Ang mga plastik nga extrusion usa ka taas nga volume nga proseso sa paghimo kung diin ang hilaw nga plastik natunaw ug nahimo nga usa ka padayon nga profile. Ang extrusion naghimo og mga butang sama sa pipe/tubing, weatherstripping, fencing, deck railings, window frames, plastic films ug sheeting, thermoplastic coatings, ug wire insulation.
Kini nga proseso magsugod pinaagi sa pagpakaon sa plastik nga materyal (mga pellets, granules, flakes o powders) gikan sa usa ka hopper ngadto sa baril sa extruder. Ang materyal anam-anam nga natunaw pinaagi sa mekanikal nga enerhiya nga namugna pinaagi sa pagliko sa mga screw ug sa mga heaters nga gihan-ay sa daplin sa baril. Ang tinunaw nga polimer dayon pugson ngadto sa usa ka die, nga mohulma sa polimer ngadto sa porma nga mogahi panahon sa pagpabugnaw.
KASAYSAYAN
Pipe extrusion
Ang unang mga pasiuna sa modernong extruder naugmad sa sayong bahin sa ika-19 nga siglo. Niadtong 1820, si Thomas Hancock nag-imbento ug goma nga “masticator” nga gidesinyo sa pagbawi sa giprosesong mga scrap sa goma, ug niadtong 1836 si Edwin Chaffee nakamugna ug duha-ka-roller nga makina aron isagol ang mga additives ngadto sa goma. Ang unang thermoplastic extrusion kay niadtong 1935 ni Paul Troester ug sa iyang asawa nga si Ashley Gershoff sa Hamburg, Germany. Wala madugay human niana, si Roberto Colombo sa LMP nakahimo sa unang twin screw extruders sa Italy.
PROSESO
Sa extrusion sa mga plastik, ang hilaw nga compound nga materyal kasagaran sa porma sa mga nurdles (gagmay nga beads, sagad gitawag resin) nga gravity gipakaon gikan sa usa ka top mount hopper ngadto sa barrel sa extruder. Ang mga additives sama sa mga colorant ug UV inhibitors (sa likido o pellet nga porma) sagad gigamit ug mahimong isagol sa resin sa dili pa moabot sa hopper. Ang proseso adunay daghan nga komon sa plastic injection molding gikan sa punto sa extruder nga teknolohiya, bisan kini lahi tungod kay kini kasagaran usa ka padayon nga proseso. Samtang ang pultrusion makahatag og daghang susama nga mga profile sa padayon nga mga gitas-on, kasagaran adunay dugang nga pagpalig-on, kini makab-ot pinaagi sa pagbira sa nahuman nga produkto gikan sa usa ka die imbes nga i-extruding ang polymer nga matunaw pinaagi sa usa ka die.
Ang materyal mosulod pinaagi sa feed throat (usa ka pag-abli duol sa likod sa baril) ug moabut ngadto sa kontak uban sa screw. Ang nagtuyok nga tornilyo (kasagaran nagtuyok sa eg 120 rpm) nagpugos sa plastik nga mga lubid padulong sa gipainit nga baril. Ang gitinguha nga temperatura sa extrusion panagsa ra nga katumbas sa gitakda nga temperatura sa baril tungod sa viscous nga pagpainit ug uban pang mga epekto. Sa kadaghanan nga mga proseso, usa ka profile sa pagpainit ang gitakda alang sa baril diin ang tulo o daghan pa nga independente nga mga zone sa heater nga kontrolado sa PID hinayhinay nga nagpataas sa temperatura sa baril gikan sa luyo (diin mosulod ang plastik) hangtod sa atubangan. Gitugotan niini ang mga plastik nga lubid nga anam-anam nga matunaw samtang kini gitulod sa baril ug gipaubos ang peligro sa sobrang kainit nga mahimong hinungdan sa pagkadaot sa polimer.
