Visa termoplastiskās ekstrūzijas joma ir kļuvusi sarežģītāka, nekā kāds gaidīja. Ja jums ir darīšana ar materiāliem, kas noārdās noteiktā temperatūrā, apstrādes logs kļūst pārsteidzoši šaurs. Lielākā daļa ražotāju par to nerunā pietiekami daudz - pastāv pieņēmums, ka jūs vienkārši karsējat materiālu un izspiežat to caur presformu, taču termoplastiskā ekstrūzija ir daudz niansētāka.
Temperatūras kontrolei ir lielāka nozīme, nekā cilvēki saprot. Ņemiet par piemēru LDPE - Plastics Technology pētījumi liecina, ka pie bīdes ātruma 100 s-1 viskozitāte ir aptuveni 700 Pa·s, bet temperatūras izmaiņas to neietekmē tik daudz, kā jūs domājat. Viskozitātes līknes dažādās temperatūrās ir relatīvi tuvu viena otrai, kas ir dīvaini, ja salīdzina to ar HDPE vai LLDPE, kur temperatūrai ir liela atšķirība. Tas nav tikai akadēmisks – tas maina veidu, kā jūs iestatāt visu ekstrūzijas līniju.
Windows apstrāde, par kuru neviens jūs nebrīdina
Šo materiālu apstrādei nepieciešamā enerģija strauji palielinās. Viena kilograma LDPE uzsildīšanai no istabas temperatūras (apmēram 25 grādi) līdz tipiskai ekstrūzijas temperatūrai 210 grādiem ir vajadzīgas aptuveni 138 kilokalorijas, lai gan reālajiem lietojumiem parasti ir nepieciešams divreiz vairāk siltuma zudumu dēļ. - avots: plasticstoday.com. Un tas attiecas tikai uz LDPE. Pārejot uz citiem polietilēniem vai sarežģītākiem termoplastiem, viss mainās.
Dažādiem materiāliem nepieciešama pilnīgi atšķirīga pieeja. Saskaņā ar datiem, kas publicēti vietnē pubs.acs.org, LDPE maisījumi ar vasku tika izkausēti, izmantojot Brabender Plastograph 140 grādu temperatūrā, savukārt LLDPE bija nepieciešami 150 grādi, bet HDPE - 160 grādi. Tie nav tikai ieteikumi - pazemināt šo temperatūru un iegūt nepilnīgu kušanu, bet gan augstāk, un jūs riskējat ar termisko degradāciju. Apstrādes logs ir reāls un šaurāks, nekā atzīst vairums iekārtu piegādātāju.
Interesanti ir tas, cik maz nozare standartizē šos skaitļus. Jūs atradīsit vienu procesoru, kas darbojas LDPE 180 grādos, otrs — 240 grādos, un abi pretendē uz optimāliem rezultātiem. Patiesība ir kaut kur pa vidu un lielā mērā ir atkarīga no uzturēšanās laika, skrūvju konstrukcijas un no tā, kādas piedevas ir sastāvā.
Karstumjutīgi materiāli maina visu
Kad termoplastiskā ekstrūzija apstrādā karstumjutīgus materiālus, jūs nevarat vienkārši paaugstināt temperatūru, lai uzlabotu plūsmu. Daži materiāli sāk sadalīties temperatūrā, kas tikko pārsniedz to kušanas temperatūru. PVC ir bēdīgi slavens ar šo - apstrādes logs starp "pārāk cietu" un "sālsskābes izdalīšanos" ir neērti mazs. Tas pats attiecas uz noteiktiem bio-polimēriem, par kuriem šobrīd visi interesējas. Lielisks vides stāsts, murgs, ko konsekventi apstrādāt.
Lietu aprīkojuma puse nav panākusi materiālu zinātni. Mūsdienu ekstrūderi joprojām izmanto to pašu mucu sildītāja pamattehnoloģiju, kas izmantota pirms vairākiem gadu desmitiem, tikai ar labākiem kontrolieriem. Bet, strādājot ar karstumjutīgiem-preparātiem, jums ir nepieciešams vairāk nekā tikai precīzi temperatūras rādījumi, - jums ir nepieciešams tūlītējs reakcijas laiks un iespēja kompensēt berzes sildīšanu reāllaikā.
Real{0}}Pasaules lietojumprogrammas parāda atšķirību
3M ceļu marķēšanas nodaļa to noskaidroja, izmantojot izmēģinājumus un kļūdas. Viņu termoplastiskā sistēma jebkuros laikapstākļos darbojas šaurā temperatūras diapazonā 400 -440 grādi F (204-227 grādi) ar termostatisku apkuri — šīs specifikācijas nāk tieši no viņu tehniskās dokumentācijas vietnē 3m.com. Pazeminiet temperatūru zem 400 grādiem F, un materiāls neplūst pareizi caur uzklāšanas aprīkojumu. Spiediet virs 440 grādiem F, un jūs sākat degradēt saistvielu sistēmu, kas samazina ceļa marķējuma ilglaicīgu izturību.
