Când vine vorba de extrudarea țevilor din plastic, aceste 11 principii de bază trebuie urmate!

Ningbo Fangli Technology Co., Ltd.este oproducator de echipamente mecanicecu aproape 30 de ani de experiență deechipamente de extrudare a conductelor din plastic, noi echipamente pentru protecția mediului și noi materiale. De la înființare, Fangli a fost dezvoltat pe baza cerințelor utilizatorilor. Prin îmbunătățirea continuă, cercetare și dezvoltare independentă privind tehnologia de bază și digestia și absorbția tehnologiei avansate și alte mijloace, am dezvoltatLinie de extrudare a conductelor din PVC, Linie de extrudare a conductelor PP-R, Linie de extrudare de alimentare cu apă / gaz PE, care a fost recomandat de Ministerul Construcțiilor chinez pentru a înlocui produsele importate. Am câștigat titlul de „Marcă de primă clasă în provincia Zhejiang”.

01  Principii mecanice

Mecanismul de bază al extrudarii este foarte simplu - un șurub se rotește în butoi și împinge plasticul înainte. Șurubul este de fapt o suprafață înclinată sau o pantă, care ar fi în jurul stratului central. Scopul său este de a crește presiunea pentru a depăși o rezistență mai mare. Pentru unextruder, există trei tipuri de rezistență care trebuie depășite: frecarea particulelor solide (de alimentare) față de peretele butoiului și frecarea lor reciprocă în timpul primelor câteva rotații ale șurubului (zona de alimentare); aderența topiturii la peretele butoiului; și rezistența logistică în topitură pe măsură ce este împinsă înainte.

Newton a explicat odată că, dacă un obiect nu se mișcă într-o direcție dată, atunci forțele pe acel obiect sunt echilibrate în acea direcție. Un șurub nu se mișcă într-o direcție axială, deși se poate întoarce lateral și rapid în apropierea circumferinței. Prin urmare, forța axială asupra șurubului este echilibrată și, dacă acesta exercită o forță mare înainte asupra topiturii de plastic, atunci exercită și o apăsare egală înapoi asupra obiectului. În acest caz, forța pe care o exercită este pe rulmentul din spatele admisiei - rulmentul de tracțiune.

Majoritatea șuruburilor simple sunt filete pe dreapta, cum ar fi șuruburile și șuruburile utilizate în prelucrarea lemnului și mașini. Dacă sunt privite din spate, acestea se rotesc în sens invers, deoarece încearcă să înșurubeze din butoi cât de departe pot. În uneleextrudere cu două șuruburi, cele două șuruburi se rotesc înapoi și se încrucișează în ambele butoaie, deci unul trebuie să fie dreptaci și celălalt stângaci. În alte șuruburi duble ocluzate, cele două șuruburi se rotesc în aceeași direcție și, prin urmare, trebuie să aibă aceeași orientare. Cu toate acestea, în ambele cazuri, există rulmenți axiali care absorb forța înapoi și principiul lui Newton încă se aplică.

02  Principiul termic

Materialele plastice extrudabile sunt termoplastice - se topesc când sunt încălzite și se solidifică din nou când sunt răcite. De unde vine căldura pentru topirea materialelor plastice? Preîncălzirea alimentării și încălzitoarele de butoi/mucegai pot juca un rol și sunt importante la pornire, dar energia de intrare a motorului - căldura de frecare generată în butoi pe măsură ce motorul întoarce șurubul împotriva rezistenței topiturii vâscoase - este cea mai importantă sursă de căldură pentru toate materialele plastice, cu excepția sistemelor mici, șuruburilor cu viteză redusă, materialelor plastice cu temperatură ridicată de topire și aplicațiilor de extrudare.

Pentru toate celelalte operațiuni, este important să recunoaștem că încălzitorul de butoi nu este principala sursă de căldură în operațiune și, prin urmare, joacă un rol mai mic în extrudare decât ne-am putea aștepta (vezi Principiul 11). Temperatura cilindrului din spate poate fi încă importantă, deoarece afectează angajarea sau viteza de transport a solidelor în furaj. Temperaturile matriței și matriței ar trebui să fie în mod normal temperatura de topire dorită sau apropiate de aceasta, cu excepția cazului în care sunt utilizate într-un scop specific, cum ar fi lăcuirea, distribuția fluidului sau controlul presiunii.

