Коли справа доходить до екструзії пластикових труб, необхідно дотримуватися цих 11 основних принципів!

Ningbo Fangli Technology Co., Ltd.є aвиробник механічного обладнанняз майже 30-річним досвідомобладнання для екструзії пластикових труб, новий захист навколишнього середовища та обладнання з нових матеріалів. З моменту створення Fangli розроблявся відповідно до вимог користувачів. Завдяки безперервному вдосконаленню, незалежним науково-дослідним і дослідно-конструкторським роботам щодо основних технологій, перетравленню та засвоєнню передових технологій та інших засобів ми розробилиЕкструзійна лінія ПВХ труб, Лінія екструзії труб PP-R, Екструзійна лінія водопостачання / газопроводу PE, який було рекомендовано Міністерством будівництва Китаю для заміни імпортної продукції. Ми отримали звання «Першокласний бренд у провінції Чжецзян».

01  Механічні принципи

Основний механізм екструзії дуже простий - гвинт обертається в бочці і штовхає пластик вперед. Гвинт насправді є похилою поверхнею або схилом, який би навколо центрального шару. Його мета - посилити тиск, щоб подолати більший опір. Для анекструдеріснує три типи опору, які необхідно подолати: тертя твердих частинок (подачі) об стінку стовбура та їх взаємне тертя під час перших кількох обертів шнека (зона подачі); прилипання розплаву до стінки ствола; і логістичний опір у розплаві, коли він просувається вперед.

Ньютон якось пояснив, що якщо об’єкт не рухається в певному напрямку, то сили, що діють на цей об’єкт, урівноважуються в цьому напрямку. Гвинт не рухається в осьовому напрямку, хоча він може повертатися вбік і швидко поблизу кола. Таким чином, осьова сила гвинта збалансована, і якщо він чинить великий поштовх вперед на пластиковий розплав, він також чинить рівний поштовх назад на об’єкт. У цьому випадку тяга, яку він чинить, припадає на підшипник за вхідним отвором - упорний підшипник.

Більшість одинарних гвинтів мають праву різьбу, як гвинти та болти, що використовуються в деревообробці та машинобудуванні. Якщо дивитися ззаду, то вони обертаються протилежно, тому що намагаються викрутити зі стовбура якомога далі. У деякихдвошнекові екструдери, два гвинти обертаються назад і перетинаються один з одним в обох стовбурах, тому один повинен бути правим, а інший лівим. В інших оклюзійних подвійних гвинтах два гвинти обертаються в одному напрямку і тому повинні мати однакову орієнтацію. Однак у будь-якому випадку є опорні підшипники, які поглинають зворотну силу, і принцип Ньютона все ще діє.

02  Тепловий принцип

Екструдовані пластики є термопластами - вони плавляться при нагріванні та знову твердіють при охолодженні. Звідки береться тепло для плавлення пластмас? Попередній нагрів корму та нагрівачі бочки/форми можуть відігравати певну роль і є важливими під час запуску, але вхідна енергія двигуна – тепло тертя, що утворюється в бочці, коли двигун обертає гвинт проти опору в’язкого розплаву – є найважливішим джерелом тепла для всіх пластмас, за винятком малих систем, низькошвидкісних шнеків, пластмас з високою температурою плавлення та застосувань екструзійного покриття.

Для всіх інших операцій важливо визнати, що нагрівач бочки не є основним джерелом тепла в операції, і тому відіграє меншу роль у екструзії, ніж ми могли б очікувати (див. Принцип 11). Температура заднього ствола все ще може бути важливою, оскільки вона впливає на зачеплення або швидкість транспортування твердих речовин у подачі. Температура матриці та прес-форми зазвичай має відповідати бажаній температурі розплаву або наближатися до неї, якщо тільки вони не використовуються для певних цілей, таких як лакування, розподіл рідини чи контроль тиску.

03  Принцип уповільнення

У більшостіекструдери, швидкість гвинта змінюється шляхом регулювання швидкості двигуна. Двигун зазвичай обертається на повній швидкості приблизно 1750 об/хв, але це надто швидко для гвинта екструдера. Якщо він обертається з такою швидкою швидкістю, утворюється занадто багато тепла від тертя, а час утримання пластику занадто короткий, щоб отримати однорідний добре перемішаний розплав. Типові коефіцієнти зменшення від 10:1 до 20:1. Перший ступінь може бути шестернею або набором шківів, але другий ступінь складається з усіх шестерень, а гвинт розташований у центрі останньої великої шестерні.

У деяких повільно працюючих машинах (таких як подвійні гвинти для UPVC) може бути 3 ступені уповільнення, а максимальна швидкість може становити лише 30 об/хв або менше (співвідношення 60:1). З іншого боку, деякі з дуже довгих подвійних шнеків, які використовуються для змішування, можуть працювати зі швидкістю 600 об/хв або швидше, і тому вимагають дуже низької швидкості уповільнення, а також значного глибокого охолодження.

