Что вызывает неравномерность экструзии в машинах для экструзии пластмасс при производстве терморазрывных профилей?

Температурный дисбаланс в машине пластикового экструдера

Осиальные и радиальные температурные градиенты, нарушающие однородность расплава

Разница температур вдоль барреля, а также колебания по его ширине приводят к нестабильной вязкости полимера, что нарушает однородность расплава, необходимую для качественных терморазрывных профилей. Когда зона загрузки становится слишком холодной, процесс плавления замедляется. В то же время, если секция дозирования перегревается, начинается термическое разрушение полимерных цепей. Эти температурные градиенты вызывают множество проблем, включая неравномерную скорость потока, колебания толщины прядей и надоедливые поверхностные волны, которые все так ненавидят. Согласно некоторым отраслевым данным, даже небольшие колебания температуры около 5 градусов Цельсия могут увеличить колебания вязкости примерно на 30%, делая детали размерно нестабильными. Производители выяснили, что инвестиции в точные системы многоступенчатого нагрева в сочетании с регулярной проверкой теплоизоляции барреля помогают большую часть времени удерживать эти проблемные температурные различия под контролем.

Холодные участки и горячие зоны, вызывающие локализованный сдвиг и расслоение потока

Когда в зоне обработки возникают перепады температуры, формируются различные уровни вязкости, что приводит к концентрации точек сдвигового напряжения, где материалы движутся с разной скоростью. Холодные зоны вокруг загрузочных горловин создают повышенное сопротивление, из-за чего полимеры прилипают к стенкам цилиндра сильнее, чем должны. В то же время более горячие участки вблизи головок локально снижают вязкость, заставляя материал двигаться вперед слишком быстро, прежде чем он будет к этому готов. Эти дисбалансы приводят к образованию спиральных потоков внутри системы, расслоению материала на границах раздела фаз и, в конечном итоге, к слабому соединению по линиям сварки в готовых экструдированных изделиях. Тепловизоры показывают, что такие незначительные температурные колебания на самом деле могут различаться на 15–20 градусов Цельсия в оборудовании, страдающем от некорректных показаний термопар или изношенных нагревательных элементов. Чтобы обеспечить бесперебойную работу в процессе производства с использованием термического разрыва, операторам цехов необходимо регулярно проверять свои датчики и корректировать скорость шнека в соответствии с данными тепловых профилей. Правильная настройка предотвращает надоедливое расслоение потоков, которое ухудшает качество продукции.

Материальные нестабильности, влияющие на равномерность экструзии

Поглощение влаги и скачкообразное изменение потока из-за пара в гигроскопичных исходных материалах (например, PA66-GF25)

Материалы, такие как гигроскопичные смолы, включая PA66-GF25, имеют склонность поглощать влагу из воздуха при хранении или транспортировке до начала переработки. Как только эти материалы достигают температуры выше 220 градусов Цельсия внутри экструдера, любая скрытая влага практически мгновенно превращается в пар, создавая резкие скачки давления, которые могут превышать 15 мегапаскалей. Такое быстрое расширение нарушает стабильность потока расплавленного материала, вызывая колебания производительности и приводя к нестабильным размерам терморазрывных вставок по всей их длине. Чтобы предотвратить эту проблему, производителям необходимо высушивать гранулы смолы до содержания влаги около 0,2 процента или ниже перед началом экструзии. Регулярное тестирование с использованием методов, таких как титрование по Карлу Фишеру, помогает подтвердить правильный уровень просушки, что, в свою очередь, обеспечивает постоянную вязкость материала в течение всего процесса и даёт более однородный поток расплава во всех партиях.

Нерасплавленные частицы и расслоенный поток, вызывающие спиральные линии и расслоение

Когда плавление завершается не полностью, остаются твёрдые включения, которые из-за совместного действия тепла и давления стремятся переместиться к более холодным участкам стенки матрицы, образуя так называемый расслоённый поток. Далее результат становится очевиден при осмотре готового изделия — на поверхности экструдированного продукта появляются видимые спиральные линии. Если охлаждение происходит слишком быстро, слои начинают отделяться друг от друга по границам раздела. Согласно испытаниям по стандарту ASTM D638, такое расслоение может снизить прочность композитных терморазрывных профилей на 40–60 %. Хорошая новость заключается в том, что производители могут устранить эту проблему, скорректировав форму шнеков, используемых при переработке, чтобы улучшить расплавление и поддерживать постоянную температуру по обеим осям. Правильная настройка позволяет свести к минимуму количество проблемных частиц и обеспечивает равномерное смешивание по всему объёму материала.

Механические и эксплуатационные дефекты в машине экструдере пластика

Износ шнека, деградация спирали и нестабильность потока расплава

Шнеки со временем изнашиваются, когда абразивные материалы и примеси попадают в систему. Постепенное эрозионное разрушение изменяет форму спирали и затрудняет правильное перемещение материала. Когда износ становится значительным, нарушается передача тепла по всей системе. Некоторые участки могут становиться слишком холодными, в то время как другие превращаются в опасные горячие точки, что приводит к неприятным поверхностным дефектам и неоднородному плавлению. Большинство предприятий проводят проверку микрометром примерно каждые 500 часов работы, чтобы выявить проблемы до их усугубления. Переход с обычных сплавов на шнеки из закалённой стали в некоторых случаях может удвоить срок службы, обеспечивая стабильное качество расплава и сокращая количество досадных внезапных остановок, которые приводят к большим потерям производственного времени.

Несоосность и несоответствие скорости тяги и скорости экструзии, приводящие к изменению толщины стенки

Когда матрицы становятся несоосными, поток расплава отклоняется неравномерно. В то же время, если существует несоответствие между скоростью тяги и скоростью экструзии, это может растягивать или сжимать среднюю часть профиля. Эти проблемы вместе приводят к колебаниям толщины стенки, превышающим плюс-минус 5% в терморазрывных планках. К счастью, использование лазерных систем наведения и правильно синхронизированных приводов позволяет снизить эти отклонения до уровня ниже 1%. Большинство производителей считают наиболее эффективным проводить регулярную калибровку примерно каждые 50 производственных циклов. Проверка калибровки обычно осуществляется с помощью ультразвуковых измерений толщины стенки. Такой подход обеспечивает соблюдение размеров в допустимых пределах и со временем значительно снижает расход материала.