Ang dugang nga kainit gitampo sa grabe nga presyur ug friction nga nahitabo sa sulod sa baril. Sa tinuud, kung ang usa ka linya sa extrusion dali nga nagpadagan sa pipila nga mga materyales, ang mga heaters mahimong mapalong ug ang temperatura sa pagkatunaw mapadayon pinaagi sa presyur ug friction nga nag-inusara sa sulod sa baril. Sa kadaghanan sa mga extruder, naa ang mga cooling fan aron mapadayon ang temperatura nga ubos sa gitakda nga kantidad kung sobra ka init ang mamugna. Kung ang pinugos nga pagpabugnaw sa hangin mapamatud-an nga dili igo unya ang cast-in cooling jacket gigamit.
Ang plastik nga extruder giputol sa tunga aron ipakita ang mga sangkap
Sa atubangan sa baril, ang tinunaw nga plastik mobiya sa tornilyo ug moagi sa usa ka screen pack aron makuha ang bisan unsang kontaminante sa pagkatunaw. Ang mga screen gipalig-on sa usa ka breaker plate (usa ka baga nga metal puck nga adunay daghang mga buho nga gibuak pinaagi niini) tungod kay ang presyur niining puntoha mahimong molapas sa 5,000 psi (34 MPa). Ang screen pack/breaker plate assembly nagsilbi usab sa paghimo sa back pressure sa barrel. Ang presyur sa likod gikinahanglan alang sa uniporme nga pagtunaw ug husto nga pagsagol sa polimer, ug kung unsa kadaghan ang presyur nga namugna mahimong "mabag-o" pinaagi sa lain-laing komposisyon sa screen pack (ang gidaghanon sa mga screen, ang ilang wire weave size, ug uban pang mga parameter). Kini nga breaker plate ug screen pack nga kombinasyon nagwagtang usab sa "rotational memory" sa tinunaw nga plastik ug nagmugna hinuon, "longhitudinal memory".
Human moagi sa breaker plate ang tinunaw nga plastik mosulod sa die. Ang die mao ang naghatag sa katapusan nga produkto sa iyang profile ug kinahanglan nga gidisenyo aron ang tinunaw nga plastik parehas nga modagayday gikan sa cylindrical profile, ngadto sa porma sa profile sa produkto. Ang dili patas nga pag-agos sa kini nga yugto mahimo’g makamugna usa ka produkto nga adunay dili gusto nga nahabilin nga mga stress sa pipila nga mga punto sa profile nga mahimong hinungdan sa pag-warping sa pagpabugnaw. Usa ka halapad nga lainlain nga mga porma ang mahimo, nga limitado sa padayon nga mga profile.
Ang produkto kinahanglan na karon nga pabugnawon ug kini kasagarang makab-ot pinaagi sa pagbira sa extrudate pinaagi sa usa ka kaligoanan sa tubig. Ang mga plastik maayo kaayo nga thermal insulators ug busa lisud nga pabugnawon dayon. Kon itandi sa puthaw, ang plastik mopadagan sa kainit niini 2,000 ka pilo nga mas hinay. Sa usa ka linya sa tubo o pipe extrusion, ang usa ka silyado nga kaligoanan sa tubig gipalihok sa usa ka maampingong kontrolado nga vacuum aron dili mahugno ang bag-ong naporma ug natunaw nga tubo o tubo. Alang sa mga produkto sama sa plastic sheeting, ang pagpabugnaw makab-ot pinaagi sa pagbira sa usa ka hugpong sa mga cooling roll. Alang sa mga pelikula ug nipis kaayo nga mga panapton, ang pagpabugnaw sa hangin mahimong epektibo isip usa ka inisyal nga yugto sa pagpabugnaw, sama sa blown film extrusion.
Ang mga plastik nga extruder kay kaylap usab nga gigamit sa pagproseso pag-usab sa gi-recycle nga plastik nga basura o uban pang hilaw nga materyales pagkahuman sa paglimpyo, paghan-ay ug/o pagsagol. Kini nga materyal kasagarang gi-extruded ngadto sa mga filament nga angay alang sa pagputol sa bead o pellet stock aron gamiton isip pasiuna sa dugang pagproseso.
