Co powoduje nierównomierność wytłaczania w maszynach do wytłaczania tworzyw sztucznych dla taśm przełomu termicznego?

Nierównowaga termiczna w maszynie wytłaczającej plastik

Osiewe i promieniowe gradienty temperatur zaburzające jednorodność stopu

Różnice temperatur wzdłuż długości cylindra oraz zmiany w jego szerokości prowadzą do niestabilnej lepkości polimeru, co zakłóca jednorodność masy topionej niezbędną do uzyskania dobrych przerw termicznych. Gdy strefa zasilania staje się zbyt zimna, proces topnienia zwalnia. Tymczasem, jeśli sekcja dawkująca działa zbyt gorąco, łańcuchy polimerowe zaczynają ulegać termicznemu rozkładowi. Te gradienty temperatur powodują różnorodne problemy, w tym nieregularne przepływy, struny o różnej grubości oraz irytujące nierówności na powierzchni, które wszyscy znienawidzili. Według niektórych danych branżowych nawet niewielkie wahania temperatury rzędu około 5 stopni Celsjusza mogą zwiększyć fluktuacje lepkości o około 30%, sprawiając, że elementy tracą stabilność wymiarową. Producenci zauważyli, że inwestycja w dokładne systemy grzewcze wielostrefowe, połączone z regularnymi kontrolami izolacji cylindra, pomaga większości czasu utrzymać te problematyczne różnice temperatur pod kontrolą.

Zimne plamy i gorące strefy wywołujące lokalne naprężenia ścinające oraz separację przepływu

Gdy występują różnice temperatur w obszarze przetwarzania, powstają różne poziomy lepkości, prowadzące do skupisk naprężeń ścinających w miejscach, gdzie materiały poruszają się z różnymi prędkościami. Zimne strefy wokół otworów wlewnych wywołują większe opory, przez co polimery silniej przylegają do ścianek cylindra, niż powinny. Tymczasem gorętsze obszary blisko matryc lokalnie obniżają lepkość, powodując zbyt szybkie przemieszczanie się materiału przed odpowiednim przygotowaniem. Te nierównowagi prowadzą do spiralnych wzorców przepływu wewnątrz systemu, rozwarstwienia warstw materiału na stykach oraz ostatecznie do słabej adhezji wzdłuż linii zespolenia w gotowych wypraskach. Kamery termowizyjne pokazują, że te niewielkie różnice temperatur mogą wynosić nawet 15–20 stopni Celsjusza w urządzeniach cierpiących na błędne wskazania termopar lub zużyte elementy grzejne. Aby zapewnić płynny przebieg procesu podczas produkcji z przerwą termiczną, operatorzy zakładów muszą regularnie sprawdzać czujniki i dostosowywać prędkość ślimaka zgodnie z wskazaniami profili termicznych. Poprawne zarządzanie tym aspektem zapobiega irytującym rozwarstwieniom przepływu, które pogarszają jakość produktu.

Niестabilności związane z materiałem wpływające na jednorodność ekstruzji

Wchłanianie wilgoci i przyspieszanie spowodowane parą w materiałach higroskopijnych (np. PA66-GF25)

Materiały takie jak higroskopijne żywice, w tym PA66-GF25, mają tendencję do pochłaniania wilgoci z powietrza podczas magazynowania lub manipulowania przed rozpoczęciem procesu. Gdy materiały te osiągną temperatury powyżej 220 stopni Celsjusza wewnątrz ekstrudera, ukryta woda niemal natychmiast zamienia się w parę, co powoduje gwałtowne skoki ciśnienia mogące przekraczać 15 megapaskali. Taki szybki wzrost ciśnienia zakłóca spójność przepływu materiału stopionego, powodując wahania wydajności produkcji i prowadząc do uzyskiwania listew termoprzerwowych o niestabilnych wymiarach wzdłuż ich długości. Aby zapobiec temu problemowi, producenci muszą wysuszyć granulki żywicy do zawartości wilgoci rzędu 0,2 procent lub niższej przed rozpoczęciem ekstruzji. Regularne testy za pomocą metod takich jak miareczkowanie wg Karla Fischera pomagają potwierdzić odpowiedni poziom wysuszenia, co z kolei utrzymuje stałą lepkość materiału w całym procesie i zapewnia bardziej jednolity strumień stopu we wszystkich partiach.

