Việc điều chỉnh nhiệt độ chính xác rất quan trọng khi sản xuất nhựa chất lượng cao bằng phương pháp đùn. Cách vật liệu chảy, mức độ nguyên vẹn của các phân tử và hiệu quả sử dụng năng lượng đều phụ thuộc rất nhiều vào việc kiểm soát nhiệt độ đúng cách. Theo số liệu ngành công nghiệp gần đây từ báo cáo xử lý polymer năm ngoái, những thay đổi nhỏ trong thiết lập nhiệt độ thực tế có thể làm tăng sản lượng phế phẩm lên khoảng 18%. Đối với các quy trình đùn hiện nay, về cơ bản có ba khu vực mà việc kiểm soát nhiệt độ đóng vai trò then chốt. Thứ nhất là đảm bảo nhựa nóng chảy đồng đều trong toàn bộ hệ thống. Tiếp theo là quản lý lực cắt khi vật liệu di chuyển dọc theo trục, ảnh hưởng đến cả chất lượng lẫn độ ổn định. Và cuối cùng, việc kiểm soát các vùng nhiệt độ khác nhau bên trong thân máy đùn vẫn luôn cần thiết để duy trì điều kiện đầu ra ổn định trong suốt quá trình sản xuất.
Cách mà nhiệt độ thay đổi qua các khu vực khác nhau thực sự ảnh hưởng đến hành vi của các polymer trong quá trình gia công. Hầu hết các kỹ sư đều hướng tới việc tăng nhiệt độ từ từ ở mức khoảng 170 đến 240 độ C khi làm việc với các loại nhựa kỹ thuật. Cách tiếp cận này ngăn vật liệu nóng chảy quá sớm ở khu vực cấp liệu nhưng vẫn đảm bảo mọi thứ được nóng chảy hoàn toàn ở khu vực định lượng. Khi việc gia nhiệt không đồng đều trên toàn bộ chiều dài, chúng ta thường thấy những mẩu nhỏ PA6 và các polyamide tương tự chưa nóng chảy còn sót lại, điều này thực tế làm suy yếu các thanh chắn nhiệt theo thời gian. Các nghiên cứu cho thấy việc sử dụng các biểu đồ nhiệt độ được tối ưu hóa đúng cách có thể cải thiện hiệu suất nóng chảy khoảng 27 phần trăm so với các hệ thống một vùng cũ kỹ. Điều này tạo ra sự khác biệt rõ rệt về chất lượng sản phẩm và giúp duy trì hoạt động sản xuất ổn định liên tục hàng ngày.
Máy đùn thường được chia thành ba vùng kiểm soát nhiệt:
Sự chênh lệch nhiệt độ giữa các khu vực có thể dẫn đến hiện tượng tăng đột biến - dòng chảy dao động có thể làm giảm độ chính xác về kích thước tới 32% trong các sản phẩm đòi hỏi độ chính xác cao như thanh cách nhiệt.
Bộ gia nhiệt hình trụ cung cấp 60-70% năng lượng nóng chảy cần thiết, phần còn lại được tạo ra bởi cơ chế cắt cơ học thông qua chuyển động quay của trục vít. Việc quá phụ thuộc vào nhiệt cắt có thể khiến các polymer nhạy cảm bị quá nhiệt; PA6 bị phân hủy trên 260 °C, ảnh hưởng đến tính chất cơ học của nó. Để duy trì sự cân bằng, các kỹ thuật viên áp dụng các phương pháp tốt nhất như:
Phương pháp tích hợp này giảm tiêu thụ năng lượng 22% trong khi đạt được độ ổn định nhiệt độ nóng chảy ± 1,5 °C trong suốt quá trình vận hành liên tục.
PVC và các polymer vô định hình khác nói chung cần được gia nhiệt chậm để tránh các vấn đề do sốc nhiệt. Các vật liệu bán tinh thể như PA6 hoạt động tốt hơn khi được gia nhiệt nhanh để vượt qua nhiệt độ chuyển thủy tinh mà không gặp sự cố. Một nghiên cứu ép đùn gần đây cho thấy việc thay đổi nhiệt độ các vùng trục vít chỉ 10 độ Celsius đối với PA6 thực tế có thể giảm chênh lệch độ nhớt khoảng 18%. Những điều chỉnh như vậy tạo ra sự khác biệt thực sự về chất lượng sản xuất. Đối với các cấp độ chịu va đập cao của những vật liệu này, các nhà sản xuất thường vận hành ở mức nhiệt độ thấp hơn từ 15 đến 20 độ so với các loại nhựa thông thường. Điều này giúp duy trì độ bền chảy phù hợp khi vật liệu thoát ra khỏi đầu die, điều này rất quan trọng để đạt được chất lượng sản phẩm ổn định trên dây chuyền.
