Vytlačování plastů je velkoobjemový výrobní proces, při kterém se surový plast taví a formuje do souvislého profilu. Extruze vyrábí položky, jako jsou trubky/trubky, těsnění, oplocení, palubní zábradlí, okenní rámy, plastové fólie a fólie, termoplastické povlaky a izolace drátů.
Tento proces začíná přiváděním plastového materiálu (pelety, granule, vločky nebo prášky) z násypky do válce extrudéru. Materiál se postupně taví mechanickou energií generovanou otáčením šroubů a topnými tělesy uspořádanými podél hlavně. Roztavený polymer je pak vtlačen do formy, která tvaruje polymer do tvaru, který během ochlazování tvrdne.
DĚJINY
Vytlačování trubek
První předchůdci moderního extrudéru byly vyvinuty na počátku 19. století. V roce 1820 Thomas Hancock vynalezl gumový „mastifikátor“ určený k regeneraci zpracovaných pryžových odpadů a v roce 1836 Edwin Chaffee vyvinul dvouválcový stroj na míchání přísad do pryže. První vytlačování termoplastů bylo v roce 1935 Paulem Troesterem a jeho manželkou Ashley Gershoff v Hamburku v Německu. Krátce poté Roberto Colombo z LMP vyvinul první dvoušnekové extrudéry v Itálii.
PROCES
Při vytlačování plastů je surový směsný materiál běžně ve formě nurdů (malých kuliček, často nazývaných pryskyřice), které jsou gravitačně přiváděny z násypky namontované nahoře do válce extrudéru. Často se používají aditiva, jako jsou barviva a UV inhibitory (buď v kapalné nebo peletové formě), které lze vmíchat do pryskyřice před tím, než se dostane do násypky. Proces má mnoho společného s vstřikováním plastů z hlediska technologie extruderu, i když se liší tím, že se obvykle jedná o kontinuální proces. Zatímco pultruze může nabídnout mnoho podobných profilů v kontinuálních délkách, obvykle s přidaným vyztužením, je toho dosaženo vytažením hotového produktu z matrice namísto vytlačování taveniny polymeru skrz matrici.
Materiál vstupuje přes podávací hrdlo (otvor v blízkosti zadní části hlavně) a přichází do kontaktu se šnekem. Rotující šroub (běžně se točící např. 120 ot./min.) tlačí plastové kuličky dopředu do vyhřívaného barelu. Požadovaná teplota vytlačování se zřídka rovná nastavené teplotě válce kvůli viskóznímu zahřívání a dalším vlivům. Ve většině procesů je pro hlaveň nastaven profil ohřevu, ve kterém tři nebo více nezávislých zón ohřevu řízených PID postupně zvyšuje teplotu barelu ze zadní části (kam vstupuje plast) dopředu. To umožňuje, aby se plastové kuličky postupně roztavily, když jsou protlačovány skrz válec, a snižuje se riziko přehřátí, které může způsobit degradaci polymeru.
K extra teplu přispívá intenzivní tlak a tření uvnitř hlavně. Ve skutečnosti, pokud vytlačovací linka běží určité materiály dostatečně rychle, ohřívače mohou být vypnuty a teplota taveniny udržována pouze tlakem a třením uvnitř válce. Ve většině extrudérů jsou přítomny chladicí ventilátory, které udržují teplotu pod nastavenou hodnotou, pokud vzniká příliš mnoho tepla. Pokud se chlazení nuceným vzduchem ukáže jako nedostatečné, použijí se zalité chladicí pláště.
Plastový extrudér rozříznutý na polovinu, aby byly vidět součásti
V přední části válce roztavený plast opouští šroub a prochází přes síto, aby odstranil veškeré kontaminanty v tavenině. Síta jsou vyztužena přítlačnou deskou (tlustý kovový puk s mnoha vyvrtanými otvory), protože tlak v tomto bodě může přesáhnout 5 000 psi (34 MPa). Sestava paketu síta/přerušovací desky také slouží k vytvoření zpětného tlaku v hlavni. Zpětný tlak je nutný pro rovnoměrné tavení a správné promíchání polymeru a to, jak velký tlak vzniká, lze „vyladit“ měnícím se složením síta (počet sít, velikost jejich drátěné vazby a další parametry). Tato kombinace lámací desky a sítového bloku také eliminuje „rotační paměť“ roztaveného plastu a místo toho vytváří „podélnou paměť“.
