Tvar a dizajn skrutiek zohráva kľúčovú úlohu pri tom, ako sa materiály topia, a aké výrobky vychádzajú z jednošnekových extrudérov. Veci ako stúpanie závitov, hĺbka vybraní kanálov a špeciálne miešacie časti ovplyvňujú správanie polymérov počas spracovania. Keď hovoríme o plytkých kanáloch v kompresnej zóne, tieto vytvárajú väčšiu strihovú silu, čo pomáha urýchliť proces tavenia. Hlbšie kanály v prívodnej sekcii naopak lepšie dopravujú pevné materiály. Pri miešaní určité úseky, napríklad s rýhovaným dizajnom alebo blister krúžkami, výrazne zvyšujú distribučné miešacie vlastnosti. Podľa niektorých odvetvových výskumov spoločnosti Ponemon z roku 2023 to môže znížiť teplotné rozdiely približne o 12 % pri výrobe tepelných izolačných pásov. Skrutky s týmito posunutými miesiacimi blokmi dosahujú približne 92 % konzistencie materiálu, kým bežné usporiadania dosahujú iba približne 78 %. To má reálny vplyv na prevenciu tých namáhavých tepelných mostov vo finálnych profiloch.
Pomer dĺžky ku priemeru (D/L) zohráva významnú úlohu v niekoľkých kľúčových oblastiach vrátane doby zdržania materiálu v systéme, stability tavenia počas spracovania a celkovej spotreby energie. Pri porovnaní systémov s pomerom D/L vyšším ako 30:1 so systémami okolo 20:1 vidíme, že doba zdržania sa skutočne predlžuje približne o 40 %. Táto dodatočná doba umožňuje úplné rozplavenie náročných materiálov, ako je PA66, ktorý vyžaduje dôkladnú plastifikáciu pred spracovaním. Avšak prekročenie pomeru 40:1 začína byť nákladnejšie z hľadiska spotreby energie, pričom sa bežne spotreba zvyšuje približne o 18 % bez výrazného zlepšenia rovnomernosti materiálu. Väčšina odborníkov z priemyslu uvádza optimálny rozsah medzi 28:1 až 32:1 pre aplikácie s tepelným prerušením. Pri týchto pomeroch môžu výrobcovia efektívne riadiť riziko degradácie materiálu a zároveň dosiahnuť výrobné ciele, ktoré sa zvyčajne pohybujú medzi 120 až 150 kilogramami za hodinu.
Množstvo vyrobeného materiálu stúpa s druhou mocninou veľkosti skrutky. Pozrime sa na čísla: skrutka s priemerom 120 mm dokáže pri každej otáčke vyrobiť približne 2,6-násobok oproti skrutke s priemerom 90 mm. Väčšie skrutky tiež znamenajú vyššiu výrobnú rýchlosť (napríklad približne 280 kg za hodinu oproti len 170 kg pri prechode zo 100 mm na 80 mm). Ale existuje tu jedna nevýhoda. Čím väčšia skrutka, tým menšia strihová sila, a to o 30 až 40 %. To môže ovplyvniť rovnomernosť miešania. Výber správnej veľkosti preto závisí od druhu spracovávaného materiálu. Pri tekutých materiáloch ako PVC väčšina používateľov zistí, že vhodný priemer skrutky je v rozmedzí 90 až 110 mm. Avšak pri hrubších materiáloch ako TPUs sú potrebné menšie skrutky, zvyčajne medzi 60 a 80 mm, aby sa dosiahlo dostatočné miešacie pôsobenie a rovnomerné rozloženie zložiek.
Správne nastavenie teplotných zón pozdĺž valca určuje, ako sa polyméry správajú pri výrobe tepelných izolačných profilov. V oblasti dopravy je dôležité udržiavať teploty pod tzv. sklovitým prechodom, čo pomáha kompaktizovať materiál bez predčasného roztavenia. Keď materiál postupuje do kompresnej zóny, aplikujeme kontrolované ohrev, zvyčajne okolo 170 až 190 stupňov Celzia pre materiály na báze PA66. Tým sa zníži viskozita a zabezpečí sa rovnomerné zmiešanie. Následne nasleduje dávkovacia zóna, kde sa vyrovnáva teplo generované strihom a dodané teplo zvonku. Táto rovnováha zaisťuje stabilný tok, čo je mimoriadne dôležité pre dosiahnutie úzkych rozmerových tolerancií v rozmedzí plus alebo mínus 1,5 percenta. Minulý rok publikovaný výskum ukázal, že takmer dve tretiny všetkých problémov pri extrúzii vznikajú práve kvôli chybným teplotným gradientom. Nie je preto prekvapením, že mnohé výrobne investujú do systémov, ktoré sledujú tieto podmienky v reálnom čase.
Pri práci s tepelnými izolačnými pásmi PA66 GF25 je dôležité správne nastaviť teplotné zóny, aby sa maximalizovala produkcia a zároveň sa zachovali mechanické vlastnosti. Zóny dopravy by mali zostať približne na 160 až 170 stupňoch Celzia, aby sa zabránilo tvorbe mostíkov. Zóny kompresie sú náročnejšie – mali by dosiahnuť teplotu medzi 185 a 200 stupňami, čo správne zvládne zmenu kryštalinity okolo 85 %. Zóny dozadzovania sa potom ustáliac na približne 190 až 205 stupňoch, čo pomáha udržať tlak taveniny v rozmedzí 25 až 35 MPa, aby materiál rovnomerne prechádzal výtlačnou formou. Zaujímavé odvetvové údaje ukazujú, že existuje pomerne silná súvislosť medzi presnosťou udržiavania teplôt v kompresnej zóne v rozmedzí ±2 stupne a konzistenciou výslednej hodnoty R. A tu je niečo, na čo by mali výrobcovia prihliadať pri šetrení nákladov: táto úroveň presnosti môže znížiť spotrebu energie až o 18 % v porovnaní so staršími systémami extrudérov, a to na základe najnovších štúdií spracovania polymérov z januára 2024.
