Plastik ekstrüzyonu, ham plastiğin eritildiği ve sürekli bir profil haline getirildiği yüksek hacimli bir üretim sürecidir. Ekstrüzyon, boru/boru, hava izolasyonu, çit, güverte korkulukları, pencere çerçeveleri, plastik filmler ve kaplamalar, termoplastik kaplamalar ve tel yalıtımı gibi ürünler üretir.
Bu işlem, plastik malzemenin (peletler, granüller, pullar veya tozlar) bir hazneden ekstruderin haznesine beslenmesiyle başlar. Malzeme, dönen vidaların ürettiği mekanik enerji ve namlu boyunca yerleştirilen ısıtıcılar sayesinde kademeli olarak eritilir. Erimiş polimer daha sonra polimeri soğutma sırasında sertleşecek bir şekle sokan bir kalıba zorlanır.
TARİH
Boru ekstrüzyonu
Modern ekstrüderin ilk öncüleri 19. yüzyılın başlarında geliştirildi. 1820'de Thomas Hancock, işlenmiş kauçuk artıklarını geri kazanmak için tasarlanmış bir kauçuk "çiğneme makinesi" icat etti ve 1836'da Edwin Chaffee, katkı maddelerini kauçuğa karıştırmak için iki silindirli bir makine geliştirdi. İlk termoplastik ekstrüzyon 1935 yılında Paul Troester ve eşi Ashley Gershoff tarafından Hamburg, Almanya'da yapıldı. Kısa bir süre sonra LMP'den Roberto Colombo, İtalya'daki ilk çift vidalı ekstruderleri geliştirdi.
İŞLEM
Plastiklerin ekstrüzyonunda, ham bileşik malzeme genel olarak tepeye monte edilmiş bir hazneden ekstruderin haznesine yerçekimiyle beslenen mermiler (çoğunlukla reçine olarak adlandırılan küçük boncuklar) biçimindedir. Renklendiriciler ve UV inhibitörleri (sıvı veya topak formunda) gibi katkı maddeleri sıklıkla kullanılır ve hazneye ulaşmadan önce reçineye karıştırılabilir. İşlemin ekstruder teknolojisi açısından plastik enjeksiyon kalıplama ile pek çok ortak yanı vardır, ancak genellikle sürekli bir işlem olması bakımından farklılık gösterir. Pultrüzyon, genellikle ilave takviye ile sürekli uzunluklarda birçok benzer profil sunabilirken, bu, polimer eriyiğinin bir kalıptan sıkılması yerine, bitmiş ürünün bir kalıptan çekilmesiyle elde edilir.
Malzeme besleme boğazından (namlunun arkasına yakın bir açıklık) girer ve vidayla temas eder. Dönen vida (normalde örneğin 120 devir/dakikada dönerek), plastik boncukları ısıtılmış hazneye doğru ileri doğru zorlar. İstenilen ekstrüzyon sıcaklığı, viskoz ısınma ve diğer etkiler nedeniyle nadiren namlunun ayarlanan sıcaklığına eşit olur. Çoğu proseste, varil için, üç veya daha fazla bağımsız PID kontrollü ısıtıcı bölgesinin, varilin sıcaklığını arkadan (plastiğin girdiği yerden) öne doğru kademeli olarak arttırdığı bir ısıtma profili ayarlanır. Bu, plastik boncukların namludan itilirken kademeli olarak erimesine olanak tanır ve polimerde bozulmaya neden olabilecek aşırı ısınma riskini azaltır.
Namlu içinde meydana gelen yoğun basınç ve sürtünme ekstra ısıya katkıda bulunur. Aslında, eğer bir ekstrüzyon hattı belirli malzemeleri yeterince hızlı çalıştırıyorsa, ısıtıcılar kapatılabilir ve eriyik sıcaklığı yalnızca varil içindeki basınç ve sürtünme ile muhafaza edilebilir. Çoğu ekstrüderde, çok fazla ısı oluşması durumunda sıcaklığı ayarlanan değerin altında tutmak için soğutma fanları bulunur. Zorla havayla soğutmanın yetersiz olduğu ortaya çıkarsa, dökme soğutma ceketleri kullanılır.