03  Principiul decelerării

În majoritateaextrudere, viteza șurubului este variată prin reglarea vitezei motorului. Motorul se rotește de obicei la o viteză maximă de aproximativ 1750 rpm, dar acest lucru este prea rapid pentru un șurub extruder. Dacă se rotește cu o viteză atât de mare, se generează prea multă căldură de frecare și timpul de retenție al plasticului este prea scurt pentru a pregăti o topitură omogenă, bine amestecată. Rapoartele de reducere tipice sunt între 10:1 și 20:1. Prima treaptă poate fi fie o roată dințată, fie un set de scripete, dar a doua treaptă este toate angrenajele și șurubul este poziționat în centrul ultimului angrenaj mare.

La unele mașini cu funcționare lentă (cum ar fi șuruburi duble pentru UPVC) pot exista 3 trepte de decelerare și viteza maximă poate fi de până la 30 rpm sau mai puțin (un raport de 60:1). La cealaltă extremă, unele dintre șuruburile duble foarte lungi utilizate pentru amestecare pot rula la 600 rpm sau mai repede și, prin urmare, necesită o rată de decelerare foarte scăzută, precum și multă răcire profundă.

Uneori, rata de decelerare este incorect corelată cu sarcina - va fi prea multă energie de utilizat - și este posibil să adăugați un bloc de scripete între motor și prima treaptă de decelerare de modificare a vitezei maxime. Aceasta fie crește viteza șurubului dincolo de limita anterioară, fie reduce viteza maximă, permițând sistemului să funcționeze la un procent mai mare din viteza maximă. Acest lucru va crește energia disponibilă, va reduce amperajul și va evita problemele cu motorul. În ambele cazuri, puterea poate crește în funcție de material și de nevoile sale de răcire.

04  Introduceți lichid de răcire

Extrudarea este transferul de energie de la un motor - uneori un încălzitor - la plastic rece, transformându-l astfel dintr-un solid într-o topitură. Alimentarea de intrare este mai rece decât suprafețele butoiului și șuruburilor din zona de alimentare. Cu toate acestea, suprafața butoiului din zona de alimentare este aproape întotdeauna peste intervalul de topire a plasticului. Este răcit prin contactul cu particulele de alimentare, dar căldura este menținută prin transfer de căldură de la capătul frontal fierbinte la capătul din spate și prin încălzire controlată. Poate fi necesar să porniți încălzitorul din spate chiar și atunci când căldura din partea din față este reținută de frecare vâscoasă și nu este necesară nicio intrare de căldură a cartuşului. Cea mai importantă excepție este cartuşul de alimentare cu slot, aproape exclusiv pentru HDPE.

Suprafața rădăcinii șurubului este, de asemenea, răcită de alimentarea și adiabatică din peretele butoiului de particulele de alimentare din plastic (și de aerul dintre particule). Dacă șurubul se oprește brusc, alimentarea se oprește și suprafața șurubului devine mai fierbinte în zona de alimentare pe măsură ce căldura se mișcă înapoi de la capătul frontal mai fierbinte. Acest lucru poate cauza lipirea sau formarea de punte a particulelor la rădăcină.

05  Furajul este lipit pe butoi sau alunecat pe șurub

Pentru a maximiza transportul particulelor solide în zona de alimentare netedă a butoiului a unui extruder cu un singur șurub, particulele ar trebui să se lipească de cilindru și să alunece pe șurub. Dacă peleții se lipesc de rădăcina șurubului, nu există nimic care să le scoată; volumul canalului și volumul de intrare al solidelor sunt reduse. Un alt motiv pentru aderența slabă la rădăcină este că plasticul se poate termocondensa aici și poate produce geluri și particule contaminante similare, sau poate adera și se rupe intermitent cu modificări ale vitezei de ieșire.

Majoritatea materialelor plastice alunecă în mod natural pe rădăcină, deoarece sunt reci atunci când intră și frecarea nu a încălzit încă rădăcina la același nivel de căldură ca peretele butoiului. Unele materiale sunt mai susceptibile de a adera decât altele: PVC foarte plastifiat, PET amorf și anumiți copolimeri poliolefinici cu proprietăți adezive care sunt dorite pentru utilizare finală.