Niezatopione cząstki i przepływ warstwowy powodujące linie spiralne i odwarstwienie

Gdy proces topnienia nie jest całkowity, pozostają nieroztopione fragmenty, które z tendencyjnie przemieszczają się w kierunku chłodniejszych części ścianki matrycy ze względu na sposób współpracy ciepła i ciśnienia, tworząc tzw. przepływ warstwowy. Kolejne zjawisko staje się oczywiste przy spojrzeniu na gotowy produkt – linie spiralne stają się widoczne na powierzchni każdego wytłaczanego elementu. Jeżeli materiał schłodzi się zbyt szybko, warstwy zaczynają się oddzielać na swoich stykach. Zgodnie z testami przeprowadzonymi według normy ASTM D638, takie odwarstwienie może faktycznie zmniejszyć wytrzymałość prętów kompozytowych przezerwania termicznego o 40% do 60%. Dobra wiadomość? Producenci mogą rozwiązać ten problem, dostosowując kształt ślimaków stosowanych w procesie przetwarzania, aby poprawić skuteczność topnienia, jednocześnie utrzymując stałą temperaturę wzdłuż obu osi. Poprawne ustawienie gwarantuje, że pozostanie mniej problematycznych cząstek, a materiał będzie równomiernie wymieszany.

Wady mechaniczne i eksploatacyjne w maszynie do wytłaczania tworzyw sztucznych

Zużycie śruby, degradacja helisy i niestabilny przepływ stopionego materiału

Śruby ulegają zużyciu z czasem, gdy materiały ściernie i zanieczyszczenia przedostają się do systemu. Stopniowe erozje zmieniają kształt helisy i utrudniają prawidłowe przesuwanie materiału. Gdy zużycie staje się znaczne, zakłóca to przekazywanie ciepła w całym procesie. Niektóre obszary mogą stać się zbyt chłodne, podczas gdy inne stanowią niebezpiecznie gorące miejsca, co prowadzi do irytujących śladów na powierzchni i niestabilnego topnienia. Większość zakładów wykonuje pomiary mikrometryczne ok. co 500 godzin pracy, aby wykryć problemy zanim się nasilą. Wymiana standardowych śrub ze stopu stalowego na śruby ze stali hartowanej może w niektórych przypadkach podwoić ich żywotność, zapewniając stabilną jakość stopu oraz ograniczając frustrujące awaryjne przestoje, które marnują tak wiele czasu produkcyjnego.

Niewyważenie matrycy i niezgodność prędkości ciągnienia z prędkością ekstruzji prowadzące do zmienności grubości ścianki

Gdy matryce ulegają niewyważeniu, przepływ masy polimerowej staje się nierównomierny. Jednocześnie, jeśli występuje niezgodność między prędkością ciągnienia a prędkością ekstruzji, może to spowodować rozciąganie lub ściskanie środkowej części profilu. Te problemy razem często prowadzą do zmienności grubości ścianki przekraczającej plus minus 5% w listwach przerwy termicznej. Na szczęście narzędzia do wyrównywania z wykorzystaniem lasera oraz odpowiednio zsynchronizowane systemy napędowe mogą ograniczyć te odchylenia poniżej 1%. Większość producentów uważa, że najlepsze rezultaty daje wprowadzenie regularnych kontroli kalibracji co około każde 50 cykli produkcyjnych. Kalibracje te są zwykle weryfikowane za pomocą pomiarów grubości ścianki metodą ultradźwiękową. Takie podejście utrzymuje wymiary w dopuszczalnych granicach i znacząco redukuje odpady materiałowe w dłuższej perspektywie czasu.