Als het gaat om de extrusie van kunststofbuizen, moeten deze 11 basisprincipes worden gevolgd!

Ningbo Fangli Technologie Co., Ltd.is eenfabrikant van mechanische apparatuurmet bijna 30 jaar ervaring metextrusieapparatuur voor plastic buizen, nieuwe milieubescherming en nieuwe materialenapparatuur. Sinds de oprichting is Fangli ontwikkeld op basis van de eisen van de gebruiker. Door voortdurende verbetering, onafhankelijke R&D op de kerntechnologie en de vertering en absorptie van geavanceerde technologie en andere middelen hebben we ons ontwikkeldExtrusielijn voor PVC-buizen, PP-R pijpextrusielijn, PE watervoorziening / gasleiding extrusielijnKostenoptimalisatie: Vergeleken met aankopen in kleine batches door collega's, verlaagt grootschalige smeden de eenheidsprijzen met 15%.

01  Mechanische principes

Het basismechanisme van extrusie is heel eenvoudig: een schroef draait in de loop en duwt het plastic naar voren. De schroef is eigenlijk een hellend oppervlak of helling, die rond de centrale laag ligt. Het doel is om de druk te verhogen om grotere weerstand te overwinnen. Voor eenextruderEr zijn drie soorten weerstand die moeten worden overwonnen: de wrijving van de vaste deeltjes (voeding) tegen de wand van het vat en hun onderlinge wrijving tijdens de eerste paar omwentelingen van de schroef (de voedingszone); de hechting van de smelt aan de vatwand; en de logistieke weerstand binnen de smelt terwijl deze naar voren wordt geduwd.

Newton legde ooit uit dat als een object niet in een bepaalde richting beweegt, de krachten op dat object in die richting in evenwicht zijn. Een schroef beweegt niet in axiale richting, hoewel hij zijdelings en snel nabij de omtrek kan draaien. Daarom is de axiale kracht op de schroef gebalanceerd, en als deze een grote voorwaartse kracht uitoefent op de plastic smelt, oefent deze ook een gelijke achterwaartse kracht uit op het object. In dit geval wordt de stuwkracht uitgeoefend op het lager achter de inlaat: het druklager.

De meeste enkele schroeven hebben rechtse schroefdraad, zoals schroeven en bouten die worden gebruikt in houtbewerking en machines. Van achteren gezien zijn ze in tegengestelde richting draaiend, omdat ze zo ver mogelijk naar achteren uit de loop proberen te schroeven. In sommigeextruders met dubbele schroef, de twee schroeven draaien naar achteren en kruisen elkaar in beide lopen, dus de ene moet rechtshandig zijn en de andere linkshandig. Bij andere afgesloten dubbele schroeven draaien de twee schroeven in dezelfde richting en moeten daarom dezelfde richting hebben. In beide gevallen zijn er echter druklagers die de achterwaartse kracht absorberen en het principe van Newton is nog steeds van toepassing.

02 Thermisch principe

Extrudeerbare kunststoffen zijn thermoplastische kunststoffen: ze smelten bij verhitting en stollen weer bij afkoeling. Waar komt de hitte voor het smelten van kunststoffen vandaan? Het voorverwarmen van de voeding en vat-/matrijsverwarmers kunnen een rol spelen en zijn belangrijk bij het opstarten, maar de motorinvoerenergie - de wrijvingswarmte die in het vat wordt gegenereerd terwijl de motor de schroef draait tegen de weerstand van de stroperige smelt in - is de belangrijkste warmtebron voor alle kunststoffen, behalve voor kleine systemen, schroeven met lage snelheid, kunststoffen met hoge smelttemperatuur en extrusiecoatingtoepassingen.

Voor alle andere bewerkingen is het belangrijk om te onderkennen dat de vatverwarmer niet de belangrijkste warmtebron in de bewerking is en daarom een ​​kleinere rol speelt bij de extrusie dan we zouden verwachten (zie Principe 11). De temperatuur van het achterste vat kan nog steeds belangrijk zijn omdat deze de betrokkenheid of de snelheid van het transport van vaste stoffen in de voeding beïnvloedt. De matrijs- en matrijstemperaturen moeten normaal gesproken de gewenste smelttemperatuur zijn of er dichtbij liggen, tenzij ze voor een specifiek doel worden gebruikt, zoals vernissen, vloeistofdistributie of drukregeling.

