Principiul mecanic
Mecanismul de bază al extrudării este simplu - un șurub se rotește în butoi și împinge plasticul înainte. Șurubul este de fapt un teb sau o pantă care este înfășurat în jurul stratului central. Scopul său este de a crește presiunea pentru a depăși rezistența mare. În cazul unui extruder, există trei tipuri de rezistență care trebuie depășite: frecarea particulelor solide (alimentare) împotriva peretelui cilindrului și frecării reciproce dintre bobine înainte de rotația șurubului (zona de alimentare ); Aderență pe peretele butoiului; Rezistența internă de flux a topiturii pe măsură ce este împinsă înainte.
Dacă un obiect nu se mișcă într -o direcție dată, forța asupra obiectului este echilibrată în această direcție. Șurubul nu se mișcă în direcția axială, deși se poate roti lateral rapid în apropierea circumferinței. Prin urmare, forța axială de pe șurub este echilibrată, iar dacă aplică o tracțiune mare înainte la topitura de plastic, aceasta aplică, de asemenea, o tracțiune identică înapoi la obiect. Aici, tracțiunea aplicată este rulmentul care acționează asupra rulmentului de tracțiune din spatele portului de alimentare.
Majoritatea șuruburilor unice sunt fire din dreapta, cum ar fi șuruburile și șuruburile utilizate în prelucrarea lemnului și utilaje. Dacă privesc din spate, se rotesc în direcția opusă, deoarece încearcă să se învârtă pe butoi pe cât posibil. În unii extrudați cu două șuruburi, cele două șuruburi se rotesc în direcții opuse în doi cilindri și se traversează reciproc, astfel încât unul trebuie să fie dreapta, iar celălalt trebuie să fie stângaci. În alte șuruburi gemene ocluzale, cele două șuruburi se rotesc în aceeași direcție și trebuie să aibă aceeași orientare. Cu toate acestea, în ambele cazuri, există un rulment care absoarbe forța înapoi, iar principiul lui Newton se aplică în continuare.
2. Principiul termic
Materialele plastice extrudabile sunt termoplastice - se topesc atunci când sunt încălzite și se solidifică din nou la răcire. De unde provine căldura plasticului topit? Preîncălzirea de alimentare și încălzitoarele de butoi/matrițe pot funcționa și sunt importante la pornire, cu toate acestea, energia de intrare a motorului - frecarea motorului împotriva topiturii vâscoase - căldura de frecare generată în butoi la întoarcerea șurubului - este cel mai mult Sursa importantă de căldură pentru materiale plastice, cu excepția sistemelor mici, a șuruburilor cu viteză mică, a materialelor plastice de temperatură de topire ridicată și a aplicațiilor de acoperire a extrudării.
Pentru toate celelalte operații, este important să recunoaștem că încălzitorul de butoi nu este sursa principală de căldură în funcțiune și, prin urmare, efectul asupra extrudării este mai mic decât ne așteptam (vezi principiul 11). Temperatura post-cilindru poate fi în continuare importantă, deoarece afectează rata de transport a solidelor în dinți sau în alimentare. Temperaturile matriței și matriței ar trebui să fie, în general, temperatura dorită de topire sau aproape de această temperatură, cu excepția cazului în care sunt utilizate pentru un scop specific, cum ar fi geamul, distribuția fluidului sau controlul presiunii.
3. Principiul decelerației
În majoritatea extruderelor, schimbarea vitezei șurubului se realizează prin reglarea vitezei motorului. Motorul se rotește de obicei cu viteză maximă de aproximativ 1750 rpm, dar acest lucru este prea rapid pentru un șurub extruder. Dacă este rotită la o viteză atât de rapidă, se generează prea multă căldură de frecare, iar timpul de ședere al plasticului este prea scurt pentru a pregăti o topire uniformă, bine stinsă. Rapoartele tipice de decelerare variază de la 10: 1 la 20: 1. Prima etapă poate fi fie angrenaj, fie scripete, dar a doua etapă folosește angrenaje, iar șurubul este poziționat în centrul ultimei viteze mari.
În unele mașini de alergare lentă (cum ar fi șuruburi gemene pentru UPVC), pot exista 3 etape de decelerare, iar viteza maximă poate fi de până la 30 rpm sau mai mică (până la 60: 1 raport). La cealaltă extremă, unele șuruburi duble foarte lungi pentru agitație pot rula la 600 rpm sau mai rapid, necesitând astfel o rată foarte mică de decelerare și multă răcire profundă.
