Koji čimbenici utječu na učinkovitost jednovretenih ekstrudera u proizvodnji traka za toplinsku prekidnu zonu?

Konstrukcija vijka: geometrija, omjer L/D i promjer koji utječu na učinkovitost ekstruzije

Kako geometrija vijka utječe na topljenje, miješanje i homogenost materijala

Oblik i dizajn vijaka imaju ključnu ulogu u tome koliko dobro se materijali tope te kakva vrsta proizvoda nastaje na jednovijčanim ekstrudima. Stvari poput koraka, dubine kanala i posebnih dijelova za miješanje utječu na ponašanje polimera tijekom procesa. Kada govorimo o plitkim kanalima u zoni kompresije, oni stvaraju veću posmičnu silu koja ubrzava proces topljenja. Dublji kanali u dijelu za hranjenje zapravo pomažu boljem transportu čvrstih materijala. Kako bi se postiglo bolje miješanje, određeni dijelovi s elementima poput ureza ili prstenova za pjenjenje znatno poboljšavaju distribucijska svojstva miješanja. Prema istraživanju iz industrije koje je provedeno 2023. godine od strane Ponemona, ovo može smanjiti razlike u temperaturi za oko 12% pri izradi traka za toplinsku prekid. Vijci koji imaju ove pomaknute blokove za miješanje postižu konzistentnost materijala od oko 92%, dok obične konfiguracije dosežu samo oko 78%. To čini stvarnu razliku u sprječavanju dosadnih toplinskih mostova u gotovim profilima.

Uloga omjera L/D u vremenu zadržavanja, toplinskoj jednoličnosti i dosljednosti izlaza

Omjer duljine i promjera (L/D) igra važnu ulogu u nekoliko ključnih područja, uključujući vrijeme zadržavanja materijala u sustavu, stabilnost taline tijekom procesa i ukupnu potrošnju energije. Kada usporedimo sustave s omjerom L/D većim od 30:1 s onima oko 20:1, vidimo da se vrijeme zadržavanja zapravo produljuje za oko 40%. Ovo dodatno vrijeme omogućuje pravilno topljenje teških materijala poput PA66 koji zahtijevaju temeljito plastifikaciju prije procesa. Međutim, korištenje omjera većeg od 40:1 počinje koštati više u smislu potrošnje energije, obično povećavajući potrošnju otprilike 18% bez značajnijeg poboljšanja jednoličnosti materijala. Većina stručnjaka u industriji ističe da je optimalan raspon između 28:1 i 32:1 za primjene s toplinskom prekidnom vezom. Kod ovih omjera proizvođači mogu upravljati rizikom degradacije materijala, a da istovremeno zadovolje ciljeve proizvodnje koji se obično kreću između 120 i 150 kilograma na sat.

Promjer vijka i njegov utjecaj na kapacitet proizvodnje i generiranje smicanja

Količina proizvedenog povećava se s kvadratom veličine vijka. Pogledajte brojke: vijak promjera 120 mm može proizvesti otprilike 2,6 puta više od onog od 90 mm po jednom okretu. Veći vijci znače i bržu proizvodnju (razmislite o približno 280 kg po satu u usporedbi s 170 kg kada se ide s 100 mm na 80 mm). No postoji i mana. Što je vijak veći, manja je sila smicanja koju stvara, smanjenje između 30% i 40%. To može poremetiti jednolikost miješanja. Stoga odabir prave veličine ovisi o vrsti materijala s kojim se radi. Za tekuće tvari poput PVC-a, većina ljudi smatra da najbolje rezultate daju vijci od 90 do 110 mm. Međutim, za guste TPU-e potrebni su manji vijci, obično između 60 i 80 mm, kako bi se osiguralo dovoljno miješanja za pravilnu distribuciju.

Upravljanje temperaturom: Upravljanje termalnim profilima za stabilnu ekstruziju

Zonе temperature bačve i njihov utjecaj na viskoznost polimera i stabilnost toka

Postavljanje odgovarajućih temperaturnih zona duž cijevi ključno je za kontrolu toka polimera pri izradi traka za termički most. U području dovođenja, održavanje temperature ispod tzv. točke staklastog prijelaza pomaže u zbijanju materijala bez preranog taljenja. Kada materijal napreduje u zonu kompresije, primjenjujemo kontrolirano zagrijavanje, obično oko 170 do 190 stupnjeva Celzijusovih za materijale na bazi PA66. Time se smanjuje viskoznost kako bi se sve pravilno pomiješalo. Zatim slijedi zona doziranja u kojoj se postiže ravnoteža između topline nastale smicanjem i dodatne topline koju unosimo. Ova ravnoteža osigurava stabilan tok, što je iznimno važno ako želimo postići uske dimenzionalne tolerancije unutar plus ili minus 1,5 posto. Istraživanje objavljeno prošle godine pokazalo je da skoro dvije trećine svih problema u ekstruziji zapravo potječu od loših termičkih gradijenata. Stoga je razumljivo zašto mnoge tvornice sada ulažu u sustave koji u stvarnom vremenu nadziru ove uvjete.

