การควบคุมอุณหภูมิให้เหมาะสมมีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อต้องผลิตพลาสติกคุณภาพสูงด้วยกระบวนการอัดรีด วิธีการไหลของวัสดุ การคงสภาพของโมเลกุล และประสิทธิภาพในการใช้พลังงาน ล้วนขึ้นอยู่กับการจัดการความร้อนอย่างเหมาะสมเป็นหลัก ข้อมูลอุตสาหกรรมล่าสุดจากรายงานการแปรรูปโพลิเมอร์เมื่อปีที่แล้วระบุว่า การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเพียงเล็กน้อยสามารถเพิ่มปริมาณของเสียได้ถึงประมาณ 18% สำหรับกระบวนการอัดรีดในปัจจุบัน มีอยู่สามส่วนหลักที่การควบคุมอุณหภูมิเข้ามามีบทบาทสำคัญ ประการแรก คือ การทำให้พลาสติกหลอมละลายอย่างสม่ำเสมอตลอดทั้งระบบ ต่อมาคือ การจัดการแรงเฉือนขณะวัสดุเคลื่อนที่ ซึ่งมีผลต่อทั้งคุณภาพและความสม่ำเสมอ และสุดท้ายคือ การควบคุมโซนต่างๆ ภายในบาร์เรลเครื่องอัดรีด ซึ่งยังคงจำเป็นต่อการรักษาระบบการผลิตให้มีสภาวะเสถียรตลอดช่วงการผลิต
การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในแต่ละส่วนต่างๆ มีผลอย่างมากต่อพฤติกรรมของพอลิเมอร์ในระหว่างกระบวนการผลิต วิศวกรส่วนใหญ่มักตั้งค่าให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ ในช่วงประมาณ 170 ถึง 240 องศาเซลเซียส เมื่อทำงานกับเรซินวิศวกรรม วิธีนี้จะช่วยป้องกันไม่ให้วัสดุหลอมเหลวเร็วเกินไปในบริเวณช่องป้อน แต่ยังคงทำให้วัสดุทั้งหมดหลอมเหลวได้อย่างสมบูรณ์ในส่วนมิเตอร์ริ่ง หากความร้อนไม่สม่ำเสมอตลอดทั้งระบบ มักจะพบก้อนเล็กๆ ของ PA6 และพอลิเอไมด์ชนิดอื่นๆ ที่ยังไม่หลอมเหลวเหลือค้างอยู่ ซึ่งจะทำให้แถบกั้นความร้อนอ่อนแอลงตามกาลเวลา การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการใช้รูปแบบอุณหภูมิที่ได้รับการปรับแต่งอย่างเหมาะสมสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการหลอมเหลวได้ดีขึ้นประมาณ 27 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับระบบโซนเดียวแบบดั้งเดิม สิ่งนี้มีความแตกต่างอย่างชัดเจนต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์ และช่วยให้การผลิตดำเนินไปอย่างราบรื่นในระยะยาว
เครื่องอัดรีดมักแบ่งออกเป็นสามโซนที่ควบคุมอุณหภูมิ
การไม่สมดุลของอุณหภูมิระหว่างพื้นที่ต่างๆ อาจทำให้เกิดการกระเพื่อม – การไหลแบบเป็นจังหวะซึ่งอาจลดความแม่นยำด้านมิติได้สูงถึง 32% ในชิ้นงานที่ต้องการความแม่นยำ เช่น อุปสรรคความร้อน