Іноді швидкість уповільнення неправильно узгоджується із завданням - буде занадто багато енергії для використання - і можна додати шків між двигуном і першим ступенем уповільнення, щоб змінити максимальну швидкість. Це або збільшує швидкість гвинта понад попереднє обмеження, або зменшує максимальну швидкість, що дозволяє системі працювати на більшому відсотку від максимальної швидкості. Це дозволить збільшити доступну енергію, зменшити силу струму та уникнути проблем з двигуном. В обох випадках продуктивність може збільшуватися залежно від матеріалу та його потреб в охолодженні.

04  Подайте охолоджуючу рідину

Іноді швидкість уповільнення неправильно узгоджується із завданням - буде занадто багато енергії для використання - і можна додати шків між двигуном і першим ступенем уповільнення, щоб змінити максимальну швидкість. Це або збільшує швидкість гвинта понад попереднє обмеження, або зменшує максимальну швидкість, що дозволяє системі працювати на більшому відсотку від максимальної швидкості. Це дозволить збільшити доступну енергію, зменшити силу струму та уникнути проблем з двигуном. В обох випадках продуктивність може збільшуватися залежно від матеріалу та його потреб в охолодженні.

Поверхня кореня шнека також охолоджується живленням і адіабатично від стінки стовбура частинками пластикового корму (і повітрям між частинками). Якщо шнек раптово зупиняється, подача також припиняється, і поверхня шнека стає гарячішою в зоні подачі, оскільки тепло рухається назад від гарячішого переднього кінця. Це може спричинити злипання або з’єднання часток на корені.

05  Корм ​​наклеюється на стовбур або насувається на шнек

Щоб максимізувати транспортування твердих частинок у гладкій зоні подачі стовбура одношнекового екструдера, частинки повинні прилипати до стовбура та ковзати на шнек. Якщо гранули прилипають до кореня шурупа, їх нема чим відривати; об'єм каналу та вхідний об'єм твердих речовин зменшуються. Ще одна причина поганої адгезії в корені полягає в тому, що пластик може термоконденсуватися тут і утворювати гелі та подібні забруднюючі частинки, або періодично прилипати та розриватися зі змінами швидкості виходу.

Більшість пластмас природним чином ковзає по корінню, тому що вони холодні, коли входять, і тертя ще не нагріло корінь до такого рівня, як стінка стовбура. Деякі матеріали більш схильні до адгезії, ніж інші: високопластифікований ПВХ, аморфний ПЕТ і певні поліолефінові кополімери з властивостями адгезії, які бажані для кінцевого використання.

Для стовбура необхідно, щоб пластик прилип, щоб його можна було зішкребти та проштовхнути вперед за допомогою гвинтової різьби. Між частинками та стовбуром має бути високий коефіцієнт тертя, на який, у свою чергу, сильно впливає температура заднього стовбура. Якщо частинки не прилипають, вони просто повертаються на місці і не рухаються вперед - тому гладка подача погана.

Поверхневе тертя не єдиний фактор, що впливає на годування. Багато частинок ніколи не стикаються з циліндром або коренем гвинта, тому всередині частинок має бути зв’язок тертя та механічної в’язкості.

Поверхневе тертя – не єдиний фактор, що впливає на корм. Багато частинок ніколи не торкаються стовбура або кореня шнека, тому в грануляті повинно бути тертя, механічне зчеплення та в’язкість.

Рифлений циліндр є окремим випадком. Канавка розташована в зоні живлення, яка теплоізольована та глибоко охолоджена водою від решти циліндра. Нитка штовхає частинки в канавку і створює високий тиск на відносно короткій відстані. Це збільшує стійкість до прикусу для нижчих швидкостей шнека з однаковою продуктивністю, що призводить до зменшення тепла тертя, що утворюється на передньому кінці, і нижчої температури плавлення. Це може означати, що охолодження обмежує швидше виробництво на лініях виробництва плівки з видувом. Канавка особливо підходить для HDPE, який є найгладшим звичайним пластиком, окрім перфторованого пластику.

06  Найвища вартість матеріалів

У деяких випадках витрати на матеріали можуть становити 80% витрат на виробництво — більше, ніж сума всіх інших факторів — за винятком кількох продуктів із особливо важливою якістю та упаковкою, таких як медичні катетери. Цей принцип, природно, призводить до двох висновків: переробники повинні повторно використовувати брухт і відходи, наскільки це можливо, щоб замінити сировину, і суворо дотримуватися допусків, щоб уникнути відхилень від цільової товщини та проблем із продуктом.

07  Витрати на енергію відносно неважливі

Незважаючи на те, що привабливість і реальні проблеми заводу знаходяться на тому ж рівні, що і зростання вартості енергії, енергія, необхідна для роботи екструдера, все ще становить невелику частину загальних витрат на виробництво. Ситуація завжди така, тому що вартість матеріалу дуже висока, а екструдер є ефективною системою. Якщо ввести занадто багато енергії, пластик швидко стане дуже гарячим і не піддасться належній обробці.