DESIGN sa SCREW
Adunay lima ka posible nga mga zone sa usa ka thermoplastic screw. Tungod kay ang terminolohiya dili standardized sa industriya, lain-laing mga ngalan mahimong magtumong niini nga mga zone. Ang lainlaing mga klase sa polimer adunay lainlaing mga disenyo sa tornilyo, ang uban wala maglakip sa tanan nga posible nga mga sona.
Usa ka yano nga plastic extrusion screw
Extruder screws Gikan sa Boston Matthews
Kadaghanan sa mga screw adunay tulo ka mga zone:
● Feed zone (gitawag usab nga solids conveying zone): kini nga zone nagpakaon sa resin ngadto sa extruder, ug ang giladmon sa channel kasagaran parehas sa tibuok zone.
● Melting zone (gitawag usab nga transition o compression zone): kadaghanan sa polymer natunaw niini nga seksyon, ug ang giladmon sa channel nagkagamay.
● Metering zone (gitawag usab nga melt conveying zone): kini nga zone motunaw sa kataposang mga partikulo ug mosagol sa pare-parehong temperatura ug komposisyon. Sama sa feed zone, ang giladmon sa channel kanunay sa tibuok niini nga zone.
Dugang pa, ang usa ka vented (duha ka yugto) nga tornilyo adunay:
● Decompression zone. Niini nga sona, mga dos-tersiya sa screw, ang channel kalit nga molalom, nga makapawala sa presyur ug nagtugot sa bisan unsang natanggong nga mga gas (umog, hangin, solvent, o reactants) nga makuha pinaagi sa vacuum.
● Ikaduha nga metering zone. Kini nga sona susama sa unang metering zone, apan mas dako ang giladmon sa channel. Nagsilbi kini sa pag-repressurize sa matunaw aron makuha kini pinaagi sa pagsukol sa mga screen ug sa mamatay.
Kasagaran ang gitas-on sa tornilyo gipunting sa diyametro niini ingon L: D ratio. Pananglitan, ang 6-pulgada (150 mm) nga diyametro nga tornilyo sa 24:1 mahimong 144 pulgada (12 p) ang gitas-on, ug sa 32:1 kini 192 pulgada (16 p) ang gitas-on. Ang L:D nga ratio nga 25:1 kay kasagaran, apan ang ubang mga makina mosaka sa 40:1 para sa dugang nga pagsagol ug dugang nga output sa samang screw diameter. Ang duha ka yugto (vented) nga mga tornilyo kasagaran 36: 1 aron i-account ang duha ka dugang nga mga zone.
Ang matag sona gisangkapan sa usa o daghang mga thermocouples o RTD sa dingding sa baril alang sa pagkontrol sa temperatura. Ang "temperatura profile" ie, ang temperatura sa matag zone importante kaayo sa kalidad ug mga kinaiya sa katapusan nga extrudate.
TYPICAL EXTRUSION MATERIALS
HDPE pipe sa panahon sa extrusion. Ang materyal nga HDPE nagagikan sa heater, ngadto sa die, dayon ngadto sa cooling tank. Kini nga Acu-Power conduit pipe gi-co-extruded - itom sa sulod nga adunay nipis nga orange nga jacket, aron itudlo ang mga kable sa kuryente.
Ang kasagarang plastik nga mga materyales nga gigamit sa extrusion naglakip apan dili limitado sa: polyethylene (PE), polypropylene, acetal, acrylic, nylon (polyamides), polystyrene, polyvinyl chloride (PVC), acrylonitrile butadiene styrene (ABS) ug polycarbonate.[4 ]
MAMATAY NGA TYPES
Adunay lainlaing mga dies nga gigamit sa mga plastik nga extrusion. Samtang adunay mahimong mahinungdanon nga mga kalainan tali sa mga matang sa mamatay ug pagkakomplikado, ang tanan nga mamatay nagtugot sa padayon nga pagpuga sa polymer melt, sukwahi sa dili padayon nga pagproseso sama sa paghulma sa injection.