เครื่องทำความร้อนทรงกระบอกจ่ายพลังงานหลอมเหลือประมาณ 60-70% ที่ต้องการ ในขณะที่ส่วนที่เหลือเกิดจากกลไกการเฉือนผ่านการหมุนของสกรู การพึ่งพาความร้อนจากแรงเฉือนมากเกินไปอาจทำให้พอลิเมอร์ที่ไวต่อความร้อนเกิดภาวะร้อนเกินไปได้; PA6 จะเสื่อมสภาพเมื่ออุณหภูมิเกิน 260 °C ซึ่งส่งผลต่อคุณสมบัติทางกล เสริมความสมดุลด้วยการปฏิบัติตามแนวทางที่ดีที่สุด เช่น:
วิธีการที่รวมกันนี้ช่วยลดการใช้พลังงานลง 22% ขณะที่ยังคงรักษาระดับเสถียรภาพของอุณหภูมิหลอมเหลวไว้ที่ ±1.5 °C ระหว่างการทำงานอย่างต่อเนื่อง
พีวีซีและพอลิเมอร์ไม่อิ่มตัวอื่น ๆ โดยทั่วไปจำเป็นต้องให้ความร้อนอย่างช้า ๆ เพื่อป้องกันปัญหาการช็อกจากความร้อน ในขณะที่วัสดุกึ่งผลึก เช่น PA6 จะทำงานได้ดีกว่าเมื่อให้ความร้อนอย่างรวดเร็ว เพื่อให้วัสดุสามารถผ่านอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงแก้วได้โดยไม่มีปัญหา การศึกษาการอัดรีดล่าสุดพบว่า การปรับอุณหภูมิในโซนบาร์เรลของ PA6 เพียงแค่ 10 องศาเซลเซียส สามารถลดความแตกต่างของความหนืดลงได้ประมาณ 18% การปรับแต่งเช่นนี้มีผลอย่างชัดเจนต่อคุณภาพการผลิต สำหรับเกรดที่ทนต่อแรงกระแทกสูงของวัสดุเหล่านี้ ผู้ผลิตมักจะดำเนินการที่อุณหภูมิต่ำกว่าเรซินทั่วไปประมาณ 15 ถึง 20 องศา ซึ่งจะช่วยรักษากำลังของเนื้อหลอมไว้ได้อย่างเหมาะสมขณะที่วัสดุไหลออกจากแม่พิมพ์ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญต่อการได้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพสม่ำเสมอ
มาตรฐานอุตสาหกรรมกำหนดช่วงการประมวลผลเฉพาะสำหรับวัสดุกั้นทั่วไป:
การทดสอบอัดรีดในปี 2024 ยืนยันว่าความเบี่ยงเบนที่เกิน ±5 °C จะเพิ่มความไม่เสถียรทางมิติของเกรดที่เติมด้วยแก้วขึ้น 22%
เมื่อวัสดุเช่น PVC หรือ PA6 ร้อนเกินไปในกระบวนการอัดรีด วัสดุเหล่านี้จะเริ่มเสื่อมสภาพในระดับโมเลกุลซึ่งไม่สามารถย้อนกลับได้ โดยทั่วไปแล้วเหตุการณ์นี้มักเกิดขึ้นเนื่องจากวัสดุสัมผัสกับบาร์เรลที่ร้อนเกินไป โดยเฉพาะหากบาร์เรลมีอุณหภูมิสูงกว่า 240 องศาเซลเซียส สำหรับ PVC อีกปัญหาหนึ่งเกิดจากสกรูภายในเครื่องไม่ได้รับการหล่อลื่นอย่างเหมาะสม ทำให้เกิดความร้อนจากการเสียดสีเพิ่มเติมซึ่งไม่มีใครต้องการ มีสัญญาณบ่งชี้ที่มองเห็นได้ชัดว่ามีบางอย่างผิดพลาด เช่น PVC มักเปลี่ยนเป็นสีเหลืองเมื่อถูกความร้อนมากเกินไป ในขณะที่ PA6 มักทิ้งจุดดำเล็กๆ ไว้บนผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป นอกจากนี้ยังมีข้อบกพร่องแบบฟิชอาย (fisheye) ที่ปรากฏขึ้นในผลิตภัณฑ์สุดท้าย การศึกษาล่าสุดที่ตีพิมพ์เมื่อประมาณปี ค.