Pētījums no academia.edu dokumentēja kaut ko pārsteidzošu par to iepriekš izveidotajiem termoplastiskajiem marķējumiem, kad tie tika uzstādīti uz ceļiem - uzreiz pēc uzstādīšanas ātruma samazinājuma efekts bija par 20-31% atkarībā no transportlīdzekļa veida, bet pēc viena gada tas samazinājās līdz 9–17%. Tas nav tieši saistīts ar ekstrūzijas procesu, bet parāda, kā materiālu īpašības no apstrādes ietekmē reālo veiktspēju vairākus mēnešus vēlāk.
Ietvaru marķēšanas nozare katru dienu apstrādā tonnas termoplastisku materiālu, un ir izstrādāti daži interesanti risinājumi karstumjutīgiem{0} preparātiem. Mobilajiem kravas automobiļiem, pārvietojoties, ir jāuztur nemainīga temperatūra, kas nozīmē, ka jārisina temperatūras kritumi padeves līnijās, siltuma zudumi apkārtējā vidē un paša materiāla termiskā masa. Lielākajā daļā sistēmu tagad tiek izmantota uz eļļu balstīta siltuma pārnese, nevis tieša liesmas sildīšana, jo temperatūras gradienti izraisīja materiāla degradāciju lokalizētajās zonās.
Viskozitātes uzvedība apstrādes temperatūrā kļūst dīvaina
Cilvēki pieņem, ka polimēru kausējumi uzvedas paredzami, taču tas attiecas tikai uz noteiktu bīdes ātruma diapazonu. Pie zemiem bīdes ātrumiem LDPE un HDPE varētu šķist līdzīgi, taču palieliniet bīdes ātrumu, un pēkšņi LDPE plūst trīs reizes vieglāk. Tam ir ārkārtīgi liela nozīme presformas konstrukcijai - tas, kas ir piemērots HDPE cauruļu ekstrūzijai, lieliski neizdosies ar LDPE, ja vien neņemat vērā šīs reoloģiskās atšķirības.
Un mēs pat neesam pieskārušies tam, kā piedevas visu maina. Pievienojiet bāzes sveķiem krāsvielas, UV stabilizatorus vai liesmas slāpētājus, un viskozitātes uzvedība mainās. Dažreiz dramatiski. Esmu redzējis formulējumus, kuros, pievienojot 2% apstrādes palīglīdzekļa, nepieciešamā ekstrūzijas temperatūra pazeminājās par 15 grādiem. Citreiz tas pats apstrādes palīglīdzeklis gandrīz neko neizmainīja, jo tas nebija saderīgs ar bāzes polimēru.
Aprīkojuma ierobežojumi, kurus materiālu zinātnieki ignorē
Pastāv atšķirība starp cilvēkiem, kuri izstrādā jaunus,{0}}termoplastiskus materiālus, un cilvēkiem, kuriem tā ir jāapstrādā. Materiālu zinātnieks var izveidot pārsteidzošu jaunu bio-polimēru, kas "smalki" tiek apstrādāts laboratorijas dvīņu-skrūves ekstrūderā ar ātrumu 5 kg/stundā. Pēc tam ražošana mēģina to palielināt līdz 500 kg/stundā, izmantojot vienu-skrūvju līniju, un atklāj, ka siltuma pārvaldība ir pilnīgi atšķirīga.
Vienas{0}}skrūves ekstrūderi lielāko daļu siltuma ģenerē berzes, nevis mucas sildītāju dēļ. Parasti tas ir labi, taču ar karstumjutīgiem materiāliem{2}} tas rada problēmas. Jums galu galā ir jāpalaiž mucas zonas vēsākas par mērķa kausēšanas temperatūru, lai novērstu pārkaršanu no skrūvju bīdes. Tad padeves zonā rodas nevienmērīga kušana, jo tā nav pietiekami karsta. Tas ir līdzsvarošanas akts, kas bieži prasa pielāgotu skrūvju dizainu.
Divu-skrūvju ekstrūderi teorētiski labāk tiek galā ar karstumjūtīgiem materiāliem- - labāka sajaukšanās, īsāks uzturēšanās laiks, vairāk temperatūras kontroles zonu. Bet tie ir dārgi un sarežģīti. Un jūs joprojām nevarat krāpt fiziku. Ja jūsu materiāls sāk noārdīties 200 grādu leņķī un tam ir jābūt 190 grādiem, lai tas izplūstu cauri matricai, iespējams, jums ir 10 grādu logs, ar kuru strādāt. Iekārtas precizitātei ir lielāka nozīme nekā vairumam darbību, kas paredzētas piegādei.
