalah bevel atau lereng yang melilit lapisan tengah. Tujuannya adalah untuk meningkatkan tekanan untuk mengatasi resistensi yang besar. Dalam kasus ekstruder, ada tiga jenis resistensi yang perlu diatasi: gesekan partikel padat (pakan) terhadap dinding silinder dan gesekan timbal balik antara kumparan sebelum rotasi sekrup (zona makan makan ); Adhesi di dinding laras; Resistensi aliran internal leleh saat didorong ke depan.

Jika suatu objek tidak bergerak ke arah tertentu, gaya pada objek seimbang ke arah ini. Sekrup tidak bergerak ke arah aksial, meskipun dapat berputar secara lateral dengan cepat di dekat lingkar. Oleh karena itu, gaya aksial pada sekrup seimbang, dan jika itu menerapkan dorongan maju yang besar ke plastik yang meleleh, itu juga menerapkan dorongan terbelakang yang identik ke objek. Di sini, dorongan yang diterapkan adalah bantalan yang bekerja pada bantalan dorong di belakang port pakan.

Sebagian besar sekrup tunggal adalah benang tangan kanan, seperti sekrup dan baut yang digunakan dalam pengerjaan kayu dan mesin. Jika mereka melihat dari belakang, mereka berputar ke arah yang berlawanan karena mereka mencoba memutar laras sejauh mungkin. Dalam beberapa ekstruder sekrup kembar, kedua sekrup berputar ke arah yang berlawanan dalam dua silinder dan saling bersilangan, jadi satu harus kidal dan yang lain harus kidal. Pada sekrup kembar oklusal lainnya, kedua sekrup berputar ke arah yang sama dan harus memiliki orientasi yang sama. Namun, dalam kedua kasus tersebut, ada bantalan dorongan yang menyerap gaya mundur, dan prinsip Newton masih berlaku.

2. Prinsip termal

Plastik yang dapat diekstrudasi adalah termoplastik - mereka meleleh saat dipanaskan dan dikuatkan lagi saat pendinginan. Dari mana asal plastik cair? Pakan pemanasan awal dan pemanas barel/die dapat bekerja dan penting saat start -up, namun, energi input motor - gesekan motor terhadap lelehan kental - panas gesekan yang dihasilkan dalam laras saat memutar sekrup - adalah yang paling banyak Sumber panas penting untuk plastik, kecuali untuk sistem kecil, sekrup kecepatan rendah, plastik suhu leleh tinggi dan aplikasi pelapisan ekstrusi.

Untuk semua operasi lain, penting untuk mengenali bahwa pemanas barel bukanlah sumber utama panas yang beroperasi, dan oleh karena itu efek pada ekstrusi kurang dari yang kita harapkan (lihat Prinsip 11). Suhu post-silinder mungkin masih penting karena mempengaruhi laju transportasi padatan di gigi atau di pakan. Suhu mati dan cetakan umumnya harus menjadi suhu leleh yang diinginkan atau dekat dengan suhu ini kecuali mereka digunakan untuk tujuan tertentu seperti kaca, distribusi fluida atau kontrol tekanan.

3. Prinsip perlambatan

Pada sebagian besar ekstruder, perubahan kecepatan sekrup dicapai dengan menyesuaikan kecepatan motor. Motor biasanya berputar pada kecepatan penuh sekitar 1750 rpm, tetapi ini terlalu cepat untuk sekrup ekstruder. Jika diputar pada kecepatan yang begitu cepat, terlalu banyak panas gesekan dihasilkan dan waktu tempat tinggal plastik terlalu singkat untuk menyiapkan lelehan yang seragam dan terisi dengan baik. Rasio deselerasi khas berkisar dari 10: 1 hingga 20: 1. Tahap pertama dapat berupa gigi atau katrol, tetapi tahap kedua menggunakan roda gigi dan sekrup diposisikan di tengah gigi besar terakhir.

Dalam beberapa mesin yang berjalan lambat (seperti sekrup kembar untuk UPVC), mungkin ada 3 tahap deselerasi dan kecepatan maksimum mungkin serendah 30 rpm atau lebih rendah (rasio hingga 60: 1). Pada ekstrem lain, beberapa sekrup kembar yang sangat panjang untuk agitasi dapat berjalan pada 600 rpm atau lebih cepat, sehingga membutuhkan tingkat deselerasi yang sangat rendah dan banyak pendinginan dalam.

Kadang -kadang laju perlambatan tidak cocok dengan tugas - akan ada terlalu banyak energi untuk digunakan - dan dimungkinkan untuk menambahkan blok katrol antara motor dan fase perlambatan pertama yang mengubah kecepatan maksimum. Ini baik meningkatkan kecepatan sekrup di atas batas sebelumnya atau mengurangi kecepatan maksimum untuk memungkinkan sistem beroperasi pada persentase lebih besar dari kecepatan maksimum. Ini akan meningkatkan energi yang tersedia, mengurangi amperage dan menghindari masalah motor. Dalam kedua kasus, output dapat meningkat tergantung pada materi dan kebutuhan pendinginannya.