Uneori, rata de decelerare este nepotrivită cu sarcina - va fi prea multă energie de utilizat - și este posibilă adăugarea unui bloc de scripete între motor și prima fază de decelerare care schimbă viteza maximă. Aceasta fie crește viteza șurubului peste limita anterioară, fie scade viteza maximă pentru a permite sistemului să funcționeze la un procent mai mare de viteză maximă. Acest lucru va crește energia disponibilă, va reduce amperajul și va evita problemele motorii. În ambele cazuri, producția poate crește în funcție de material și de nevoile sale de răcire.
4. Hrănirea ca lichid de răcire
Extruziunea transferă energia motorului, uneori încălzitorul, în plastic rece, transformându -l de la solid la topire. Alimentarea de intrare este mai rece decât temperaturile de suprafață a butoiului și a șurubului din zona de alimentare. Cu toate acestea, suprafața butoiului din zona de alimentare este aproape întotdeauna peste gama de topire a plasticului. Este răcit prin contactul cu particulele de alimentare, dar căldura este reținută de căldura transferată înapoi la capătul frontal fierbinte și încălzirea controlată. Chiar și după ce terminarea curentă este deținută de frecare vâscoasă și nu este necesară o intrare de căldură a butoiului, poate fi necesară încălzitorul post. Cea mai importantă excepție este cartușul de alimentare cu fante, care este aproape exclusiv pentru HDPE.
Suprafața rădăcinii șurubului este, de asemenea, răcită de alimentare și este izolată de peretele butoiului de particulele de alimentare din plastic (și aerul dintre particule). Dacă șurubul se oprește brusc, alimentarea se oprește și pe măsură ce căldura se deplasează înapoi de la capătul frontal mai cald, suprafața șurubului devine mai fierbinte în zona de alimentare. Acest lucru poate provoca aderența sau împletirea particulelor la rădăcini.
5. În zona de alimentare, lipiți -vă de cilindru și glisați pe șurub
Pentru a maximiza cantitatea de solide transportate în zona de alimentare netedă a butoiului unui extruder cu un singur șurub, particulele ar trebui să se lipească de butoi și să alunece pe șurub. Dacă particulele se lipesc de rădăcina șurubului, nimic nu le trage în jos; Volumul pasajului și cantitatea de solide sunt reduse. Un alt motiv pentru adeziunea slabă la rădăcini este că plasticul se poate încălzi aici și poate produce geluri și particule de contaminare similare, sau să adere intermitent și să se rupă cu modificările vitezei de ieșire.
Majoritatea materialelor plastice alunecă în mod natural la rădăcini, deoarece sunt reci atunci când intră, iar frecarea nu încălzește rădăcinile la fel de fierbinți ca pereții. Unele materiale sunt mai susceptibile să adere decât altele: PVC extrem de plasticizat, PET amorf și unii copolimeri pe bază de poliolefină cu proprietăți adezive dorite pentru utilizarea finală.
Pentru butoi, este necesar ca plasticul să adere aici, astfel încât acesta să fie răzuit și împins înainte de firul șurubului. Ar trebui să existe un coeficient ridicat de frecare între granule și butoi, iar coeficientul de frecare este, la rândul său, puternic influențat de temperatura butoiului din spate. Dacă particulele nu se lipesc, ele se rotesc pur și simplu pe loc fără a merge mai departe - motiv pentru care alimentarea netedă nu este bună.
Fricarea de suprafață nu este singurul factor care afectează furajul. Multe particule nu ating niciodată butoiul sau rădăcina șurubului, așa că trebuie să existe frecarea și legăturile mecanice și de vâscozitate în interiorul particulelor.
Un cilindru canelat este un caz special. Jgheabul se află în zona de alimentare, iar zona de alimentare este izolată termic de restul butoiului și este răcită adânc în apă. Firul împinge particulele în canelură și creează o presiune foarte mare pe o distanță relativ scurtă. Aceasta crește toleranța la mușcătură a producției mai mici a aceluiași șurub la aceeași ieșire, astfel încât căldura de frecare generată la capătul frontal este redusă și temperatura de topire este mai mică. Acest lucru poate însemna o producție mai rapidă în linii de film suflate de răcire. Rezervorul este deosebit de potrivit pentru HDPE, care este cel mai neted plastic comun, cu excepția materialelor plastice fluorurate.
6. Cel mai scump material
În unele cazuri, costurile materiale pot reprezenta 80% din costul producției mai mult decât toți ceilalți factori, cu excepția produselor care sunt deosebit de importante în calitate și ambalaje, cum ar fi cateterele medicale. Acest principiu duce în mod natural la două concluzii: procesoarele ar trebui să reutilizeze resturi și resturi cât mai mult posibil în locul materiilor prime și să respecte strict toleranțele pe cât posibil pentru a evita abaterile de la grosimea țintei și problemele produsului.