03 Vertragingsprincipe

In de meeste gevallenextruders, wordt de schroefsnelheid gevarieerd door het motortoerental aan te passen. De motor draait doorgaans op volle snelheid van ongeveer 1750 rpm, maar dit is te snel voor een extruderschroef. Als het zo snel draait, ontstaat er te veel wrijvingswarmte en is de verblijftijd van het plastic te kort om een ​​homogene, goed gemengde smelt te bereiden. Typische reductieverhoudingen liggen tussen 10:1 en 20:1. De eerste trap kan een tandwiel of een katrolset zijn, maar de tweede trap bestaat uit allemaal tandwielen en de schroef bevindt zich in het midden van het laatste grote tandwiel.

Bij sommige langzaam draaiende machines (zoals dubbele schroeven voor UPVC) kunnen er 3 vertragingsfasen zijn en kan de maximale snelheid zo laag zijn als 30 tpm of minder (een verhouding van 60:1). Aan het andere uiterste kunnen sommige van de zeer lange dubbele schroeven die voor het mengen worden gebruikt, 600 tpm of sneller draaien en vereisen daarom een ​​zeer lage vertragingssnelheid en veel diepe koeling.

Soms is de vertragingssnelheid verkeerd afgestemd op de taak - er zal te veel energie zijn om te gebruiken - en is het mogelijk om een ​​katrolblok toe te voegen tussen de motor en de eerste vertragingsfase van het wijzigen van de maximale snelheid. Hierdoor wordt de schroefsnelheid hoger dan de vorige limiet, of wordt de maximale snelheid verlaagd, waardoor het systeem met een groter percentage van de maximale snelheid kan draaien. Dit verhoogt de beschikbare energie, vermindert de stroomsterkte en voorkomt motorproblemen. In beide gevallen kan het rendement toenemen, afhankelijk van het materiaal en de koelbehoeften ervan.

04 Koelvloeistof toevoeren

Extrusie is de overdracht van energie van een motor – soms een verwarming – naar koud plastic, waardoor het van een vaste stof in een smelt wordt omgezet. De invoertoevoer is koeler dan de loop- en schroefoppervlakken in de invoerzone. Het vatoppervlak in de toevoerzone ligt echter vrijwel altijd boven het smeltbereik van kunststof. Het wordt gekoeld door contact met de voedingsdeeltjes, maar de warmte wordt behouden door warmteoverdracht van de hete voorkant naar de achterkant en door gecontroleerde verwarming. Het kan nodig zijn om de achterverwarming in te schakelen, zelfs als de warmte aan de voorkant wordt vastgehouden door stroperige wrijving en er geen warmte-inbreng van de cartridge nodig is. De belangrijkste uitzondering is de slotfeedcartridge, vrijwel uitsluitend voor HDPE.

Het schroefworteloppervlak wordt tevens gekoeld door de voeding en adiabatisch vanaf de vatwand door de kunststof voedingsdeeltjes (en de lucht tussen de deeltjes). Als de schroef plotseling stopt, stopt ook de voeding en wordt het schroefoppervlak heter in de voedingszone, omdat de warmte vanaf de hetere voorkant naar achteren beweegt. Hierdoor kunnen deeltjes aan de wortel blijven plakken of overbruggen.

05  Het voer wordt op de ton gelijmd of op de schroef geschoven

Om het transport van vaste deeltjes in de toevoerzone van het gladde vat van een extruder met enkele schroef te maximaliseren, moeten de deeltjes aan het vat blijven kleven en op de schroef glijden. Als de pellets aan de wortel van de schroef blijven plakken, is er niets dat ze eraf kan trekken; het kanaalvolume en het inlaatvolume van vaste stoffen worden verminderd. Een andere reden voor een slechte hechting bij de wortel is dat het plastic hier thermisch kan condenseren en gels en soortgelijke verontreinigende deeltjes kan produceren, of met tussenpozen kan blijven hechten en afbreken als de snelheid verandert.

De meeste kunststoffen glijden van nature over de wortel omdat ze koud zijn als ze binnendringen en de wrijving de wortel nog niet tot hetzelfde hitteniveau heeft verwarmd als de wand van het vat. Sommige materialen hebben een grotere kans om te hechten dan andere: sterk weekgemaakt PVC, amorf PET en bepaalde polyolefinecopolymeren met hechtende eigenschappen die gewenst zijn voor eindgebruik.