Pagpuga sa blown film
Blow extrusion sa plastik nga pelikula
Ang paghimo sa plastik nga pelikula alang sa mga produkto sama sa mga bag sa pagpamalit ug padayon nga sheeting nakab-ot gamit ang usa ka linya nga gihuyop sa pelikula.
Kini nga proseso parehas sa usa ka regular nga proseso sa extrusion hangtod sa mamatay. Adunay tulo ka pangunang matang sa mga dies nga gigamit niini nga proseso: annular (o crosshead), spider, ug spiral. Ang Annular dies mao ang pinakasimple, ug nagsalig sa polymer melt channeling palibot sa tibuok cross section sa die sa dili pa mogawas sa die; kini mahimong moresulta sa dili patas nga pag-agos. Ang mga spider namatay naglangkob sa usa ka sentro nga mandrel nga gilakip sa gawas nga singsing nga mamatay pinaagi sa daghang "mga bitiis"; samtang ang agos mas simetriko kaysa sa annular dies, daghang mga weld lines ang gihimo nga nagpahuyang sa pelikula. Ang mga spiral dies nagtangtang sa isyu sa weld lines ug asymmetrical flow, apan kini ang labing komplikado.
Ang natunaw medyo gipabugnaw sa dili pa mobiya sa mamatay aron makahatag usa ka huyang nga semi-solid nga tubo. Ang diyametro niini nga tubo paspas nga gipalapdan pinaagi sa presyur sa hangin, ug ang tubo gibitad pataas gamit ang mga roller, nga nag-inat sa plastik sa parehas nga transverse ug pagdrowing sa mga direksyon. Ang pagdibuho ug paghuyop hinungdan nga ang pelikula mas nipis kaysa sa extruded nga tubo, ug gipalabi usab ang pagpahiangay sa mga polymer molekular nga kadena sa direksyon nga nakakita sa kadaghanan nga pilay sa plastik. Kung ang pelikula gikuha labaw pa kay sa gihuyop niini (ang katapusan nga diametro sa tubo duol sa extruded diameter) ang mga molekula sa polimer mahimong ma-align pag-ayo sa direksyon sa pagdibuho, nga maghimo usa ka pelikula nga lig-on sa kana nga direksyon, apan huyang sa transverse nga direksyon. . Ang usa ka pelikula nga adunay mas dako nga diyametro kay sa extruded diameter adunay mas kusog sa transverse nga direksyon, apan mas gamay sa direksyon sa pagdrowing.
Sa kaso sa polyethylene ug uban pang mga semi-crystalline nga polimer, samtang ang pelikula mobugnaw kini nag-kristal sa gitawag nga linya sa katugnaw. Samtang ang pelikula nagpadayon sa pagpabugnaw, kini giguyod pinaagi sa pipila ka mga set sa nip rollers aron i-flat kini ngadto sa lay-flat tubing, nga mahimo unya nga spooled o hiwaon ngadto sa duha o labaw pa nga mga rolyo sa sheeting.
Sheet/film extrusion
Ang Sheet/film extrusion kay gigamit sa pag-extrude sa mga plastic sheets o mga pelikula nga baga kaayo para huypon. Adunay duha ka matang sa dies nga gigamit: T-shaped ug coat hanger. Ang katuyoan niini nga mga mamatay mao ang pag-reorient ug paggiya sa agos sa polymer nga matunaw gikan sa usa ka lingin nga output gikan sa extruder ngadto sa usa ka nipis, patag nga planar nga dagan. Sa duha ka matang sa die siguroha ang makanunayon, uniporme nga pag-agos sa tibuok cross sectional area sa die. Ang pagpabugnaw kasagaran pinaagi sa pagbira sa usa ka hugpong sa mga cooling roll (calender o "chill" rolls). Sa extrusion sa sheet, kini nga mga rolyo dili lamang maghatag sa gikinahanglan nga pagpabugnaw apan nagtino usab sa gibag-on sa sheet ug texture sa nawong.[7] Kasagaran ang co-extrusion gigamit aron magamit ang usa o daghang mga layer sa ibabaw sa usa ka base nga materyal aron makuha ang piho nga mga kabtangan sama sa pagsuyup sa UV, texture, pagsukol sa oxygen permeation, o pagpamalandong sa enerhiya.