ศ. 2023 ได้ตรวจสอบประเด็นเหล่านี้และพบผลลัพธ์ที่น่าตกใจ พวกเขาค้นพบว่า PA6 เมื่อถูกทิ้งไว้ที่อุณหภูมิสูงกว่า 270 องศาเซลเซียส จะสูญเสียความแข็งแรงไปประมาณหนึ่งในสี่ ภายในเวลาเพียง 15 นาที ในขณะเดียวกัน เมื่อ PVC ร้อนเกินไป จะเริ่มปล่อยไอกรดไฮโดรคลอริกออกมา ซึ่งคนงานสามารถได้กลิ่นและไม่ต้องการหายใจเข้าไปอย่างแน่นอน
การควบคุมอุณหภูมิอย่างแม่นยำมีความสำคัญต่อการสร้างสมดุลระหว่างความหนืดของเรซินกับความเสถียรของการไหลในกระบวนการผลิต เมื่อทำงานกับแถงกั้น PA6 ผู้ผลิตส่วนใหญ่มักตั้งค่าอุณหภูมิบริเวณบาร์เรลไว้ที่ประมาณ 250 ถึง 265 องศาเซลเซียส ช่วงอุณหภูมินี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าเกิดการหลอมละลายอย่างเหมาะสม โดยไม่เสี่ยงต่อปัญหาไพโรไลซิส ขณะนี้ระบบสมัยใหม่จำนวนมากใช้ตัวควบคุมแบบ PID ซึ่งสามารถรักษาระดับอุณหภูมิให้อยู่ในช่วงบวกหรือลบ 1.5 องศา ระบบที่ทันสมัยเหล่านี้ช่วยลดปัญหาการเกินอุณหภูมิได้ประมาณสี่สิบเปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับวิธีเทอร์โมคอปเปอร์แบบเดิม ผู้ปฏิบัติงานยังพึ่งพาเซ็นเซอร์แรงดันหลอมเหลวในการตรวจสอบแบบเรียลไทม์ ทำให้สามารถปรับแต่งค่าต่าง ๆ ได้ตามชนิดของเรซินที่ไหลผ่านระบบ การปรับค่านี้ในช่วงเปลี่ยนแปลงช่วยลดของเสียจากวัสดุ และรักษามาตรฐานผลิตภัณฑ์ให้คงที่ระหว่างแต่ละชุดการผลิต
เมื่อความเร็วรอบสกรูเกิน 80 รอบต่อนาที อุณหภูมิของพลาสติกหลอมมักจะเพิ่มขึ้นประมาณ 8 ถึง 12 องศาเซลเซียส เนื่องจากแรงเสียดทานจากการเฉือน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อทำงานกับวัสดุ PA6 อย่างไรก็ตาม อุตสาหกรรมได้ค้นพบวิธีแก้ปัญหานี้แล้ว ผู้ผลิตจำนวนมากเริ่มติดตั้งสกรูระบายความร้อนด้วยน้ำพร้อมช่องระบายความร้อนที่ออกแบบได้ดีขึ้น การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ทำให้สามารถเพิ่มปริมาณการผลิตได้สูงขึ้นประมาณ 12 เปอร์เซ็นต์ ขณะที่ยังคงอยู่ในขีดจำกัดอุณหภูมิที่ปลอดภัย จากการพิจารณาผลลัพธ์จริงจากการทดสอบในปี 2022 บริษัทต่างๆ สังเกตเห็นผลลัพธ์ที่น่าประทับใจ เมื่อพวกเขาใช้การปรับความเร็วรอบสกรูแบบแปรผันร่วมกับกลยุทธ์การระบายความร้อนที่แม่นยำ อัตราของของเสียลดลงเกือบ 18% ระหว่างการผลิตแถบ PA6 อย่างต่อเนื่อง ความก้าวหน้าในลักษณะนี้ส่งผลอย่างมากทั้งในด้านการควบคุมคุณภาพและต้นทุนรวมสำหรับโรงงานแปรรูปพลาสติกส่วนใหญ่