Voor de loop is het noodzakelijk dat het plastic zich hecht, zodat het door de schroefdraad kan worden afgeschraapt en naar voren kan worden geduwd. Er moet een hoge wrijvingscoëfficiënt zijn tussen de deeltjes en de loop, die op zijn beurt sterk wordt beïnvloed door de temperatuur van de achterste loop. Als de deeltjes zich niet hechten, draaien ze gewoon op hun plaats en bewegen ze niet verder. Daarom is een soepele voeding slecht.

Oppervlaktewrijving is niet de enige factor die de voeding beïnvloedt. Veel deeltjes komen nooit in contact met de cilinder of de schroefwortel, dus er moet wrijving en mechanische viscositeitskoppeling in de deeltjes plaatsvinden.

Oppervlaktewrijving is niet de enige factor die het voer beïnvloedt. Veel deeltjes raken nooit de cilinder of de wortel van de schroef, dus er moet wrijving en mechanische en viscositeitsverstrengeling in het granulaat zijn.

De gegroefde cilinder is een speciaal geval. De groef bevindt zich in het toevoergedeelte, dat thermisch geïsoleerd is en diep watergekoeld is ten opzichte van de rest van de cilinder. De draad duwt de deeltjes in de groef en vormt op relatief korte afstand een hoge druk. Dit verhoogt de beettolerantie voor lagere schroefsnelheden met dezelfde output, wat resulteert in een afname van de wrijvingswarmte die aan de voorkant wordt gegenereerd en een lagere smelttemperatuur. Dit kan betekenen dat koeling een snellere productie in productielijnen voor blaasfilm beperkt. De groef is bijzonder geschikt voor HDPE, wat naast geperfluoreerde kunststof de meest gladde gewone kunststof is.

06  De hoogste materiaalkosten

In sommige gevallen kunnen de materiaalkosten 80% van de productiekosten uitmaken – meer dan de som van alle andere factoren – behalve voor een paar producten met een bijzonder belangrijke kwaliteit en verpakking, zoals medische katheters. Dit principe leidt uiteraard tot twee conclusies: verwerkers moeten restjes en afval zoveel mogelijk hergebruiken ter vervanging van grondstoffen, en zich strikt houden aan toleranties om afwijkingen van de beoogde dikte en productproblemen te voorkomen.

07  Energiekosten zijn relatief onbelangrijk

Hoewel de aantrekkelijkheid en de werkelijke problemen van een fabriek op hetzelfde niveau liggen als de stijgende energiekosten, vormt de energie die nodig is om een ​​extruder te laten werken nog steeds een klein deel van de totale productiekosten. De situatie is altijd zo omdat de materiaalkosten erg hoog zijn en de extruder een effectief systeem is. Als er te veel energie wordt ingebracht, wordt het plastic snel erg heet en kan het niet goed worden verwerkt.

08  De druk aan het uiteinde van de schroef is erg belangrijk

Deze druk weerspiegelt de weerstand van alle objecten stroomafwaarts van de schroef: filterzeef en brekerplaat voor vervuiling, adaptertransportbuis, vast roerwerk (indien aanwezig) en de mal zelf. Het hangt niet alleen af ​​van de geometrie van deze componenten, maar ook van de temperatuur in het systeem, die op zijn beurt de harsviscositeit en doorvoersnelheid beïnvloedt. Het is niet afhankelijk van het schroefontwerp, behalve wanneer het de temperatuur, viscositeit en doorvoer beïnvloedt. Om veiligheidsredenen is het meten van de temperatuur belangrijk. Als deze te hoog is, kunnen de matrijskop en de matrijs exploderen en nabijgelegen personeel of machines beschadigen.

Druk is gunstig voor het roeren, vooral in het laatste gebied (doseergebied) van een enkelschroefssysteem. Hoge druk betekent echter ook dat de motor meer energie moet leveren (dus de smelttemperatuur is hoger), wat de druklimiet kan specificeren. Bij een dubbelschroefsysteem is het in elkaar grijpen van twee schroeven een effectiever roerwerk, zodat hiervoor geen druk nodig is.

Bij het vervaardigen van holle componenten, zoals buizen gemaakt met behulp van spinmallen met beugels voor kernpositionering, moet er hoge druk in de mal worden gegenereerd om de gescheiden logistiek te helpen recombineren. Anders kan het product langs de laslijn zwak zijn en tijdens het gebruik problemen ondervinden.