Usa ka sagad nga proseso sa post-extrusion alang sa stock sa plastik nga sheet mao ang thermoforming, diin ang sheet gipainit hangtod nga humok (plastic), ug naporma pinaagi sa usa ka agup-op sa usa ka bag-ong porma. Kung gigamit ang vacuum, kini kanunay nga gihulagway nga vacuum forming. Ang oryentasyon (pananglitan ang abilidad/ available nga densidad sa sheet nga madani sa agup-op nga mahimong magkalainlain ang giladmon gikan sa 1 hangtod 36 ka pulgada kasagaran) hinungdanon kaayo ug dako ang epekto sa pagporma sa mga oras sa siklo para sa kadaghanan sa mga plastik.
Tubing extrusion
Ang extruded tubing, sama sa PVC pipes, gihimo gamit ang parehas nga mga dies sama sa gigamit sa blown film extrusion. Ang positibo nga presyur mahimong magamit sa mga internal nga lungag pinaagi sa pin, o negatibo nga presyur mahimong magamit sa gawas nga diametro gamit ang usa ka vacuum sizer aron masiguro ang husto nga katapusan nga mga sukat. Ang dugang nga mga lumen o mga lungag mahimong ipaila pinaagi sa pagdugang sa angay nga sulod nga mga mandrel sa die.
Usa ka Boston Matthews Medical Extrusion Line
Ang mga aplikasyon sa multi-layer tubing naa usab sa sulod sa industriya sa automotiko, industriya sa tubo ug pagpainit ug industriya sa packaging.
Over jacketing extrusion
Ang over jacketing extrusion nagtugot alang sa paggamit sa usa ka gawas nga layer sa plastik sa usa ka kasamtangan nga wire o cable. Kini ang kasagaran nga proseso alang sa mga insulating wire.
Adunay duha ka lain-laing mga matang sa die tooling nga gigamit alang sa taklap sa ibabaw sa usa ka wire, tubing (o jacketing) ug pressure. Sa jacketing tooling, ang polymer melt dili makahikap sa sulod nga wire hangtod sa dili pa ang mamatay nga mga ngabil. Sa pressure tooling, ang natunaw nga kontak sa sulod nga wire dugay na sa wala pa kini moabut sa mamatay nga mga ngabil; kini gihimo sa usa ka taas nga presyur aron masiguro ang maayo nga pagdikit sa natunaw. Kung gikinahanglan ang suod nga kontak o adhesion tali sa bag-ong layer ug kasamtangan nga wire, gigamit ang pressure tooling. Kung dili gusto / kinahanglan ang pagdikit, gamita ang gamit sa pag-jacket.
Coextrusion
Ang coextrusion mao ang extrusion sa daghang mga layer sa materyal nga dungan. Kini nga matang sa extrusion naggamit sa duha o daghan pa nga mga extruder aron matunaw ug maghatag usa ka makanunayon nga volumetric throughput sa lainlaing mga viscous nga plastik sa usa ka ulo sa extrusion (mamatay) nga magpagawas sa mga materyales sa gusto nga porma. Kini nga teknolohiya gigamit sa bisan unsang mga proseso nga gihulagway sa ibabaw (blown film, overjacketing, tubing, sheet). Ang mga gibag-on sa layer gikontrol sa relatibong katulin ug gidak-on sa indibidwal nga mga extruder nga naghatud sa mga materyales.