Bileşenleri göstermek için plastik ekstruder ikiye kesilmiş
Erimiş plastik, haznenin ön kısmında vidayı terk eder ve eriyikteki kirleticileri gidermek için bir elek paketinden geçer. Bu noktada basınç 5.000 psi'yi (34 MPa) aşabildiğinden, elekler bir kırıcı plaka (üzerine çok sayıda delik açılmış kalın bir metal disk) ile güçlendirilir. Elek paketi/kırıcı plaka tertibatı aynı zamanda namluda karşı basınç oluşturmaya da yarar. Polimerin düzgün bir şekilde erimesi ve uygun şekilde karıştırılması için karşı basınç gereklidir ve ne kadar basınç üretileceği, elek paketi bileşimi (elek sayısı, tel örgü boyutu ve diğer parametreler) değiştirilerek "ayarlanabilir". Bu kırıcı plaka ve elek paketi kombinasyonu aynı zamanda erimiş plastiğin "dönme hafızasını" ortadan kaldırır ve bunun yerine "boyuna hafıza" yaratır.
Kırıcı plakadan geçtikten sonra erimiş plastik kalıba girer. Kalıp, nihai ürüne profilini veren şeydir ve erimiş plastiğin silindirik bir profilden ürünün profil şekline eşit şekilde akmasını sağlayacak şekilde tasarlanmalıdır. Bu aşamada eşit olmayan akış, profilin belirli noktalarında soğuma sırasında bükülmeye neden olabilecek istenmeyen artık gerilimlere sahip bir ürün üretebilir. Sürekli profillerle sınırlı olmak üzere çok çeşitli şekiller oluşturulabilir.
Ürünün artık soğutulması gerekir ve bu genellikle ekstrüdatın bir su banyosundan çekilmesiyle sağlanır. Plastikler çok iyi ısı yalıtkanlarıdır ve bu nedenle hızlı bir şekilde soğumaları zordur. Plastik, çeliğe kıyasla ısısını 2000 kat daha yavaş iletir. Bir tüp veya boru ekstrüzyon hattında, yeni oluşturulmuş ve halen erimiş olan tüp veya borunun çökmesini önlemek için, sızdırmaz hale getirilmiş bir su banyosu dikkatle kontrol edilen bir vakumla çalıştırılır. Plastik kaplama gibi ürünler için soğutma, bir takım soğutma rulolarının çekilmesiyle sağlanır. Filmler ve çok ince levhalar için havayla soğutma, üflemeli film ekstrüzyonunda olduğu gibi ilk soğutma aşaması olarak etkili olabilir.
Plastik ekstruderler ayrıca geri dönüştürülmüş plastik atıkların veya diğer ham maddelerin temizleme, ayırma ve/veya harmanlama sonrasında yeniden işlenmesi için de yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu malzeme genellikle daha sonraki işlemler için bir öncü olarak kullanılmak üzere boncuk veya pelet stoku halinde doğranmaya uygun filamentler halinde ekstrüzyona tabi tutulur.
VİDA TASARIMI
Termoplastik bir vidada beş olası bölge vardır. Sektörde terminoloji standart olmadığından bu bölgelere farklı isimler verilebilir. Farklı polimer türleri, farklı vida tasarımlarına sahip olacaktır; bazıları olası tüm bölgeleri içermemektedir.
Basit bir plastik ekstrüzyon vidası
Ekstruder vidaları Boston Matthews'dan
Çoğu vidada şu üç bölge bulunur:
● Besleme bölgesi (katı taşıma bölgesi olarak da adlandırılır): bu bölge reçineyi ekstrudere besler ve kanal derinliği genellikle bölge boyunca aynıdır.
● Erime bölgesi (ayrıca geçiş veya sıkıştırma bölgesi olarak da adlandırılır): polimerin çoğu bu bölümde eritilir ve kanal derinliği giderek küçülür.
● Ölçüm bölgesi (aynı zamanda eriyik taşıma bölgesi olarak da adlandırılır): bu bölge son parçacıkları eritir ve eşit bir sıcaklık ve bileşime karışır. Besleme bölgesi gibi kanal derinliği de bu bölge boyunca sabittir.
Ek olarak, havalandırmalı (iki aşamalı) bir vidada şunlar bulunur:
● Basınç düşürme bölgesi. Vidanın yaklaşık üçte iki aşağısındaki bu bölgede, kanal aniden derinleşir, bu da basıncı azaltır ve sıkışan gazların (nem, hava, solventler veya reaktanlar) vakumla dışarı çekilmesine olanak tanır.