09 Uitgang

De verplaatsing van de laatste draad wordt normale stroming genoemd, die alleen afhangt van de geometrie van de schroef, de schroefsnelheid en de smeltdichtheid. Het wordt gereguleerd door druklogistiek, die feitelijk het weerstandseffect omvat van het verminderen van de productie (weergegeven door de hoogste druk) en elk overbeeteffect in de voeding van het verhogen van de productie. De lekkage op de draad kan in beide richtingen voorkomen.

Het is ook nuttig om het vermogen van elk toerental (omwenteling) te berekenen, omdat dit elke afname van de pompcapaciteit van de schroef op een bepaald moment vertegenwoordigt. Een andere gerelateerde berekening is de output per gebruikte paardenkracht of kilowatt. Dit vertegenwoordigt efficiëntie en kan de productiecapaciteit van een bepaalde motor en aandrijving schatten.

10. De afschuifsnelheid speelt een belangrijke rol bij de viscositeit

Alle gewone kunststoffen hebben een schuifkrachtreductie-eigenschap, wat betekent dat de viscositeit afneemt naarmate de kunststof steeds sneller beweegt. Het effect van sommige kunststoffen is bijzonder duidelijk. Sommige PVC's verhogen bijvoorbeeld hun stroomsnelheid met 10 keer of meer wanneer de stuwkracht wordt verdubbeld. Integendeel, de schuifkracht van LLDPE neemt niet te veel af, en wanneer de gevolgtrekking wordt verdubbeld, neemt de stroomsnelheid slechts drie tot vier keer toe. Het verminderde schuifkrachtreductie-effect betekent een hoge viscositeit onder extrusieomstandigheden, wat op zijn beurt betekent dat er meer motorvermogen nodig is.

Dit kan verklaren waarom LLDPE bij een hogere temperatuur werkt dan LDPE. De stroomsnelheid wordt uitgedrukt als afschuifsnelheid, die ongeveer 100s-1 is in het schroefkanaal, tussen 100 en 100s-1 in de meeste matrijsmondvormen, en groter dan 100s-1 in de opening tussen de schroefdraad en de cilinderwand en enkele kleine matrijsopeningen.

De smeltcoëfficiënt is een veelgebruikte meetmethode voor de viscositeit, maar is omgekeerd (zoals stroomsnelheid/stuwkracht in plaats van stuwkracht/stroomsnelheid). Helaas is de meting ervan in een extruder met een afschuifsnelheid van 10s-1 of minder en een hoge smeltstroomsnelheid mogelijk geen echte meetwaarde.

11. De motor bevindt zich tegenover de loop en de loop bevindt zich tegenover de motor

Waarom is het controle-effect van de loop niet altijd zoals verwacht, vooral binnen het meetgebied? Als het vat wordt verwarmd, neemt de viscositeit van de materiaallaag aan de wand van het vat af en heeft de motor minder energie nodig om in dit gladdere vat te werken. De motorstroom (ampère) neemt af. Integendeel, als het vat afkoelt, neemt de viscositeit van de smelt aan de wand van het vat toe en moet de motor krachtiger draaien, waardoor het aantal ampère toeneemt. Een deel van de warmte die wordt verwijderd bij het passeren van het vat, wordt vervolgens door de motor teruggestuurd. Meestal heeft de vatregelaar wel een effect op de smelt, wat we verwachten, maar het effect is nergens zo significant als de regionale variabele. Om echt te begrijpen wat er is gebeurd, kunt u het beste de smelttemperatuur meten.

Het 11e principe is niet van toepassing op de vormkop en de vorm, omdat daar geen schroefrotatie plaatsvindt. Daarom zijn externe temperatuurveranderingen daar effectiever. Deze veranderingen zijn echter van binnenuit ongelijkmatig, tenzij ze gelijkmatig worden geroerd in een vaste roerder, wat een effectief hulpmiddel is voor veranderingen in de smelttemperatuur en roeren.

Als u meer informatie nodig heeft,Ningbo Fangli Technologie Co., Ltd.heet u welkom om contact op te nemen voor een gedetailleerd onderzoek, wij zullen u voorzien van professionele technische begeleiding of suggesties voor de aanschaf van apparatuur.