Các tiêu chuẩn ngành xác định các khoảng xử lý cụ thể cho các vật liệu chắn phổ biến:
Thử nghiệm đùn năm 2024 xác nhận rằng các sai lệch vượt quá ±5 °C làm tăng độ mất ổn định kích thước của các cấp độ độn thủy tinh lên 22%.
Khi các vật liệu như PVC hoặc PA6 bị nóng quá mức trong quá trình đùn, chúng bắt đầu bị phân hủy ở cấp độ phân tử và không thể phục hồi lại được. Hiện tượng này thường xảy ra do vật liệu tiếp xúc lâu với các trục gia nhiệt quá nóng, đặc biệt nếu những trục này vận hành trên 240 độ C đối với PVC. Một vấn đề khác đến từ việc trục vít bên trong máy không được bôi trơn đúng cách, gây ra nhiệt ma sát dư thừa mà không ai mong muốn. Có những dấu hiệu trực quan cho thấy sự cố đã xảy ra. Ví dụ, PVC thường ngả sang màu vàng khi bị nấu quá mức, trong khi PA6 thường để lại những chấm đen nhỏ trên sản phẩm hoàn chỉnh. Và còn có những khuyết tật dạng mắt cá rất khó chịu xuất hiện trên sản phẩm cuối cùng. Một nghiên cứu gần đây được công bố vào khoảng năm 2023 đã đi sâu vào vấn đề này và phát hiện ra một số kết quả khá đáng lo ngại. Nghiên cứu cho thấy PA6 khi để ở nhiệt độ vượt quá 270 độ C sẽ mất đi khoảng một phần tư độ bền chỉ sau mười lăm phút. Trong khi đó, khi PVC bị quá nhiệt, nó thực sự bắt đầu phát thải khí axit clohydric mà người lao động có thể ngửi thấy và chắc chắn không muốn hít phải.
Việc kiểm soát nhiệt độ chính xác là yếu tố then chốt để cân bằng độ nhớt nhựa với độ ổn định dòng chảy trong các quá trình sản xuất. Khi làm việc với các dải ngăn cách PA6, phần lớn nhà sản xuất hướng tới việc duy trì nhiệt độ các vùng trục vít ở mức khoảng 250 đến 265 độ C. Dải nhiệt này giúp đảm bảo quá trình nóng chảy diễn ra phù hợp mà không gây nguy cơ xảy ra hiện tượng nhiệt phân. Nhiều hệ thống hiện đại ngày nay đã tích hợp bộ điều khiển PID có thể duy trì nhiệt độ trong phạm vi khoảng cộng hoặc trừ 1,5 độ. Những hệ thống tiên tiến này giảm các vấn đề vượt ngưỡng nhiệt khoảng bốn mươi phần trăm so với các phương pháp cặp nhiệt điện cũ. Các vận hành viên cũng dựa vào cảm biến áp suất dòng chảy để giám sát theo thời gian thực, cho phép họ điều chỉnh cài đặt khi các loại nhựa khác nhau đi qua hệ thống. Việc điều chỉnh như vậy trong quá trình chuyển đổi thực sự giúp giảm lãng phí vật liệu đồng thời duy trì sự nhất quán của sản phẩm từ mẻ này sang mẻ khác.
Khi tốc độ trục vít vượt quá 80 vòng/phút, nhiệt độ vật liệu nóng chảy có xu hướng tăng khoảng 8 đến thậm chí 12 độ Celsius do ma sát cắt, đặc biệt khi làm việc với vật liệu PA6. Ngành công nghiệp đã tìm ra các cách khắc phục vấn đề này. Nhiều nhà sản xuất hiện nay lắp đặt trục vít làm mát bằng nước cùng với các kênh làm mát được thiết kế tốt hơn. Những thay đổi này cho phép họ tăng sản lượng khoảng 12 phần trăm trong khi vẫn duy trì ở giới hạn nhiệt độ an toàn. Nhìn vào kết quả thực tế từ một ca thử nghiệm năm 2022, các công ty đã chứng kiến một điều khá ấn tượng. Khi kết hợp điều chỉnh tốc độ trục vít biến thiên với chiến lược làm mát tập trung, tỷ lệ phế phẩm của họ giảm gần 18% trong quá trình sản xuất dải PA6 liên tục. Mức cải thiện như vậy tạo ra sự khác biệt lớn cả về kiểm soát chất lượng lẫn chi phí cuối cùng tại hầu hết các nhà máy chế biến nhựa.
Quản lý nhiệt độ thực sự quan trọng trong quá trình xử lý PA6 nếu chúng ta muốn tránh các vấn đề như cong vênh, túi khí và sự hình thành tinh thể không đồng đều. Theo nghiên cứu được công bố năm ngoái trên một tạp chí về chế biến polymer, ngay cả những thay đổi nhỏ về nhiệt độ hơn mức cộng hoặc trừ 5 độ C ở các phần khác nhau của trục đùn cũng có thể làm tăng lượng phế liệu lên khoảng 27%. Khi khối nóng chảy quá nóng hoặc quá lạnh so với vùng nhiệt độ lý tưởng từ 240 đến 260 độ C, nhiều vấn đề phát sinh bao gồm các vệt dòng chảy khó chịu và hiện tượng phồng khuôn. Những khuyết tật này không chỉ ảnh hưởng đến vẻ ngoài mà còn làm giảm hiệu quả của các lớp cách nhiệt cả về cấu trúc lẫn tính chất cách nhiệt.