7. Costurile energetice sunt relativ lipsite de importanță
Deși atractivitatea și problemele reale ale unei fabrici sunt la același nivel cu creșterea costurilor de energie, energia necesară pentru a rula un extruder este încă o mică parte din costul total de producție. Acesta este întotdeauna cazul, deoarece costurile materiale sunt foarte mari, iar extruderul este un sistem eficient. Dacă se introduce prea multă energie, plasticul va deveni rapid atât de fierbinte încât nu poate fi procesat corect.
8. Presiunea la capătul șurubului este foarte importantă
Această presiune reflectă rezistența tuturor obiectelor în aval de șurub: ecranul filtrului și placa de mărunțire contaminată, tubul de transfer adaptor, agitatorul fix (dacă este cazul) și matrița în sine. Depinde nu numai de geometria acestor componente, ci și de temperatura din sistem, care la rândul său afectează vâscozitatea și debitul din rășină. Nu depinde de designul șurubului, cu excepția cazului în care afectează temperatura, vâscozitatea și debitul. Din motive de siguranță, măsurarea temperaturii este importantă - dacă este prea mare, matrița și matrița pot exploda și dăuna persoanelor sau mașinilor din apropiere.
Presiunea este avantajoasă pentru agitație, în special în ultima zonă a sistemului cu un singur șurub (zona de contorizare). Cu toate acestea, presiunea ridicată înseamnă, de asemenea, că motorul trebuie să dea mai multă energie - și astfel temperatura de topire este mai mare - ceea ce poate dicta limita de presiune. Într -un șurub twin, implicarea celor două șuruburi între ele este un agitator mai eficient, deci nu este necesară presiune în acest scop.
În fabricarea pieselor goale, cum ar fi tuburile realizate din forme de păianjen centrate pe păianjen folosind paranteze, trebuie create presiune ridicată în cadrul matriței pentru a ajuta la recombinarea fluxurilor separate. În caz contrar, produsul de -a lungul liniei de sudură poate fi slab și pot apărea probleme în timpul utilizării.
9. ieșire = deplasarea ultimului fir / - debitul de presiune și scurgeri
Deplasarea ultimului fir se numește debit pozitiv și depinde doar de geometria șurubului, de viteza șurubului și de densitatea topirii. Este reglat de fluxul de presiune și include de fapt un efect de tracțiune care reduce producția (indicată de cea mai mare presiune) și orice efect de suprasolicitare în alimentarea care crește producția. Scurgerea pe fir poate fi în oricare din două direcții.
De asemenea, este util să calculați ieșirea pe RPM (rotație), deoarece aceasta reprezintă orice scădere a capacității de pompare a șurubului la un moment dat. Un alt calcul conex este utilizarea puterii pe cai putere sau kilowatt. Aceasta reprezintă eficiența și este capabilă să estimeze capacitatea de producție a unui motor și antrenare dat.
10. Rata de forfecare joacă un rol major în vâscozitate
Toate materialele plastice comune au proprietăți de reducere a forfecării, ceea ce înseamnă că vâscozitatea devine mai mică pe măsură ce plasticul se mișcă din ce în ce mai repede. Acest efect al unor materiale plastice este deosebit de vizibil. De exemplu, unele PVC -uri cresc debitul cu un factor de 10 sau mai mult atunci când tracțiunea este dublată. Dimpotrivă, forța de forfecare LLDPE nu este redusă prea mult, iar debitul este crescut doar de 3 până la 4 ori când raționamentul este dublat. Efectul redus de reducere a forfecării înseamnă o vâscozitate ridicată în condiții de extrudare, ceea ce la rândul său înseamnă că este necesară mai multă putere motorie. Acest lucru poate explica de ce LLDPE funcționează la o temperatură mai mare decât LDPE. Debitul este exprimat în viteză de forfecare, aproximativ 100 s-1 în canalul cu șurub, între 100 și 100 s-1 în majoritatea profilurilor de matriță și mai mare de 100 s-1 în decalajul dintre fire și perete și unele mici Die Gols. Coeficientul de topire este o măsură frecvent utilizată de vâscozitate, dar este inversată (de exemplu, flux/tracțiune, mai degrabă decât tracțiune/flux). Din păcate, măsurarea nu este o măsurare adevărată la un extruder cu o viteză de forfecare de 10 S-1 sau mai puțin și un debit de topire foarte rapid.
11. Motorul este opus cilindrului, iar cilindrul este opus motorului.
De ce efectul de control al cilindrului nu este întotdeauna același ca așteptat, în special în zona de măsurare? Dacă cilindrul este încălzit, cilindrul