Prekročenie ideálneho rozsahu teploty len o 10 až 15 stupňov Celzia môže spôsobiť vážne problémy s materiálmi na báze tepelnej degradácie, pretože urýchľuje procesy štiepenia reťazca, čo nakoniec zníži nárazovú pevnosť približne o 40 percent podľa noriem ASTM D256-23. Moderné zariadenia teraz obsahujú chladiace systémy s uzavretou slučkou, ktoré reagujú za menej ako pol sekundy na problémy s ohrevom trením. Chladiace plášte umiestnené strategicky v oblastiach s najvyššími zotrvačnými silami pomáhajú udržiavať teplotu taveniny maximálne o 5 stupňov od cieľových nastavení, čo je kritické pre zachovanie požiadaviek na nehorľavosť, obzvlášť dôležitých pri práci s bezhalogénovými zlúčeninami. Poľné testy preukázali, že keď výrobcovia kombinujú metódy ohrevu s reguláciou PID a upravia parametre rýchlosti skrutky, pozorujú približne dvojtretinové zníženie rýchlosti tepelnej degradácie, pričom stále zvládajú výrobné objemy okolo 85 kilogramov za hodinu.
Rýchlosť skrutky výrazne ovplyvňuje množstvo vyrobeného materiálu a všeobecne platí, že výstup stúpa pomerne rovnomerne pri prevádzke pri nižších otáčkach. Ale keď prekročíme približne 70 ot./min, začína to byť zaujímavé. Ak niekto zdvojnásobí rýchlosť z 50 na 100 ot./min, výstup sa v skutočnosti zvýši len približne o 65 %. Ešte horšie je, že tu vznikajú výrazné kolísania teploty, niekedy presahujúce 40 stupňov Celzia, a to kvôli intenzívnemu treniu a čiastočnému tavaniu, ktoré prebieha vo vnútri. Pre každého, kto s týmto materiálom pracuje každý deň, je kriticky dôležité prispôsobiť otáčky skrutky druhu spracovávaného materiálu. Vezmime si napríklad HDPE, ktorý patrí medzi polokryštalické plasty. Tieto materiály vyžadujú rýchlosti približne o 15 až 20 percent nižšie v porovnaní s amorfným ABS, ak chceme počas výrobných šarží dosiahnuť rovnomerný vzhľad tepelných prelomov.
Spôsob, akým sa polyméry správajú z hľadiska svojej hrúbky a pružnosti, výrazne ovplyvňuje nárast tlaku počas spracovania a udržiavanie konštantného toku. Podľa výskumu Abeykoona a kolegov z roku 2020 materiály, ktoré sa pri zaťažení ztenšujú, dokážu znížiť spotrebu energie približne o 18 percent v porovnaní s bežnými newtonskými kvapalinami. Pri práci s modifikovaným PVC s vysokou elastickosťou taveniny sa zväčšenie vytlačeného profilu (die swell) zvyčajne pohybuje medzi 30 až 40 percentami. To znamená, že operátori musia starostlivo riadiť otáčky skrutky, ak chcú dosiahnuť diely splňujúce rozmerné špecifikácie. Problémy so stabilitou toku, ako napríklad rozpad taveniny (melt fracture), sa zvyčajne vyskytujú, keď stres vo stene presiahne približne 0,25 MPa. Aby sa týmto problémom predišlo a zabezpečil sa hladký chod výroby, výrobcovia musia venovať zvýšenú pozornosť konštrukcii kompresných zón vo svojom zariadení.
Rozdiely v tepelnej vodivosti prísad skutočne ovplyvňujú spôsob šírenia tepla materiálmi. Sklenené vlákno má oveľa nižší rozsah vodivosti približne 0,8 až 1,2 W/mK v porovnaní s vyššou hodnotou karbonátu vápenatého okolo 2,6 W/mK. Tento rozdiel mení spôsob prenosu tepla cez valce približne o 22 až 35 percent. Čo sa týka polyamidu 66, jeho relatívne nízka merná tepelná kapacita 1,7 kJ/kgK znamená, že sa počas spracovania rýchlo taví. Avšak táto vlastnosť ho rovnako činí náchylným na degradáciu, akonáhle teplota prekročí 295 stupňov Celzia, preto musia operátori udržiavať presnú teplotnú reguláciu v rozmedzí plus alebo mínus 2 stupne. Väčšina problémov vyskytujúcich sa pri procesoch extrúzie sa v skutočnosti spája s nedostatočnými rýchlosťami chladenia. Štúdie ukazujú, že viac ako dve tretiny všetkých chýb sú spôsobené chladením, ktoré nezvláda tempo kryštalizácie materiálu, čo vedie k deformáciám, najmä v aplikáciách tepelných izolačných profilov.
Horúce správy
POLYWELL sa špecializuje na tepelné izolačné pásy PA66, ponúka granuly polyamidu, extrudéry, formy, viniace stroje a komplexné služby na prispôsobenie.
Čína, provincia Jiangsu, oblasť Suzhou, mesto Zhangjiagang, obec Jinfeng
Autorské práva © 2024 Suzhou Polywell Engineering Plastics Co., Ltd Zásady ochrany súkromia
EN