Optimizacija temperatura zona za vođenje, kompresiju i doziranje za termičke pregradne trake

Kada se radi s termičkim prekidačkim trakama od PA66 GF25, pravilno podešavanje zona profila čini ogromnu razliku u maksimizaciji proizvodnje, uz istovremeno očuvanje mehaničkih svojstava. Zone dovoda trebaju ostati oko 160 do 170 stupnjeva Celzijusa kako bi se spriječile pojave mosta. Zone kompresije su zahtjevnije – trebale bi doseći između 185 i 200 stupnjeva kako bi pravilno upravljale onom zahtjevnom promjenom kristalnosti od 85%. Zone doziranja zatim stabiliziraju na oko 190 do 205 stupnjeva, što pomaže u održavanju tlaka taline između 25 i 35 MPa kako bi sve ravnomjerno protjecalo kroz kalup. Nekoliko zanimljivih industrijskih pokazatelja pokazuje da zapravo postoji prilično jaka povezanost između točnosti održavanja temperatura u zonama kompresije unutar plus ili minus 2 stupnja i dosljednosti rezultirajuće R-vrijednosti. A evo nečega što vrijedi napomenuti proizvođačima koji žele smanjiti troškove: ovakva razina preciznosti može smanjiti potrošnju energije za gotovo 18% u usporedbi s ranijim sustavima ekstrudera, prema nedavnim istraživanjima obrade polimera iz početka 2024. godine.

Sprječavanje degradacije materijala točnom termalnom regulacijom

Prekoračenje idealnog raspona temperature samo za 10 do 15 stupnjeva Celzijevih može uzrokovati ozbiljne probleme s materijalima za termički prekid, jer ubrzava procese cijepanja lanca, što na kraju smanjuje udarnu čvrstoću za oko 40 posto, prema standardima ASTM D256-23. Savremena oprema sada uključuje sustave hlađenja s povratnom petljom koji reagiraju u manje od pola sekunde na probleme zagrijavanja uslijed posmika. Hladnjaci postavljeni strategijski u područjima s najvećim silama posmika pomažu u održavanju temperature taline unutar 5 stupnjeva od ciljanih postavki, što je ključno za očuvanje svojstava za zaštitu od plamena, osobito važnih pri radu s bezhalogenim spojevima. Ispitivanja na terenu pokazala su da proizvođači koji kombiniraju PID kontrolirane metode grijanja s prilagodbama parametara brzine vijka ostvaruju smanjenje stopa termičke degradacije za otprilike dvije trećine, i dalje održavajući volumen proizvodnje od oko 85 kilograma po satu.

Brzina vijka i upravljanje smicanjem: Balans izlaza i kvalitete taline

Brzina vijka znatno utječe na količinu proizvedenog, a općenito govoreći, izlaz se prilično stabilno povećava pri radu na nižim okretajima u minuti. No, jednom kad prijeđemo oko 70 okr./min stvari postaju zanimljive. Ako netko udvostruči brzinu s 50 na 100 okr./min, zapravo će vidjeti da se njihov izlaz povećao samo za otprilike 65%. Još gore, temperature počinju znatno oscilirati, ponekad premašujući 40 stupnjeva Celzijusovih zbog svih trenja i djelomičnog topljenja koje se događa unutar. Za one koji dnevno rade na ovim stvarima, usklađivanje broja okretaja s vrstom materijala koji se procesuira postaje apsolutno kritično. Uzmimo primjerice HDPE, koji je jedna od onih polukristalnih plastika. Ovim materijalima potrebne su otprilike 15 do 20 posto sporije brzine u usporedbi s nečim poput amorfne ABS plastike ako želimo održati dosljedan izgled termalnih lomova tijekom serije proizvodnje.

Svojstva materijala: Reološko i termičko ponašanje u ekstruzijskoj dinamici

Reološka svojstva koja utječu na razvoj tlaka i jednolikost toka kroz kalup

Način na koji se polimeri ponašaju s obzirom na debljinu i elastičnost znatno utječe na stvaranje tlaka tijekom obrade te održava dosljedan tok. Prema istraživanju Abeykoon i suradnika iz 2020. godine, materijali koji postaju tanji pod naprezanjem mogu smanjiti potrošnju energije za oko 18 posto u usporedbi s uobičajenim Newtonovim fluidima. Kada se radi s modificiranim PVC-om visoke elastičnosti u rastaljenom stanju, obično se primjećuje porast ekstrudiranja (die swell) od 30 do 40 posto. To znači da operateri moraju pažljivo upravljati brzinama vijka ako žele proizvesti dijelove koji zadovoljavaju dimenzionalne specifikacije. Problemi sa stabilnošću toka, poput kidanja rastaljenog materijala (melt fracture), obično nastaju kada posmično naprezanje na stjenkama premaši oko 0,25 MPa. Kako bi se izbjegli ti problemi i osiguralo glatko odvijanje proizvodnje, proizvođači moraju obratiti posebnu pozornost na dizajn kompresijskih zona u svojoj opremi.

Toplinska svojstva koja upravljaju apsorpcijom topline, prijenosom topline i stabilnošću rastaljenog stanja

Razlike u toplinskoj vodljivosti aditiva zaista utječu na način prijenosa topline kroz materijale. Staklena vlakna imaju znatno niži raspon vodljivosti od oko 0,8 do 1,2 W/mK u usporedbi s većom vrijednošću kalcijevog karbonata od oko 2,6 W/mK. Ova razlika mijenja prijenos topline kroz cilindre otprilike za 22 do 35 posto. Kada je riječ o poliamidu 66, njegova relativno niska specifična toplina od 1,7 kJ po kgK znači da se brzo topi tijekom obrade. Međutim, ista ta svojstva čine ga sklonim degradaciji čim temperature prijeđu 295 stupnjeva Celzijusovih, pa je stoga potrebno da operateri održavaju stroge kontrole temperature unutar plus ili minus 2 stupnja. Većina problema koji se javljaju u procesima ekstruzije zapravo se svodi na loše brzine hlađenja. Istraživanja pokazuju da više od dvije trećine svih grešaka uzrokovano nedovoljnom brzinom hlađenja u odnosu na brzinu kristalizacije materijala, što dovodi do izobličenja, osobito primjetnih kod primjene traka za toplinsku prekid.