การจัดการความร้อนมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อกระบวนการแปรรูป PA6 หากเราต้องการหลีกเลี่ยงปัญหา เช่น การบิดงอ โพรงอากาศ และการเกิดผลึกไม่สม่ำเสมอ ตามรายงานการวิจัยที่ตีพิมพ์เมื่อปีที่แล้วในวารสารด้านการแปรรูปพอลิเมอร์ แม้อุณหภูมิจะเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยมากกว่า 5 องศาเซลเซียส ขึ้นหรือลง ในส่วนต่างๆ ของบาร์เรลเครื่องอัดรีด ก็สามารถทำให้ปริมาณของเสียเพิ่มขึ้นได้ประมาณ 27% เมื่ออุณหภูมิของเนื้อพลาสติกหลอมเหลือร้อนหรือเย็นเกินไปจากช่วงที่เหมาะสมระหว่าง 240 ถึง 260 องศาเซลเซียส ปัญหาต่างๆ จะเกิดขึ้นมากมาย รวมถึงรอยแนวไหลที่น่ารำคาญและปรากฏการณ์การพองตัวหลังตาย (die swell) ข้อบกพร่องเหล่านี้ไม่เพียงแต่ส่งผลต่อรูปลักษณ์ภายนอกเท่านั้น แต่ยังทำให้ประสิทธิภาพของตัวกั้นความร้อนลดลงทั้งในด้านโครงสร้างและความสามารถในการเป็นฉนวนความร้อน
ทีมงานเลือกใช้การตั้งค่าบาร์เรลแบบสี่โซน โดยแต่ละส่วนมีการควบคุมที่แน่นแฟ้นมากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งโซนที่ 4 ทำงานที่อุณหภูมิประมาณ 255 องศาเซลเซียส บวกลบ 1.5 องศา เพื่อรักษามาตรการไหลของวัสดุให้เหมาะสม พวกเขาตั้งค่าความเร็วของสกรูไว้ระหว่าง 85 ถึง 90 รอบต่อนาที ซึ่งช่วยลดการพุ่งขึ้นของอุณหภูมิอย่างฉับพลันที่เกิดจากแรงเฉือนที่มากเกินไป ในขณะเดียวกันก็ยังสามารถผลิตได้ประมาณ 12 กิโลกรัมต่อชั่วโมง การตรวจสอบค่าอ่านจากอินฟราเรดยังแสดงผลที่น่าสนใจด้วย นั่นคือ อุณหภูมิสูงสุดของเนื้อพลาสติกหลอมเหลวลดลงประมาณ 8 องศา เมื่อเปรียบเทียบกับการตั้งค่าก่อนหน้า
หลังจากดำเนินการปรับแต่งทั้งหมดแล้ว เราก็เห็นผลลัพธ์ที่ดีขึ้นอย่างชัดเจน ความต้านทานแรงดึงเพิ่มขึ้นค่อนข้างมาก โดยเพิ่มขึ้นประมาณ 18% จากเดิม 75 เมกะปาสกาล เป็น 89 เมกะปาสกาล ซึ่งเป็นไปตามข้อกำหนดของ ASTM D638 ที่จำเป็นสำหรับงานก่อสร้างส่วนใหญ่ในปัจจุบัน เรายังสังเกตเห็นสิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับอัตราของเศษวัสดุเสียทิ้ง ซึ่งลดลงเหลือเพียง 4.2% ดีขึ้นประมาณ 32% เมื่อเทียบกับค่าเดิม และอย่าลืมถึงเงินที่ประหยัดได้จากการใช้วัสดุอีกด้วย โดยแต่ละเดือนใช้จ่ายน้อยลงประมาณ 14,000 ดอลลาร์สหรัฐ เฉพาะจากวัสดุที่สูญเสียไปเท่านั้น เมื่อทำการตรวจสอบคุณภาพตามปกติ พบว่าเกือบ 99 จากทุกๆ 100 ชิ้น ผ่านเกณฑ์ขนาดที่กำหนด พูดได้เลยว่าผลผลิตมีความสม่ำเสมอมาก มีการตรวจสอบยาวกว่า 10,000 เมตร และแทบจะมีความถูกต้องสมบูรณ์ตลอดทั้งกระบวนการ