Po průchodu přerušovací deskou roztavený plast vstupuje do formy. Forma je to, co dává konečnému výrobku jeho profil a musí být navržena tak, aby roztavený plast rovnoměrně stékal z válcového profilu do tvaru profilu výrobku. Nerovnoměrné proudění v této fázi může produkovat produkt s nežádoucími zbytkovými napětími v určitých bodech profilu, což může způsobit deformaci při ochlazení. Lze vytvořit širokou škálu tvarů, omezených na spojité profily.
Produkt se nyní musí ochladit a toho se obvykle dosáhne protažením extrudátu vodní lázní. Plasty jsou velmi dobrými tepelnými izolanty, a proto se obtížně rychle chladí. Ve srovnání s ocelí odvádí plast své teplo 2000krát pomaleji. V lince pro vytlačování trubek nebo trubek působí na utěsněnou vodní lázeň pečlivě řízený podtlak, aby se nově vytvořená a stále roztavená trubka nebo trubka nezhroutila. U produktů, jako jsou plastové fólie, se chlazení dosahuje protažením přes sadu chladicích válců. U fólií a velmi tenkých fólií může být chlazení vzduchem účinné jako počáteční fáze chlazení, jako při vytlačování fólie vyfukováním.
Plastové extrudéry se také široce používají k opětovnému zpracování recyklovaného plastového odpadu nebo jiných surovin po čištění, třídění a/nebo smíchání. Tento materiál se běžně vytlačuje do vláken vhodných pro sekání do kuliček nebo pelet, které se používají jako prekurzor pro další zpracování.
PROVEDENÍ ŠROUBŮ
V termoplastickém šroubu je pět možných zón. Vzhledem k tomu, že terminologie není v tomto odvětví standardizována, mohou tyto zóny označovat různé názvy. Různé typy polymerů budou mít různé konstrukce šroubů, některé nezahrnují všechny možné zóny.
Jednoduchý plastový vytlačovací šroub
Šrouby extrudéru od Boston Matthews
Většina šroubů má tyto tři zóny:
● Zóna podávání (také nazývaná zóna dopravy pevných látek): tato zóna přivádí pryskyřici do extrudéru a hloubka kanálu je obvykle v celé zóně stejná.
● Zóna tavení (také nazývaná přechodová nebo kompresní zóna): v této sekci se roztaví většina polymeru a hloubka kanálu se postupně zmenšuje.
● Zóna dávkování (také nazývaná zóna dopravy taveniny): tato zóna roztaví poslední částice a promíchá se na jednotnou teplotu a složení. Stejně jako vstupní zóna je hloubka kanálu konstantní v celé této zóně.
Kromě toho má odvětrávaný (dvoustupňový) šroub:
● Dekompresní zóna. V této zóně, asi ve dvou třetinách šneku, se kanál náhle dostane hlouběji, což uvolní tlak a umožní, aby veškeré zachycené plyny (vlhkost, vzduch, rozpouštědla nebo reaktanty) byly vytaženy vakuem.
● Druhá zóna měření. Tato zóna je podobná první měřicí zóně, ale s větší hloubkou kanálu. Slouží k opětovnému natlakování taveniny, aby se dostala přes odpor sít a matrice.
Délka šroubu je často odkazována na jeho průměr jako poměr L:D. Například šroub o průměru 6 palců (150 mm) v poměru 24:1 bude mít délku 144 palců (12 stop) a při poměru 32:1 bude mít délku 192 palců (16 stop). Běžný je poměr L:D 25:1, ale některé stroje jdou až na 40:1 pro větší míchání a větší výkon při stejném průměru šneku. Dvoustupňové (odvzdušněné) šrouby jsou obvykle v poměru 36:1, aby se zohlednily dvě další zóny.
Každá zóna je vybavena jedním nebo více termočlánky nebo RTD ve stěně válce pro regulaci teploty. „Teplotní profil“, tj. teplota každé zóny je velmi důležitá pro kvalitu a vlastnosti finálního extrudátu.
TYPICKÉ VYTLAČOVACÍ MATERIÁLY
HDPE trubka během vytlačování. HDPE materiál přichází z ohřívače, do formy a poté do chladicí nádrže. Tato trubka Acu-Power je koextrudovaná – uvnitř černá s tenkým oranžovým pláštěm pro označení napájecích kabelů.
Mezi typické plastové materiály, které se používají při vytlačování, patří mimo jiné: polyethylen (PE), polypropylen, acetal, akryl, nylon (polyamidy), polystyren, polyvinylchlorid (PVC), akrylonitrilbutadienstyren (ABS) a polykarbonát.[4] ]
DIE TYPY
Při vytlačování plastů se používají různé formy. I když mohou existovat značné rozdíly mezi typy lisovacích nástrojů a jejich složitostí, všechny formy umožňují kontinuální vytlačování taveniny polymeru, na rozdíl od nekontinuálního zpracování, jako je vstřikování.