● İkinci ölçüm bölgesi. Bu bölge ilk ölçüm bölgesine benzer ancak daha büyük kanal derinliğine sahiptir. Eleklerin ve kalıbın direncinden geçmesi için eriyiği yeniden basınçlandırmaya yarar.
Çoğu zaman vida uzunluğu, L:D oranı olarak çapına atıfta bulunur. Örneğin, 24:1'de 6 inç (150 mm) çaplı bir vida 144 inç (12 ft) uzunluğunda ve 32:1'de 192 inç (16 ft) uzunluğunda olacaktır. 25:1'lik bir L:D oranı yaygındır, ancak bazı makineler aynı vida çapında daha fazla karıştırma ve daha fazla çıktı için 40:1'e kadar çıkar. İki aşamalı (havalandırmalı) vidalar, iki ekstra bölgeyi hesaba katmak için genellikle 36:1 oranındadır.
Her bölge, sıcaklık kontrolü için namlu duvarında bir veya daha fazla termokupl veya RTD ile donatılmıştır. "Sıcaklık profili", yani her bölgenin sıcaklığı, nihai ekstrüdatın kalitesi ve özellikleri açısından çok önemlidir.
TİPİK EKSTRÜZYON MALZEMELERİ
Ekstrüzyon sırasında HDPE boru. HDPE malzemesi ısıtıcıdan kalıba ve ardından soğutma tankına geliyor. Bu Acu-Power sevk borusu ortak kalıptan çekilmiştir; içi siyah, güç kablolarını belirtmek için ince turuncu bir kılıfla donatılmıştır.
Ekstrüzyonda kullanılan tipik plastik malzemeler arasında bunlarla sınırlı olmamak üzere şunlar yer alır: polietilen (PE), polipropilen, asetal, akrilik, naylon (poliamidler), polistiren, polivinil klorür (PVC), akrilonitril bütadien stiren (ABS) ve polikarbonat.[4 ]
KALIP ÇEŞİTLERİ
Plastik ekstrüzyonda kullanılan çeşitli kalıplar vardır. Kalıp türleri ve karmaşıklık arasında önemli farklılıklar olabilse de, tüm kalıplar, enjeksiyonlu kalıplama gibi sürekli olmayan işlemlerin aksine, polimer eriyiğinin sürekli ekstrüzyonuna izin verir.
Üflemeli film ekstrüzyonu
Plastik filmin üflemeli ekstrüzyonu
Alışveriş poşetleri ve sürekli kaplama gibi ürünler için plastik film üretimi, şişirilmiş bir film hattı kullanılarak gerçekleştirilir.
Bu işlem kalıba kadar normal ekstrüzyon işlemiyle aynıdır. Bu işlemde kullanılan üç ana kalıp tipi vardır: halka şeklinde (veya çapraz kafalı), örümcek ve spiral. Halka şeklindeki kalıplar en basit olanıdır ve kalıptan çıkmadan önce kalıbın tüm kesiti etrafında polimer eriyiğinin kanalize edilmesine dayanır; bu düzensiz akışa neden olabilir. Örümcek kalıpları, dış kalıp halkasına bir dizi "bacak" aracılığıyla bağlanan merkezi bir mandrelden oluşur; akış halkalı kalıplara göre daha simetrik olmasına rağmen, filmi zayıflatan bir dizi kaynak çizgisi üretilir. Spiral kalıplar kaynak çizgileri ve asimetrik akış sorununu ortadan kaldırır ancak açık ara en karmaşık olanıdır.
Eriyik kalıptan çıkmadan önce bir miktar soğutularak zayıf bir yarı katı tüp elde edilir. Bu tüpün çapı, hava basıncı yoluyla hızla genişletilir ve tüp, merdanelerle yukarıya doğru çekilerek plastiğin hem enine hem de çekme yönlerinde gerilmesi sağlanır. Çekme ve üfleme, filmin ekstrüde edilmiş tüpten daha ince olmasına neden olur ve aynı zamanda tercihen polimer moleküler zincirlerini en fazla plastik gerilimi gören yönde hizalar. Filmin üflendiğinden daha fazla çekilmesi durumunda (son tüp çapı, ekstrüzyon çapına yakınsa), polimer molekülleri çekme yönü ile yüksek oranda hizalanacak ve bu yönde güçlü, ancak enine yönde zayıf bir film oluşturulacaktır. . Ekstrüzyona tabi tutulan çaptan önemli ölçüde daha büyük çapa sahip olan bir film, enine yönde daha fazla dayanıklılığa sahip olacak, ancak çekme yönünde daha az dayanıklı olacaktır.
