Co způsobuje nerovnoměrnost extruze u plastových extrudérů pro tepelné izolační profily?

Tepelná nerovnováha v plastovém extrudéru

Aximální a radiální teplotní gradienty narušující homogenitu taveniny

Rozdíly teplot podélně v celé délce válce a zároveň kolísání napříč jeho šířkou vedou k nekonzistentní viskozitě polymeru, což narušuje homogenitu taveniny potřebnou pro kvalitní tepelné izolační profily. Pokud se zóna přívodu ochladí příliš, zpomaluje se tím proces tavení. Mezitím, pokud je dávkovací úsek příliš horký, začnou se polymerní řetězce tepelně rozkládat. Tyto teplotní gradienty způsobují celou řadu problémů, včetně nerovnoměrných tokových rychlostí, pramenů o různé tloušťce a povrchových vln, které každý zná a nenávidí. Podle některých průmyslových dat dokonce malé výkyvy teplot kolem 5 stupňů Celsia mohou zvýšit kolísání viskozity přibližně o 30 %, čímž se díly stávají rozměrově nestabilními. Výrobci zjistili, že investice do přesných vícezónových systémů vytápění v kombinaci s pravidelnou kontrolou izolace válce pomáhá udržet tyto problematické rozdíly teplot pod kontrolou ve většině případů.

Studené místa a horké zóny vyvolávající lokální smykové síly a odtržení toku

Když dochází k rozdílům teplot v pracovní oblasti, vznikají různé úrovně viskozity, které vedou ke koncentrovaným bodům smykového napětí, kde se materiály pohybují různou rychlostí. Chladnější oblasti kolem přívodních hrdel vykazují vyšší odpor, což způsobuje, že se polymery více než by měly přichytávají ke stěnám válce. Mezitím horkější oblasti blízko trysek snižují místní viskozitu, čímž materiál příliš rychle uniká vpřed, ještě než je připraven. Tyto nerovnováhy vedou k spirálovitým tokům uvnitř systému, k oddělování vrstev materiálu na rozhraních a nakonec k slabému spojení podél linií fúze u hotových tvarovaných výrobků. Teplotní kamery ukazují, že tyto malé teplotní rozdíly se ve strojích s chybnými údaji termočlánků nebo starými topnými články mohou lišit až o 15 až 20 stupňů Celsia. Aby během výroby tepelných zlomů vše probíhalo hladce, musí provozovatelé pravidelně kontrolovat své senzory a upravovat otáčky šneků podle údajů teplotních profilů. Správné nastavení tohoto parametru zabraňuje obtížným separacím toku, které narušují kvalitu výrobku.

Materiálové nestability ovlivňující rovnoměrnost extruze

Absorpce vlhkosti a vznik prudkého proudění způsobeného párou u hygroskopických surovin (např. PA66-GF25)

Materiály, jako jsou hygroskopické pryskyřice včetně PA66-GF25, mají sklon nasávat vlhkost ze vzduchu během skladování nebo manipulace před zahájením zpracování. Jakmile tyto materiály dosáhnou teplot vyšších než 220 stupňů Celsia uvnitř extrudéru, se skrytá voda téměř okamžitě změní na páru, čímž vzniknou náhlé tlakové špičky, které mohou přesáhnout 15 megapascalů. Tento druh rychlé expanze narušuje konzistenci toku taveniny, což způsobuje kolísání produkčního výstupu a vede k tomu, že tepelné izolační profily mají podél své délky nestejné rozměry. Aby se tento problém předešlo, musí výrobci usušit pryskyřičná granula na obsah vlhkosti přibližně 0,2 procenta nebo nižší, než zahájí proces extruze. Pravidelné testování pomocí metod jako je titrace podle Karla Fischera pomáhá potvrdit správnou úroveň vysušení, čímž se udržuje stálá viskozita materiálu po celém procesu a zajišťuje se rovnoměrnější tok taveniny ve všech dávkách.

Nedotavené částice a vrstvený tok způsobující spirálové linky a odvrstvování

Když nedojde k úplnému natavení, zůstávají pevné částečky, které se v důsledku působení tepla a tlaku mají tendenci posouvat směrem ke chladnějším částem stěny diesu, čímž vzniká takzvaný vrstvený tok. Co následuje, je při pohledu na hotový výrobek poměrně zřejmé – tyto spirálové linky se stávají viditelnými na povrchu jakéhokoli extrudovaného materiálu. Pokud se materiál příliš rychle ochladí, jednotlivé vrstvy začnou na rozhraních od sebe oddělovat. Podle testů prováděných podle normy ASTM D638 může toto oddělování snížit pevnost kompozitních tepelně izolačních profilů o 40 % až 60 %. Dobrá zpráva je, že výrobci mohou tento problém vyřešit úpravou tvaru šneků používaných při zpracování, čímž zlepší proces tavení a udrží konzistentní teplotu ve směru obou os. Správné nastavení znamená, že zůstane mnohem méně problematických částic a materiál se rovnoměrně promíchá napříč celým průřezem.

Mechanické a provozní vady plastového extrudéru

Opotřebení šroubu, degradace spirály a nekonzistentní tok taveniny

Šrouby se postupně opotřebovávají, když do systému proniknou abrazivní materiály a nečistoty. Tento postupný erozní proces mění tvar spirály a ztěžuje správný transport materiálu. Pokud se opotřebení dostatečně zhorší, naruší se přenos tepla během celého procesu. Některé oblasti mohou být příliš chladné, zatímco jiné se stanou nebezpečně horkými místy, což vede k obtěžujícím povrchovým vadám a nekonzistentnímu roztavení. Většina provozů provádí kontroly mikrometrem zhruba každých 500 provozních hodin, aby problémy odhalila dříve, než se zhorší. Použití šroubů z kalené oceli namísto běžných slitin může v některých případech zdvojnásobit životnost, udržet konzistentní kvalitu taveniny a snížit počet frustrujících neočekávaných výpadků, které zbytečně plýtvají časem výroby.

Nesouosazení a nesoulad tažení a rychlosti extruze vedoucí ke změně tloušťky stěny

Když dojde k nesouosazení forem, tok taveniny se rozděluje nerovnoměrně. Současně, pokud existuje nesoulad mezi rychlostí tažení a extruze, může to způsobit prodloužení nebo stlačení střední části profilu. Tyto problémy dohromady mohou vést ke kolísání tloušťky stěny nad rámec tolerance plus minus 5 % u tepelných izolačních vložek. Naštěstí laserové nástroje pro řízené nastavení a vhodně synchronizované pohonové systémy dokáží tyto odchylky snížit pod 1 %. Většina výrobců zjistila, že nejlepších výsledků dosahuje pravidelnou kalibrací přibližně po každých 50 výrobních sériích. Kalibrace jsou obvykle ověřovány ultrazvukovými měřeními tloušťky stěny. Tento postup udržuje rozměry v přijatelných mezích a dlouhodobě výrazně snižuje odpad materiálu.