Що спричиняє нерівномірність екструзії в машинах для екструзії пластмас при виробництві термопрофілів?

Температурний дисбаланс в машині для екструзії пластмас

Осьові та радіальні температурні градієнти, що порушують однорідність розплаву

Різниця температур уздовж довжини циліндра, а також коливання по його ширині призводять до нестабільної в'язкості полімеру, що порушує однорідність розплаву, необхідну для якісних терморозривів. Коли зона завантаження стає надто холодною, процес плавлення уповільнюється. Тим часом, якщо ділянка дозування перегрівається, полімерні ланцюги починають термічно руйнуватися. Ці температурні градієнти спричиняють численні проблеми, включаючи неоднакову швидкість потоку, варіації товщини стрічок і зненавиджені всіма поверхневі хвилинки. Згідно з деякими промисловими даними, навіть незначні коливання температури близько 5 градусів Цельсія можуть збільшити флуктуації в'язкості приблизно на 30%, що робить деталі розмірно нестабільними. Виробники виявили, що інвестування в точні багатозонні системи нагріву разом із регулярним контролем теплоізоляції циліндра допомагає утримувати ці проблемні температурні відхилення під контролем у більшості випадків.

Холодні ділянки та гарячі зони, що спричиняють локальні зсувні напруження та розділення потоку

Коли в різних частинах зони обробки спостерігаються перепади температур, це призводить до різної в'язкості матеріалу, що створює локальні ділянки підвищеного зсувного напруження, де матеріали рухаються з різною швидкістю. Холодні ділянки біля загрузочних горловин створюють більший опір, через що полімер сильніше прилипає до стінок циліндра, ніж має бути. У той же час гарячі ділянки поблизу форм мають знижену в'язкість, що призводить до надмірно швидкого просування матеріалу до того, як він готовий до цього. Ці дисбаланси призводять до утворення спіральних потоків всередині системи, розшарування між шарами матеріалу на межах розділу фаз і, врешті-решт, до слабкого зчеплення по лініях сплавлення у готових екструзійних виробах. Тепловізійні камери показують, що такі невеликі температурні коливання можуть відрізнятися аж на 15–20 градусів Цельсія в обладнанні, що має проблеми з неточними показаннями термопар або старими нагрівальними елементами. Щоб забезпечити стале функціонування під час виробництва з використанням термопаузи, операторам цехів необхідно регулярно перевіряти свої датчики та коригувати швидкість гвинта відповідно до показників теплових профілів. Правильне налаштування запобігає неприємним розшаруванням потоку, які погіршують якість продукції.

Нестабільність матеріалу, що впливає на рівномірність екструзії

Поглинання вологи та пульсація через утворення пари у гігроскопічних шихтах (наприклад, PA66-GF25)

Матеріали, такі як гігроскопічні смоли, зокрема PA66-GF25, мають тенденцію вбирати вологу з повітря під час зберігання або обробки перед початком переробки. Як тільки ці матеріали досягають температури понад 220 градусів Цельсія всередині екструдера, прихована вода майже миттєво перетворюється на пару, створюючи раптові стрибки тиску, які можуть перевищувати 15 мегапаскалей. Таке швидке розширення порушує стабільність потоку розплавленого матеріалу, викликаючи коливання у виробничих показниках і призводячи до того, що терморозривні стрічки виходять з неоднаковими розмірами по всій довжині. Щоб запобігти цій проблемі, виробникам необхідно просушувати гранули смоли до вологості приблизно 0,2 відсотка або нижче перед початком екструзії. Регулярне тестування за допомогою методів, таких як титрування за Карлом Фішером, допомагає підтвердити належний рівень сушіння, що, своєю чергою, забезпечує сталу в'язкість матеріалу протягом усього процесу та отримання більш однорідного потоку розплаву в усіх партіях.

Нерастворені частинки та шаруватий потік, що призводять до спіральних ліній і розшарування

Коли процес плавлення не завершено повністю, залишаються тверді частинки, які через взаємодію тепла та тиску мають тенденцію переміщатися до більш прохолодних ділянок стінки форми, утворюючи так званий шаруватий потік. Далі результат стає цілком очевидним після огляду готового виробу — на поверхні екструдованого матеріалу стають помітними спіральні лінії. Якщо охолодження відбувається надто швидко, шари починають відокремлюватися один від одного на межах поділу. Згідно з тестами за стандартом ASTM D638, таке відшарування може зменшити міцність композитних терморозривних смуг на 40–60%. Добра новина полягає в тому, що виробники можуть усунути цю проблему, змінивши форму гвинтів, що використовуються під час обробки, для покращення плавлення, а також забезпечивши сталу температуру по обох осях. Правильне налаштування дозволяє значно зменшити кількість проблемних частинок і забезпечити рівномірне перемішування матеріалу.

Механічні та експлуатаційні дефекти в машині для екструзії пластику

Знос гвинта, деградація спіралі та нестабільність потоку розплаву

Гвинти зношуються з часом, коли абразивні матеріали та домішки потрапляють у систему. Це поступове ерозійне руйнування змінює форму спіралі й ускладнює правильне переміщення матеріалу. Коли знос стає значним, порушується передача тепла протягом усього процесу. Деякі ділянки можуть стати надто холодними, тоді як інші перетворюються на небезпечні гарячі точки, що призводить до неприємних позначин на поверхні та неоднорідного розплавлення. Більшість підприємств проводять перевірку мікрометром приблизно кожні 500 годин роботи, щоб вчасно виявити проблеми, перш ніж вони загостряться. Використання гвинтів із високоміцної сталі замість звичайних сплавів у деяких випадках може подвоїти термін служби, забезпечуючи стабільну якість розплаву та скорочуючи кількість дратівливих неочікуваних зупинок, які марнують багато часу виробництва.

Несоосність матриці та невідповідність швидкості тягнення і екструзії, що призводять до варіацій товщини стінки

Коли матриці стають несоосними, потік розплаву розподіляється нерівномірно. Водночас, якщо існує невідповідність між швидкістю тягнення та екструзії, це може призводити до розтягування або стискання середньої частини профілю. Разом ці проблеми часто спричиняють варіації товщини стінки, що перевищують ±5% у смузі термоперериву. На щастя, застосування лазерних інструментів для вирівнювання разом із належним чином синхронізованими системами приводу дозволяє звести ці відхилення до значень нижче 1%. Більшість виробників вважають найефективнішим проводити регулярну калібрування приблизно кожні 50 циклів виробництва. Як правило, ці калібрування перевіряються за допомогою ультразвукових вимірювань товщини стінки. Такий підхід забезпечує дотримання розмірів у межах припустимих значень і значно зменшує втрати матеріалу з часом.