Polietilen ve diğer yarı kristalli polimerler durumunda, film soğudukça donma çizgisi olarak bilinen noktada kristalleşir. Film soğumaya devam ettikçe, birkaç kıstırma silindiri setinden çekilerek düz boru şeklinde düzleştirilir, bu daha sonra iki veya daha fazla kaplama rulosu halinde sarılabilir veya kesilebilir.
Levha/film ekstrüzyonu
Levha/film ekstrüzyonu, şişirilemeyecek kadar kalın plastik levhaların veya filmlerin ekstrüzyona tabi tutulması için kullanılır. Kullanılan kalıpların iki türü vardır: T şekilli ve elbise askısı. Bu kalıpların amacı, polimer eriyiğinin akışını ekstrüderden çıkan tek bir yuvarlak çıktıdan ince, düz düzlemsel bir akışa yeniden yönlendirmek ve yönlendirmektir. Her iki kalıp tipinde de kalıbın tüm kesit alanı boyunca sabit, düzgün bir akış sağlanır. Soğutma tipik olarak bir dizi soğutma silindirinin (kalender veya "soğutma" silindirleri) çekilmesiyle gerçekleştirilir. Levha ekstrüzyonunda bu rulolar sadece gerekli soğutmayı sağlamakla kalmaz, aynı zamanda levha kalınlığını ve yüzey dokusunu da belirler.[7] Çoğunlukla birlikte ekstrüzyon, UV soğurma, doku, oksijen geçirgenlik direnci veya enerji yansıması gibi belirli özellikleri elde etmek için bir baz malzemenin üzerine bir veya daha fazla katmanın uygulanması için kullanılır.
Plastik levha stoğu için yaygın bir ekstrüzyon sonrası işlem, levhanın yumuşayana (plastik) kadar ısıtıldığı ve bir kalıp aracılığıyla yeni bir şekle dönüştürüldüğü ısıyla şekillendirmedir. Vakum kullanıldığında, bu genellikle vakum oluşturma olarak tanımlanır. Yön (yani kalıba çekilecek tabakanın, derinliği tipik olarak 1 ila 36 inç arasında değişebilen yeteneği/mevcut yoğunluğu) son derece önemlidir ve çoğu plastik için şekillendirme çevrim sürelerini büyük ölçüde etkiler.
Boru ekstrüzyonu
PVC borular gibi ekstrüde borular, üflemeli film ekstrüzyonunda kullanılanlara çok benzer kalıplar kullanılarak üretilir. Doğru nihai boyutları sağlamak için iç boşluklara pim aracılığıyla pozitif basınç uygulanabilir veya bir vakum boyutlandırıcı kullanılarak dış çapa negatif basınç uygulanabilir. Uygun iç mandrellerin kalıba eklenmesiyle ek lümenler veya delikler oluşturulabilir.
Boston Matthews Tıbbi Ekstrüzyon Hattı
Çok katmanlı boru uygulamaları otomotiv endüstrisinde, sıhhi tesisat ve ısıtma endüstrisinde ve ambalaj endüstrisinde de her zaman mevcuttur.
Aşırı mantolama ekstrüzyonu
Üst mantolama ekstrüzyonu, mevcut bir tel veya kablo üzerine bir dış plastik katmanın uygulanmasına olanak tanır. Bu, kabloların yalıtılması için tipik bir işlemdir.
Bir telin kaplanması, boru (veya kılıflama) ve basınç için kullanılan iki farklı tipte kalıp takımı vardır. Ceketleme takımlamada, polimer eriyiği kalıp dudaklarının hemen öncesine kadar iç tele temas etmez. Basınçlı kalıplamada eriyik, kalıp dudaklarına ulaşmadan çok önce iç tel ile temas eder; bu, eriyiğin iyi bir şekilde yapışmasını sağlamak için yüksek basınçta yapılır. Yeni katman ile mevcut tel arasında yakın temas veya yapışma gerekiyorsa, basınçlı kalıplama kullanılır. Yapışma istenmiyorsa/gerekli değilse bunun yerine mantolama takımı kullanılır.