Vytlačování foukané fólie
Vyfukování plastové fólie
Výroba plastových fólií pro produkty, jako jsou nákupní tašky a kontinuální fólie, se provádí pomocí linky vyfukovaných fólií.
Tento proces je stejný jako běžný proces vytlačování až do formy. V tomto procesu se používají tři hlavní typy matric: prstencové (nebo křížové), pavoučí a spirálové. Prstencové průvlaky jsou nejjednodušší a spoléhají na to, že tavenina polymeru prochází kolem celého průřezu průvlaku před výstupem z průvlaku; to může mít za následek nerovnoměrný průtok. Matrice Spider se skládají z centrálního trnu připojeného k vnějšímu prstenci matrice prostřednictvím řady „noh“; zatímco proudění je symetričtější než u prstencových průvlaků, vzniká řada svarových linií, které zeslabují film. Spirálové matrice odstraňují problém svarových linií a asymetrického toku, ale jsou zdaleka nejsložitější.
Tavenina se před opuštěním formy poněkud ochladí, aby se získala slabá polotuhá trubice. Průměr této trubky se rychle zvětšuje tlakem vzduchu a trubka je tažena nahoru pomocí válečků, čímž se plast natahuje jak v příčném, tak ve směru tažení. Tažení a vyfukování způsobuje, že je fólie tenčí než vytlačovaná trubice, a také přednostně vyrovnává molekulární řetězce polymeru ve směru, který vidí největší plastickou deformaci. Pokud je fólie tažena více, než je vyfukována (konečný průměr trubky je blízký extrudovanému průměru), molekuly polymeru budou vysoce zarovnány se směrem tažení, čímž vznikne film, který je v tomto směru silný, ale v příčném směru slabý. . Fólie, která má výrazně větší průměr než vytlačený průměr, bude mít větší pevnost v příčném směru, ale menší ve směru tažení.
V případě polyethylenu a jiných semikrystalických polymerů film při ochlazování krystalizuje na úrovni známé jako čára mrazu. Jak fólie pokračuje v ochlazování, je tažena několika sadami svěrných válců, aby se zploštila do položených plochých hadic, které pak mohou být navíjeny nebo rozřezány na dvě nebo více rolí fólie.
Vytlačování listu/fólie
Vytlačování listů/fólií se používá k vytlačování plastových fólií nebo fólií, které jsou příliš silné na vyfukování. Používají se dva typy raznic: tvar T a ramínko. Účelem těchto průvlaků je přeorientovat a vést tok polymerní taveniny z jediného kruhového výstupu z extrudéru do tenkého, plochého rovinného toku. U obou typů trysek zajišťují konstantní, rovnoměrný průtok po celé ploše průřezu trysky. Chlazení se obvykle provádí tažením přes sadu chladicích válců (kalandrové nebo „chladicí“ válce). Při vytlačování plechu tyto válce nejen zajišťují potřebné chlazení, ale také určují tloušťku plechu a povrchovou strukturu.[7] Často se koextruze používá k nanesení jedné nebo více vrstev na základní materiál, aby se získaly specifické vlastnosti, jako je absorpce UV záření, textura, odolnost vůči prostupu kyslíku nebo odraz energie.
Běžným procesem následného vytlačování plastových fólií je tvarování za tepla, kdy se fólie zahřeje, dokud nezměkne (plast), a formuje se pomocí formy do nového tvaru. Když se používá vakuum, často se to popisuje jako vakuové tvarování. Orientace (tj. schopnost/dostupná hustota listu, která má být vytažena do formy, která se může typicky lišit v hloubkách od 1 do 36 palců) je velmi důležitá a značně ovlivňuje doby tvarovacího cyklu u většiny plastů.
Vytlačování trubek
Extrudované trubky, jako jsou trubky z PVC, se vyrábějí pomocí velmi podobných lisovnic, jaké se používají při vytlačování vyfukované fólie. Přes kolík lze na vnitřní dutiny vyvinout kladný tlak nebo na vnější průměr podtlakem pomocí vakuového kalibru, aby byly zajištěny správné konečné rozměry. Další lumen nebo otvory mohou být zavedeny přidáním vhodných vnitřních trnů do matrice.
Boston Matthews Medical Extrusion Line
Aplikace vícevrstvých trubek jsou také stále přítomny v automobilovém průmyslu, instalatérském a topenářském průmyslu a obalovém průmyslu.