4. Memberi makan sebagai pendingin

Ekstrusi mentransfer energi motor, kadang -kadang pemanas, ke plastik dingin, mengubahnya dari padatan menjadi meleleh. Umpan input lebih dingin daripada suhu permukaan barel dan sekrup di zona umpan. Namun, permukaan laras di zona umpan hampir selalu di atas kisaran pencairan plastik. Didinginkan oleh kontak dengan partikel pakan, tetapi panas ditahan oleh panas yang ditransfer kembali ke ujung depan yang panas dan pemanasan terkontrol. Bahkan setelah akhir saat ini, panas dipegang oleh gesekan kental dan tidak diperlukan input panas barel, diperlukan pemanas pos. Pengecualian terpenting adalah kartrid pakan berlapis, yang hampir khusus untuk HDPE.

Permukaan akar sekrup juga didinginkan oleh pakan dan diisolasi dari dinding laras oleh partikel umpan plastik (dan udara di antara partikel). Jika sekrup tiba -tiba berhenti, umpan juga berhenti, dan saat panas bergerak ke belakang dari ujung depan yang lebih panas, permukaan sekrup menjadi lebih panas di zona umpan. Hal ini dapat menyebabkan adhesi atau menjembatani partikel di akar.

5. Di area makan, tempel ke silinder dan geser ke sekrup

Untuk memaksimalkan jumlah padatan yang diangkut di zona umpan laras halus dari ekstruder sekrup tunggal, partikel harus menempel pada laras dan geser ke sekrup. Jika partikel menempel pada akar sekrup, tidak ada yang menariknya ke bawah; Volume bagian dan jumlah padatan dikurangi. Alasan lain untuk adhesi yang buruk pada akar adalah bahwa plastik dapat memanaskan di sini dan menghasilkan gel dan partikel kontaminasi serupa, atau sebentar -sebentar melekat dan pecah dengan perubahan kecepatan output.

Sebagian besar plastik meluncur secara alami pada akar karena kedinginan ketika mereka masuk, dan gesekan tidak memanaskan akar sepanas dinding. Beberapa bahan lebih cenderung menempel daripada yang lain: PVC yang sangat plastis, PET amorf, dan beberapa kopolimer berbasis poliolefin dengan sifat perekat yang diinginkan untuk penggunaan akhir.

Untuk laras, perlu untuk plastik untuk menempel di sini sehingga dikikis dan didorong ke depan oleh ulir sekrup. Harus ada koefisien gesekan yang tinggi antara butiran dan laras, dan koefisien gesekan pada gilirannya sangat dipengaruhi oleh suhu laras belakang. Jika partikel tidak menempel, mereka hanya berputar di tempat tanpa bergerak maju - itulah sebabnya pemberian makan yang halus tidak baik.

Gesekan permukaan bukan satu -satunya faktor yang mempengaruhi pakan. Banyak partikel tidak pernah menyentuh laras atau akar sekrup, sehingga harus ada gesekan dan keterkaitan mekanis dan viskositas di dalam partikel.

Silinder berlekuk adalah kasus khusus. Palung berada di zona umpan dan zona umpan terisolasi secara termal dari sisa laras dan air mendingin. Benang mendorong partikel ke dalam alur dan menciptakan tekanan yang sangat tinggi pada jarak yang relatif pendek. Ini meningkatkan toleransi gigitan dari output bawah dari sekrup yang sama pada output yang sama, sehingga panas gesekan yang dihasilkan di ujung depan berkurang dan suhu leleh lebih rendah. Ini mungkin berarti produksi yang lebih cepat dalam lini film yang diledakkan terbatas. Tangki ini sangat cocok untuk HDPE, yang merupakan plastik umum paling halus kecuali untuk plastik berfluorinasi.

6. Bahan paling mahal

Dalam beberapa kasus, biaya material dapat mencapai 80% dari biaya produksi lebih dari semua faktor lainnya-kecuali untuk produk yang sangat penting dalam kualitas dan pengemasan, seperti kateter medis. Prinsip ini secara alami mengarah pada dua kesimpulan: prosesor harus menggunakan kembali memo dan memo sebanyak mungkin sebagai pengganti bahan baku, dan secara ketat mematuhi toleransi sebanyak mungkin untuk menghindari penyimpangan dari ketebalan target dan masalah produk.