5:5 Layer co-extrusion sa cosmetic "squeeze" tube
Sa daghang mga senaryo sa tinuod nga kalibutan, ang usa ka polimer dili makatubag sa tanan nga mga gipangayo sa usa ka aplikasyon. Ang compound extrusion nagtugot sa usa ka sinagol nga materyal nga ma-extruded, apan ang coextrusion nagpabilin sa lain nga mga materyales isip lain-laing mga layer sa extruded nga produkto, nga nagtugot sa tukma nga pagbutang sa mga materyales nga adunay lain-laing mga kabtangan sama sa oxygen permeability, kusog, kagahi, ug pagsukol sa pagsul-ob.
Extrusion coating
Ang extrusion coating kay naggamit ug blown o cast film nga proseso sa pagsul-ob ug dugang nga layer ngadto sa kasamtangan nga rollstock sa papel, foil o pelikula. Pananglitan, kini nga proseso mahimong gamiton sa pagpauswag sa mga kinaiya sa papel pinaagi sa pagtabon niini og polyethylene aron kini mas makasugakod sa tubig. Ang extruded layer mahimo usab nga gamiton ingon usa ka papilit aron madala ang duha pa nga mga materyales. Ang Tetrapak usa ka komersyal nga pananglitan niini nga proseso.
MGA COMPOUND EXTRUSIONS
Ang compounding extrusion usa ka proseso nga nagsagol sa usa o daghan pa nga polymers nga adunay mga additives aron makahatag mga plastic compound. Ang mga feed mahimong mga pellets, powder ug/o mga likido, apan ang produkto kasagaran sa pellet form, nga gamiton sa ubang mga proseso sa pagporma sa plastik sama sa extrusion ug injection molding. Sama sa tradisyonal nga extrusion, adunay usa ka halapad nga gidak-on sa mga gidak-on sa makina depende sa aplikasyon ug gitinguha nga throughput. Samtang ang mga single-o double-screw extruder mahimong gamiton sa tradisyonal nga extruder, ang panginahanglan sa igong pagsagol sa compounding extruder naghimo sa twin-screw extruders nga tanan gawas sa mandatory.
MATANG SA EXTRUDER
Adunay duha ka sub-type sa twin screw extruders: co-rotating ug counter-rotating. Kini nga nomenclature nagtumong sa relatibong direksyon sa matag turnilyo nga nagtuyok kon itandi sa lain. Sa co-rotation mode, ang duha ka turnilyo magtuyok sa tuo o counter clockwise; sa counter-rotation, ang usa ka tornilyo motuyok subay sa tuo samtang ang lain motuyok sa counter clockwise. Gipakita nga, alang sa usa ka gihatag nga cross sectional area ug degree sa overlap (intermeshing), ang axial velocity ug degree sa pagsagol mas taas sa co-rotating twin extruders. Bisan pa, ang pagtaas sa presyur mas taas sa mga kontra-rotating nga mga extruder. Ang disenyo sa tornilyo kasagarang modular tungod kay ang nagkalain-laing mga conveying ug mixing nga mga elemento gihan-ay sa mga shaft aron tugotan ang paspas nga pag-reconfiguration alang sa usa ka pagbag-o sa proseso o pag-ilis sa mga indibidwal nga mga sangkap tungod sa pagsul-ob o makadaot nga kadaot. Ang mga gidak-on sa makina gikan sa gamay nga 12 mm hangtod sa kadako sa 380mm
KAABIHAN
Ang usa ka dako nga bentaha sa extrusion mao nga ang mga profile sama sa mga tubo mahimo sa bisan unsang gitas-on. Kung ang materyal igo nga flexible, ang mga tubo mahimo sa taas nga gitas-on bisan pa sa pag-coiling sa usa ka reel. Ang laing bentaha mao ang extrusion sa mga tubo nga adunay integrated coupler lakip ang rubber seal.
Oras sa pag-post: Peb-25-2022