Koekstrüzyon
Koekstrüzyon, birden fazla malzeme katmanının aynı anda ekstrüzyonudur. Bu tür ekstrüzyonda, farklı viskoz plastiklerin eritilmesi ve sabit hacimsel bir çıktının, malzemeleri istenen biçimde ekstrüde edecek tek bir ekstrüzyon kafasına (kalıp) iletilmesi için iki veya daha fazla ekstrüder kullanılır. Bu teknoloji yukarıda açıklanan proseslerin herhangi birinde (şişirilmiş film, üst ceketleme, boru, tabaka) kullanılır. Katman kalınlıkları, malzemeleri dağıtan bireysel ekstrüderlerin göreceli hızları ve boyutları ile kontrol edilir.
5:5 Kozmetik “sıkıştırılmış” tüpün katmanlı ortak ekstrüzyonu
Birçok gerçek dünya senaryosunda tek bir polimer, bir uygulamanın tüm taleplerini karşılayamaz. Bileşik ekstrüzyon, harmanlanmış bir malzemenin ekstrüde edilmesine izin verir, ancak birlikte ekstrüzyon, ayrı malzemeleri ekstrüzyona tabi tutulan üründe farklı katmanlar olarak tutar ve oksijen geçirgenliği, mukavemet, sertlik ve aşınma direnci gibi farklı özelliklere sahip malzemelerin uygun şekilde yerleştirilmesine olanak tanır.
Ekstrüzyon kaplama
Ekstrüzyon kaplama, mevcut bir kağıt, folyo veya film rulosu üzerine ek bir katmanı kaplamak için üflemeli veya dökme film işlemi kullanıyor. Örneğin bu işlem, kağıdın polietilen ile kaplanarak suya karşı daha dayanıklı hale getirilmesi yoluyla özelliklerini iyileştirmek için kullanılabilir. Ekstrüzyona tabi tutulan katman, diğer iki malzemeyi bir araya getirmek için yapıştırıcı olarak da kullanılabilir. Tetrapak bu sürecin ticari bir örneğidir.
BİLEŞİK EKSTRÜZYONLAR
Bileşik ekstrüzyonu, bir veya daha fazla polimerin katkı maddeleri ile karıştırılarak plastik bileşikler elde edildiği bir işlemdir. Beslemeler peletler, toz ve/veya sıvılar olabilir, ancak ürün genellikle ekstrüzyon ve enjeksiyonlu kalıplama gibi diğer plastik şekillendirme işlemlerinde kullanılmak üzere pelet formundadır. Geleneksel ekstrüzyonda olduğu gibi, uygulamaya ve istenen üretime bağlı olarak makine boyutlarında geniş bir aralık bulunmaktadır. Geleneksel ekstrüzyonda tek veya çift vidalı ekstrüderler kullanılabilirken, bileşik ekstrüzyonda yeterli karıştırma gerekliliği, çift vidalı ekstrüderleri neredeyse zorunlu hale getirir.
EXTRUDER ÇEŞİTLERİ
İkiz vidalı ekstruderlerin iki alt türü vardır: birlikte dönen ve ters dönen. Bu isimlendirme, her bir vidanın diğerine göre döndüğü göreceli yönü ifade eder. Birlikte dönüş modunda, her iki vida da saat yönünde veya saat yönünün tersine döner; ters dönüşte bir vida saat yönünde dönerken diğeri saat yönünün tersine döner. Belirli bir kesit alanı ve örtüşme (birbirine geçme) derecesi için, birlikte dönen ikiz ekstrüderlerde eksenel hız ve karıştırma derecesinin daha yüksek olduğu gösterilmiştir. Ancak ters yönde dönen ekstrüderlerde basınç oluşumu daha fazladır. Vida tasarımı genellikle modülerdir, çünkü çeşitli taşıma ve karıştırma elemanları, aşınma veya aşındırıcı hasardan dolayı bir proses değişikliği veya bireysel bileşenlerin değiştirilmesi için hızlı bir şekilde yeniden konfigürasyona olanak sağlamak üzere şaftlar üzerinde düzenlenir. Makine boyutları 12 mm'den küçükten 380 mm'ye kadar değişir.
AVANTAJLARI
Ekstrüzyonun büyük bir avantajı, boru gibi profillerin istenilen uzunlukta yapılabilmesidir. Malzemenin yeterince esnek olması durumunda, borular uzun uzunluklarda yapılabilir, hatta bir makaraya sarılabilir. Diğer bir avantaj ise kauçuk conta içeren entegre bağlayıcılı boruların ekstrüzyonudur.
Gönderim zamanı: Şubat-25-2022