7. Biaya energi relatif tidak penting

Meskipun daya tarik dan masalah nyata sebuah pabrik berada pada tingkat yang sama dengan kenaikan biaya energi, energi yang diperlukan untuk menjalankan ekstruder masih merupakan sebagian kecil dari total biaya produksi. Ini selalu terjadi karena biaya material sangat tinggi dan ekstruder adalah sistem yang efektif. Jika terlalu banyak energi yang diperkenalkan, plastik akan dengan cepat menjadi sangat panas sehingga tidak dapat diproses dengan benar.

8. Tekanan di ujung sekrup sangat penting

Tekanan ini mencerminkan resistansi semua objek di hilir sekrup: layar filter dan pelat shredder yang terkontaminasi, tabung transfer adaptor, pengaduk tetap (jika ada), dan cetakan itu sendiri. Itu tidak hanya tergantung pada geometri komponen -komponen ini tetapi juga pada suhu dalam sistem, yang pada gilirannya mempengaruhi viskositas dan throughput resin. Itu tidak tergantung pada desain sekrup, kecuali ketika mempengaruhi suhu, viskositas dan throughput. Untuk alasan keamanan, mengukur suhu adalah penting - jika terlalu tinggi, mati dan cetakan dapat meledak dan membahayakan orang atau mesin di dekatnya.

Tekanan menguntungkan untuk agitasi, terutama di zona terakhir sistem sekrup tunggal (zona pengukuran). Namun, tekanan tinggi juga berarti bahwa motor harus menghasilkan lebih banyak energi - dan dengan demikian suhu leleh lebih tinggi - yang dapat menentukan batas tekanan. Dalam sekrup kembar, keterlibatan kedua sekrup satu sama lain adalah agitator yang lebih efisien, jadi tidak ada tekanan yang diperlukan untuk tujuan ini.

Dalam pembuatan bagian-bagian berongga, seperti tabung yang terbuat dari cetakan laba-laba yang berpusat pada laba-laba menggunakan kurung, tekanan tinggi harus dibuat di dalam cetakan untuk membantu dalam rekombinasi aliran yang terpisah. Kalau tidak, produk di sepanjang jalur las mungkin lemah dan masalah dapat terjadi selama penggunaan.

9. Output = Perpindahan utas terakhir / - Aliran dan kebocoran tekanan

Perpindahan utas terakhir disebut aliran positif dan hanya tergantung pada geometri sekrup, kecepatan sekrup dan kepadatan leleh. Ini diatur oleh aliran tekanan dan sebenarnya mencakup efek seret yang mengurangi output (ditunjukkan oleh tekanan tertinggi) dan efek overgiting apa pun dalam umpan yang meningkatkan output. Kebocoran pada utas mungkin berada di salah satu dari dua arah.

Ini juga berguna untuk menghitung output per rpm (rotasi) karena ini mewakili penurunan kapasitas pemompaan sekrup pada suatu waktu. Perhitungan terkait lainnya adalah output per tenaga kuda atau kilowatt yang digunakan. Ini mewakili efisiensi dan mampu memperkirakan kapasitas produksi motor dan penggerak yang diberikan.

10. Laju geser memainkan peran utama dalam viskositas

Semua plastik umum memiliki sifat mengurangi geser, yang berarti bahwa viskositas menjadi lebih rendah karena plastik bergerak lebih cepat dan lebih cepat. Efek dari beberapa plastik ini sangat terlihat. Sebagai contoh, beberapa PVC meningkatkan laju aliran dengan faktor 10 atau lebih ketika dorongan dua kali lipat. Sebaliknya, gaya geser LLDPE tidak berkurang terlalu banyak, dan laju aliran hanya meningkat sebesar 3 hingga 4 kali ketika penalaran digandakan. Efek pengurangan geser yang berkurang berarti viskositas tinggi dalam kondisi ekstrusi, yang pada gilirannya berarti lebih banyak daya motor yang diperlukan. Ini dapat menjelaskan mengapa LLDPE beroperasi pada suhu yang lebih tinggi dari LDPE. Laju aliran dinyatakan dalam laju geser, sekitar 100 s-1 di saluran sekrup, antara 100 dan 100 s-1 di sebagian besar profil die, dan lebih dari 100 s-1 di celah antara benang dan dinding dan beberapa kecil celah mati. Koefisien leleh adalah ukuran viskositas yang umum digunakan tetapi dibalik (misalnya aliran/dorong daripada dorong/aliran). Sayangnya, pengukuran ini bukan pengukuran yang benar dalam ekstruder dengan laju geser 10 s-1 atau kurang dan laju aliran leleh yang sangat cepat.

11. Motor berlawanan dengan silinder, dan silinder berlawanan dengan motor.

Mengapa efek kontrol silinder tidak selalu sama dengan yang diharapkan, terutama di area pengukuran? Jika silinder dipanaskan, silinder