Pentru butoi, este necesar ca plasticul să adere, astfel încât să poată fi răzuit și împins înainte de filetul șurubului. Ar trebui să existe un coeficient ridicat de frecare între particule și butoi, care, la rândul său, este puternic influențat de temperatura cilindrului din spate. Dacă particulele nu aderă, ele doar se întorc pe loc și nu se mișcă înainte - de aceea hrănirea netedă este proastă.

Frecarea suprafeței nu este singurul factor care afectează hrănirea. Multe particule nu intră niciodată în contact cu cilindrul sau rădăcina șurubului, așa că în interiorul particulelor trebuie să existe frecare și o legătură mecanică de vâscozitate.

Frecarea suprafeței nu este singurul factor care afectează furajele. Multe particule nu ating niciodată butoiul sau rădăcina șurubului, așa că trebuie să existe frecare și interblocare mecanică și de vâscozitate în granulat.

Cilindrul canelat este un caz special. Canalul este situat în zona de alimentare, care este izolată termic și profund răcită cu apă de restul cilindrului. Filetul împinge particulele în canelura și formează o presiune ridicată pe o distanță relativ scurtă. Aceasta crește toleranța la mușcătură pentru viteze mai mici ale șurubului cu aceeași putere, rezultând o scădere a căldurii de frecare generată la capătul frontal și o temperatură de topire mai scăzută. Acest lucru poate însemna că răcirea limitează producția mai rapidă în liniile de producție a filmului suflat. Canelura este potrivită în special pentru HDPE, care este cel mai neted plastic obișnuit, în afară de plasticul perfluorurat.

06  Cel mai mare cost al materialelor

În unele cazuri, costurile materialelor pot reprezenta 80% din costurile de producție - mai mult decât suma tuturor celorlalți factori - cu excepția câtorva produse cu o calitate și ambalaj deosebit de importante, cum ar fi cateterele medicale. Acest principiu duce în mod natural la două concluzii: procesatorii ar trebui să refolosească resturile și deșeurile cât mai mult posibil pentru a înlocui materiile prime și să respecte cu strictețe toleranțele pentru a evita abaterea de la grosimea țintă și problemele produsului.

07  Costurile cu energia sunt relativ neimportante

Deși atractivitatea și problemele reale ale unei fabrici sunt la același nivel cu creșterea costurilor cu energia, energia necesară pentru a opera un extruder este încă o mică parte din costul total de producție. Situația este întotdeauna așa deoarece costul materialului este foarte mare, iar extruderul este un sistem eficient. Dacă se introduce prea multă energie, plasticul va deveni rapid foarte fierbinte și nu poate fi procesat corespunzător.

08  Presiunea de la capătul șurubului este foarte importantă

Această presiune reflectă rezistența tuturor obiectelor din aval de șurub: sită de filtru și placă de concasare a impurităților, țeavă transportor adaptor, agitator fix (dacă există) și matrița în sine. Nu depinde doar de geometria acestor componente, ci și de temperatura din sistem, care la rândul său afectează vâscozitatea rășinii și viteza de debit. Nu se bazează pe designul șurubului, cu excepția cazului în care afectează temperatura, vâscozitatea și debitul. Din motive de siguranță, măsurarea temperaturii este importantă - dacă este prea mare, capul și matrița pot exploda și pot dăuna personalului sau mașinilor din apropiere.

Presiunea este benefică pentru amestecare, mai ales în zona finală (zona de măsurare) a unui sistem cu un singur șurub. Cu toate acestea, presiunea ridicată înseamnă, de asemenea, că motorul trebuie să producă mai multă energie - astfel temperatura de topire este mai mare - ceea ce poate specifica limita de presiune. Într-un sistem cu două șuruburi, interblocarea a două șuruburi este un agitator mai eficient, deci nu este necesară presiune în acest scop.