Preču dizains karstumjutīgiem materiāliem
Materiāls ir vieta, kur daudzi karstumjūtīgi{0}} materiāli sabojājas. Jums ir saspiests polimērs, kas pārvietojas pa šauriem kanāliem, radot siltumu no pašas plūsmas. Standarta veidņu konstrukcijās bieži ir nedzīvas vietas, kur materiāls atrodas pārāk ilgi un noārdās. Siltumjutīgiem- preparātiem ir nepieciešami racionalizēti plūsmas ceļi ar minimālu spiediena kritumu, kas parasti nozīmē zināmu ražošanas ātrumu.
Īpaši problemātiskas ir mēteļu{0}}pakaramās formas lokšņu ekstrūzijai. Kolektora sekcijas rada zemas bīdes zonas, kur materiāls var pārkarst no vadītspējas vien. Daži ražotāji ir izmantojuši spirālveida serdeņu dizainu vai daudzslāņu padeves blokus, lai samazinātu uzturēšanās laiku veidnē, taču tie ir dārgi risinājumi, ko daudzi procesori nevar attaisnot.
Temperatūras kontrole veidnē bieži ir nepietiekama. Lielākajai daļai iestatījumu veidnes korpusā ir termopāri, taču tie mēra metāla temperatūru, nevis faktisko polimēra kušanas temperatūru. Līdz brīdim, kad presformas ķermeņa temperatūra paceļas pietiekami augsta, lai radītu trauksmi, jūs jau esat ekstrudējis degradētos materiālus, kas zina, cik ilgi.
Kurp virzās nozare
Pieaug spiediens, lai apstrādātu vairāk siltum{0}}jutīgu materiālu - bio-polimēru, otrreizēji pārstrādātu saturu ar nezināmu termisko vēsturi, speciālus preparātus konkrētiem lietojumiem. Iekārta nav attīstījusies pietiekami ātri, lai to varētu viegli apstrādāt.
Daži uzņēmumi eksperimentē ar alternatīvām apkures metodēm. Formas indukcijas karsēšana nodrošina ātrāku reakcijas laiku un precīzāku vadību. Mucas zonu infrasarkanā apkure var samazināt temperatūras gradientu starp mucas virsmu un polimēra kausējumu. Tie vēl nav plaši izplatīti, jo tie ir dārgi un prasa ievērojamu procesu attīstību.
Reāllaika uzraudzība-pamazām uzlabojas. Iekļautie reometri var uztvert viskozitātes izmaiņas, kas norāda uz termisko degradāciju, pirms tā kļūst par būtisku kvalitātes problēmu. Spiediena devēji visā mucā un veidnē var agrīni noteikt apstrādes problēmas. Bet tas viss maksā naudu un prasa operatorus, kuri saprot datu nozīmi, kas ir lielāks izaicinājums nekā pati tehnoloģija.
Pamatproblēma paliek: termoplastiskā ekstrūzija apstrādā karstumjutīgus materiālus šauros logos, kuru uzturēšanai iekārta sākotnēji nebija paredzēta. Kamēr ekstrūderu ražotāji un materiālu izstrādātāji nesadarbosies ciešāk, mēs turpināsim saskarties ar šīm apstrādes problēmām. Materiāli kļūst arvien prasīgāki, un aprīkojumam ir grūti sekot līdzi. Tieši tur mēs šobrīd atrodamies.
Ņujorkas Transporta departamenta specifikācijās ekstrudētiem termoplastiskiem marķējumiem ir nepieciešama uzklāšanas temperatūra starp 400{1}}450 °F, mērot pie ekstrūzijas uzgaļa, ar īpašām prasībām par aprīkojuma iespējām un temperatūras uzturēšanu -, kas dokumentētas vietnē nyc.gov. Šāda veida stingras specifikācijas pastāv, jo aģentūras kļūmju rezultātā uzzināja, ka termiski jutīgu termoplastu apstrādes parametri nevar būt aptuveni. Vai nu jūs precīzi kontrolējat temperatūru, vai arī iegūstat nekonsekventu veiktspēju.
Tas mūs atgriež pie galvenā izaicinājuma - līdzsvarot termiskās prasības un materiāla stabilitāti. Katrai termoplastiskajai plastmasai ir tā saldā vieta, kur tā labi plūst, nesabojājoties, un šīs vietas atrašana, vienlaikus saglabājot ražošanas efektivitāti, padara ekstrūzijas apstrādi vairāk mākslu nekā zinātni, pat ar visu mūsu moderno instrumentu un procesa kontroli.