ระบบปัญญาประดิษฐ์ที่ทันสมัยสามารถปรับอุณหภูมิการอัดรีดได้แบบเรียลไทม์ โดยวิเคราะห์ข้อมูลแบบเรียลไทม์เกี่ยวกับความหนืดของวัสดุ ซึ่งมีความแม่นยำภายในประมาณ 5% นอกจากนี้ยังติดตามการไหลของพลาสติกที่หลอมละลายผ่านเครื่องจักร อัลกอริธึมอัจฉริยะจะปรับแต่งส่วนต่างๆ ของบาร์เรลให้ความร้อนเป็นขั้นตอนเล็กๆ ขนาดเพียง 0.8 องศาเซลเซียส ตามการศึกษาที่เผยแพร่เมื่อปีที่แล้วในวารสารวิศวกรรมพลาสติก สิ่งนี้ช่วยป้องกันไม่ให้วัสดุเสื่อมสภาพเมื่อกระบวนการผลิตดำเนินไปเป็นเวลานานหลายชั่วโมง ผู้ผลิตชิ้นส่วนรถยนต์รายใหญ่รายหนึ่งพบว่าปัญหาแถบพลาสติก PA6 บิดงอลดลงเกือบ 30% หลังจากนำโปรไฟล์อุณหภูมิแบบปัญญาประดิษฐ์เหล่านี้มาใช้งาน โดยพวกเขาจับคู่ความเร็วของสกรูภายในเครื่องเข้ากับความต้องการที่แท้จริงของแต่ละโซนการให้ความร้อน ทำให้ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปมีคุณภาพดีขึ้นอย่างมาก
เซ็นเซอร์ IoT ที่มีความละเอียดสูงสามารถติดตามปัจจัยต่าง ๆ มากกว่าสี่สิบรายการพร้อมกันในระหว่างกระบวนการอัดรีด พวกมันตรวจสอบสิ่งต่าง ๆ เช่น แรงดันของเนื้อพลาสติกหลอมละลายลงจนถึงระดับเพิ่มทีละ 0.2 บาร์ และยังวัดอัตราการตัดเฉือนได้อีกด้วย ซึ่งช่วยให้สามารถปรับตั้งค่าอัจฉริยะได้ทุกครั้งที่มีการเปลี่ยนแปลงวัสดุ การตรวจสอบอย่างละเอียดนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อทำงานกับวัสดุที่ไวต่ออุณหภูมิ เช่น PVC โดยการควบคุมอุณหภูมิให้อยู่ในช่วงแคบเพียงสามองศาเซลเซียสเท่านั้น ก็สามารถสร้างความแตกต่างที่ชัดเจนได้ ผลการทดสอบล่าสุดในปี 2023 แสดงให้เห็นว่า ระบบอัดรีดที่เชื่อมต่อกันสามารถรักษาระบบการทำงานในสภาวะที่เหมาะสมตลอดระยะเวลาการผลิตต่อเนื่องแปดชั่วโมงได้อย่างต่อเนื่อง ระบบทั้งหมดนี้ยังสามารถลดการใช้พลังงานได้ประมาณ 18% ต่อกิโลกรัมที่ผลิต โดยไม่กระทบต่อโครงสร้างโมเลกุลของพอลิเอไมด์ ซึ่งเป็นสิ่งที่ผู้ผลิตให้ความสำคัญอย่างมากในเรื่องคุณภาพของผลิตภัณฑ์
ข่าวเด่น
POLYWELL เชี่ยวชาญในด้านแถบฉนวนความร้อน PA66 พร้อมให้บริการ顆เม็ดโพลีอามайด์ เครื่องอัดรีดแบบเดี่ยว แม่พิมพ์ อุปกรณ์捲สาย และบริการปรับแต่งแบบครบวงจร
ลิขสิทธิ์ © 2024 บริษัท สุจโจว โพลีเวลล์ เอนจิเนียริ่ง พลาสติก จำกัด นโยบายความเป็นส่วนตัว
EN