Extruze přes opláštění
Extruze přes opláštění umožňuje aplikaci vnější vrstvy plastu na stávající drát nebo kabel. Toto je typický proces pro izolaci vodičů.
Existují dva různé typy lisovacích nástrojů používaných pro potahování drátu, potrubí (nebo opláštění) a tlaku. U opláštění se tavenina polymeru nedotkne vnitřního drátu až těsně před břity matrice. U tlakových nástrojů se tavenina dostává do kontaktu s vnitřním drátem dlouho předtím, než dosáhne okrajů matrice; to se provádí při vysokém tlaku, aby se zajistila dobrá adheze taveniny. Pokud je vyžadován těsný kontakt nebo adheze mezi novou vrstvou a stávajícím drátem, použije se tlakové nářadí. Pokud není adheze žádoucí/nezbytná, použije se místo toho opláštění.
Koextruze
Koextruze je vytlačování více vrstev materiálu současně. Tento typ vytlačování využívá dva nebo více vytlačovacích strojů k tavení a dodávání stálého objemového průtoku různých viskózních plastů do jediné vytlačovací hlavy (vytlačovací hubice), která vytlačuje materiály v požadované formě. Tato technologie se používá u kteréhokoli z výše popsaných procesů (foukaná fólie, opláštění, hadičky, plechy). Tloušťky vrstvy jsou řízeny relativními rychlostmi a velikostmi jednotlivých extrudérů dodávajících materiály.
5 :5 Vrstva koextruze kosmetické „stlačovací“ tuby
V mnoha scénářích reálného světa nemůže jediný polymer splnit všechny požadavky aplikace. Složené vytlačování umožňuje vytlačování smíšeného materiálu, ale koextruze zachovává oddělené materiály jako různé vrstvy ve vytlačovaném produktu, což umožňuje vhodné umístění materiálů s různými vlastnostmi, jako je propustnost pro kyslík, pevnost, tuhost a odolnost proti opotřebení.
Extruzní nátěr
Extruzní potahování je použití procesu vyfukování nebo lití filmu k nanesení další vrstvy na stávající roli papíru, fólie nebo filmu. Tento proces lze například použít ke zlepšení vlastností papíru jeho potažením polyethylenem, aby byl odolnější vůči vodě. Extrudovaná vrstva může být také použita jako lepidlo ke spojení dvou dalších materiálů. Tetrapak je komerčním příkladem tohoto procesu.
SLOUČENÉ EXTRACE
Směsné vytlačování je proces, při kterém se mísí jeden nebo více polymerů s přísadami za vzniku plastových sloučenin. Krmivami mohou být pelety, prášek a/nebo kapaliny, ale produkt je obvykle ve formě pelet pro použití v jiných procesech tváření plastů, jako je vytlačování a vstřikování. Stejně jako u tradičního vytlačování existuje široká škála velikostí strojů v závislosti na aplikaci a požadovaném výkonu. Zatímco při tradičním vytlačování mohou být použity buď jednošnekové nebo dvoušnekové extrudéry, nutnost adekvátního míchání při směšovacím vytlačování činí dvoušnekové extrudéry téměř povinnými.
TYPY EXTRUDERŮ
Existují dva podtypy dvoušnekových extrudérů: souběžné a protiběžné. Tato nomenklatura se vztahuje k relativnímu směru otáčení každého šroubu ve srovnání s druhým. V režimu společné rotace se oba šrouby otáčí ve směru nebo proti směru hodinových ručiček; při protisměrné rotaci se jeden šroub točí ve směru hodinových ručiček, zatímco druhý se točí proti směru hodinových ručiček. Ukázalo se, že pro danou plochu průřezu a stupeň překrytí (prolínání) je axiální rychlost a stupeň míchání vyšší u souběžně rotujících dvojitých extrudérů. Nárůst tlaku je však vyšší u protiběžných extrudérů. Konstrukce šneku je běžně modulární v tom, že na hřídelích jsou uspořádány různé dopravní a mísící prvky, které umožňují rychlou rekonfiguraci pro změnu procesu nebo výměnu jednotlivých součástí v důsledku opotřebení nebo korozního poškození. Velikosti strojů se pohybují od malých 12 mm až po 380 mm
VÝHODY
Velkou výhodou extruze je, že profily, jako jsou trubky, mohou být vyrobeny v jakékoli délce. Pokud je materiál dostatečně pružný, mohou být trubky vyráběny v dlouhých délkách i navíjené na cívku. Další výhodou je vytlačování trubek s integrovanou spojkou včetně pryžového těsnění.
Čas odeslání: 25. února 2022