08  Тиск на кінці гвинта дуже важливий

Цей тиск відображає опір усіх об’єктів, розташованих за шнеком: сітка фільтра та плита подрібнювача забруднень, конвеєрна труба адаптера, фіксована мішалка (якщо є) і сама форма. Це залежить не лише від геометрії цих компонентів, а й від температури в системі, яка, у свою чергу, впливає на в’язкість смоли та швидкість пропускання. Він не залежить від конструкції шнека, за винятком випадків, коли це впливає на температуру, в'язкість і пропускну здатність. З міркувань безпеки вимірювання температури є важливим: якщо вона надто висока, головка форми та форма можуть вибухнути та завдати шкоди персоналу чи машинам, що знаходяться поблизу.

Тиск є корисним для перемішування, особливо в кінцевій зоні (області дозування) одношнекової системи. Однак високий тиск також означає, що двигуну потрібно видавати більше енергії, тому температура розплаву вища, що може вказувати на межу тиску. У двошнековій системі з’єднання двох гвинтів є більш ефективною мішалкою, тому для цієї мети не потрібен тиск.

Під час виробництва порожнистих компонентів, таких як труби, виготовлені за допомогою спайдерних форм із кронштейнами для позиціонування серцевини, високий тиск повинен створюватися всередині форми, щоб допомогти роздільній логістиці рекомбінувати. Інакше продукт уздовж лінії зварювання може бути слабким і може виникнути проблеми під час використання.

09  Вихід

Переміщення останнього потоку називається нормальним потоком, який залежить лише від геометрії шнека, швидкості шнека та щільності розплаву. Це регулюється логістикою тиску, яка фактично включає ефект опору зниження продуктивності (представлений найвищим тиском) і будь-який ефект перекусу в подачі при збільшенні продуктивності. Витік на різьбі може бути в будь-якому напрямку.

Також корисно розрахувати продуктивність кожного об/хв (оберта), оскільки це означає будь-яке зменшення продуктивності гвинта в певний час. Інший пов’язаний розрахунок – вихідна потужність на використану кінську силу або кіловат. Це відображає ефективність і може оцінити виробничу потужність даного двигуна та драйвера.

10  Швидкість зсуву відіграє важливу роль у в’язкості

Усі звичайні пластики мають характеристику зменшення сили зсуву, що означає, що в’язкість зменшується, оскільки пластик рухається швидше й швидше. Ефект деяких видів пластмас особливо помітний. Наприклад, деякі ПВХ збільшують швидкість потоку в 10 і більше разів при подвоєнні тяги. Навпаки, сила зсуву LLDPE не надто зменшується, і коли висновок подвоюється, швидкість його потоку збільшується лише в 3-4 рази. Ефект зменшення сили зсуву означає високу в'язкість в умовах екструзії, що, у свою чергу, означає, що потрібна більша потужність двигуна.

Це може пояснити, чому LLDPE працює при вищій температурі, ніж LDPE. Швидкість потоку виражається як швидкість зсуву, яка становить приблизно 100 с-1 у шнековому каналі, між 100 і 100 с-1 у більшості форм гирла форми та більше 100 с-1 у зазорі між різьбою та стінкою циліндра та в деяких невеликих зазорах форми.

Коефіцієнт розплаву є широко використовуваним методом вимірювання в’язкості, але він інвертований (наприклад, швидкість потоку/тяга, а не тяга/швидкість потоку). На жаль, його вимірювання в екструдері зі швидкістю зсуву 10 с-1 або менше та швидкою швидкістю потоку розплаву може бути несправжнім значенням вимірювання.

11  Мотор навпроти ствола, а ствол навпроти мотора

Чому керуючий вплив стовбура не завжди відповідає очікуванням, особливо в межах зони вимірювання? Якщо стовбур нагрівається, в’язкість шару матеріалу на стінці стовбура зменшується, і двигун потребує менше енергії для роботи в цьому більш гладкому стовбурі. Струм двигуна (ампер) зменшується. Навпаки, якщо стовбур охолоджується, в'язкість розплаву на стінці стовбура збільшується, і двигун повинен обертатися інтенсивніше, збільшуючи амперне число. Частина тепла, що виділяється під час проходження через стовбур, повертається двигуном. Зазвичай регулятор стовбура справді впливає на розплав, чого ми й очікуємо, але вплив ніде не такий значний, як регіональна змінна. Найкраще виміряти температуру розплаву, щоб справді зрозуміти, що сталося.

11-й принцип не стосується головки прес-форми та форми, оскільки там немає обертання шнека. Тому зовнішні перепади температури там ефективніші. Однак ці зміни нерівномірні зсередини назовні, якщо не перемішувати рівномірно у фіксованій мішалці, яка є ефективним інструментом для зміни температури розплаву та перемішування.

Якщо вам потрібна додаткова інформація,Ningbo Fangli Technology Co., Ltd.запрошує вас зв’язатися для детального запиту, ми надамо вам професійні технічні рекомендації або пропозиції щодо закупівлі обладнання.