La fabricarea componentelor goale, cum ar fi țevile realizate folosind matrițe spider cu suporturi pentru poziționarea miezului, trebuie să se genereze presiune ridicată în interiorul matriței pentru a ajuta la recombinarea logisticii separate. În caz contrar, produsul de-a lungul liniei de sudare poate fi slab și poate întâmpina probleme în timpul utilizării.

09  Ieșire

Deplasarea ultimului filet se numește curgere normală, care depinde doar de geometria șurubului, viteza șurubului și densitatea topiturii. Este reglementată de logistica presiunii, care include de fapt efectul de rezistență al reducerii producției (reprezentat de cea mai mare presiune) și orice efect de supra-mușcătură în alimentarea creșterii producției. Scurgerea pe filet poate fi în ambele direcții.

De asemenea, este util să se calculeze puterea fiecărei rpm (revoluție), deoarece aceasta reprezintă orice scădere a capacității de pompare a șurubului la un anumit moment. Un alt calcul înrudit este puterea per cal putere sau kilowatt utilizat. Aceasta reprezintă eficiența și poate estima capacitatea de producție a unui anumit motor și driver.

10  Viteza de forfecare joacă un rol major în vâscozitate

Toate materialele plastice obișnuite au o caracteristică de reducere a forței de forfecare, ceea ce înseamnă că vâscozitatea scade pe măsură ce plasticul se mișcă din ce în ce mai repede. Efectul unor materiale plastice este deosebit de evident. De exemplu, unele PVC-uri își măresc viteza de curgere de 10 ori sau mai mult atunci când forța este dublată. Dimpotrivă, forța tăietoare a LLDPE nu scade prea mult, iar atunci când deducția este dublată, viteza sa de curgere crește doar de 3 până la 4 ori. Efectul redus de reducere a forței de forfecare înseamnă vâscozitate ridicată în condiții de extrudare, ceea ce înseamnă că este necesară mai multă putere a motorului.

Acest lucru poate explica de ce LLDPE funcționează la o temperatură mai mare decât LDPE. Debitul este exprimat ca viteză de forfecare, care este de aproximativ 100s-1 în canalul șurubului, între 100 și 100s-1 în majoritatea formelor de gură de matriță și mai mare de 100s-1 în spațiul dintre filet și peretele cilindrului și unele goluri mici ale matriței.

Coeficientul de topire este o metodă de măsurare utilizată în mod obișnuit pentru vâscozitate, dar este inversată (cum ar fi debitul/împingerea mai degrabă decât împingerea/debitul). Din păcate, măsurarea sa într-un extruder cu o viteză de forfecare de 10s-1 sau mai puțin și un debit rapid de topire poate să nu fie o valoare de măsurare adevărată.

11  Motorul este opus cilindrului, iar cilindrul este opus motorului

De ce efectul de control al cilindrului nu este întotdeauna cel așteptat, mai ales în zona de măsurare? Dacă butoiul este încălzit, vâscozitatea stratului de material de la peretele butoiului scade, iar motorul necesită mai puțină energie pentru a funcționa în acest butoi mai neted. Curentul motorului (amperi) scade. Dimpotrivă, dacă butoiul se răcește, vâscozitatea topiturii la peretele butoiului crește, iar motorul trebuie să se rotească mai puternic, crescând numărul de amperi. O parte din căldura îndepărtată la trecerea prin cilindru este apoi trimisă înapoi de motor. De obicei, regulatorul de butoi are un efect asupra topiturii, ceea ce ne așteptăm, dar efectul oriunde nu este la fel de semnificativ ca variabila regională. Cel mai bine este să măsurați temperatura de topire pentru a înțelege cu adevărat ce s-a întâmplat.

Al 11-lea principiu nu se aplică capului și matriței, deoarece nu există rotație a șuruburilor acolo. De aceea, schimbările de temperatură exterioară sunt mai eficiente acolo. Cu toate acestea, aceste modificări sunt inegale din interior spre exterior, cu excepția cazului în care sunt amestecate uniform într-un agitator fix, care este un instrument eficient pentru modificările temperaturii topiturii și amestecarea.

Dacă aveți nevoie de mai multe informații,Ningbo Fangli Technology Co., Ltd.vă întâmpină să contactați pentru o anchetă detaliată, vă vom oferi îndrumări tehnice profesionale sau sugestii de achiziție de echipamente.