Nhóm đã sử dụng cấu hình trục vít bốn vùng, trong đó mỗi đoạn có kiểm soát chặt chẽ hơn đoạn trước. Vùng 4 cuối cùng hoạt động ở khoảng 255 độ C, sai lệch ±1,5 độ để duy trì dòng chảy vật liệu phù hợp. Họ thiết lập tốc độ trục vít ở mức từ 85 đến 90 vòng mỗi phút, giúp giảm các đợt tăng nhiệt đột ngột do lực cắt quá lớn, đồng thời vẫn đảm bảo năng suất khoảng 12 kilogram mỗi giờ. Việc phân tích dữ liệu hồng ngoại cũng cho thấy một điểm thú vị: khi thử nghiệm cấu hình này, nhiệt độ nóng chảy tối đa giảm khoảng 8 độ so với các cấu hình trước đó.
Sau khi thực hiện tất cả những tối ưu hóa đó, chúng tôi đã thấy một số cải thiện khá tốt. Độ bền kéo tăng lên đáng kể – tăng khoảng 18%, từ 75 MPa lên tới 89 MPa. Điều này đáp ứng các yêu cầu theo tiêu chuẩn ASTM D638 cần thiết cho hầu hết các công việc xây dựng hiện nay. Chúng tôi cũng nhận thấy một điều thú vị về tỷ lệ phế liệu. Tỷ lệ này giảm xuống chỉ còn 4,2%, tốt hơn khoảng 32% so với những gì chúng tôi ghi nhận trước đây. Và cũng đừng quên khoản tiền tiết kiệm được từ vật liệu. Mỗi tháng tiết kiệm được khoảng 14 nghìn đô la chỉ riêng từ việc giảm lãng phí nguyên vật liệu. Khi họ thực hiện kiểm tra chất lượng định kỳ, họ phát hiện gần 99 trên mỗi 100 sản phẩm đạt đúng kích thước yêu cầu. Thật sự là đầu ra ổn định! Hơn 10 nghìn mét được kiểm tra và gần như hoàn toàn đồng nhất.
Các hệ thống AI hiện đại có thể tối ưu hóa nhiệt độ ép trên bay bằng cách xem dữ liệu thời gian thực về độ nhớt vật liệu, chính xác trong khoảng 5%, cộng với việc theo dõi cách nhựa nóng chảy chảy qua máy. Các thuật toán thông minh điều chỉnh các phần khác nhau của thùng sưởi ấm trong các bước nhỏ đến 0,8 độ C theo nghiên cứu được công bố năm ngoái trên tạp chí Kỹ thuật nhựa. Điều này giúp ngăn chặn vật liệu bị phá vỡ khi các đợt sản xuất kéo dài hàng giờ. Một nhà sản xuất phụ tùng xe hơi lớn thấy vấn đề của họ với các dải nhựa PA6 bị cong giảm gần 30% sau khi thực hiện các hồ sơ nhiệt độ AI này. Họ kết hợp tốc độ của vít bên trong máy với những gì mỗi vùng sưởi ấm cụ thể thực sự cần, dẫn đến sản phẩm tốt hơn nhiều.
Các cảm biến IoT có độ phân giải cao theo dõi hơn bốn mươi yếu tố khác nhau cùng một lúc trong quá trình ép. Chúng theo dõi những thứ như áp suất nóng chảy xuống mức 0,2 bar và đo tốc độ cắt, cho phép điều chỉnh thông minh bất cứ khi nào vật liệu thay đổi. Việc giám sát chi tiết như vậy trở nên rất quan trọng khi làm việc với các vật liệu nhạy cảm với nhiệt độ như PVC, nơi giữ nhiệt độ trong vòng chỉ ba độ C tạo ra sự khác biệt. Các thử nghiệm gần đây từ năm 2023 cho thấy các hệ thống ép kết nối có thể duy trì điều kiện hoạt động lý tưởng trong suốt suốt 8 giờ sản xuất. Những thiết lập này đã giảm được lượng năng lượng tiêu thụ khoảng 18% trên mỗi kg sản xuất mà không ảnh hưởng đến cấu trúc phân tử của polyamide, điều mà các nhà sản xuất quan tâm sâu sắc vì lý do chất lượng sản phẩm.
Tin Tức Nổi Bật
POLYWELL chuyên về thanh cách nhiệt PA66, cung cấp hạt polyamide, máy ép, mold, máy cuộn và dịch vụ tùy chỉnh toàn diện một điểm đến.
Thị trấn Jinfeng, thành phố Zhangjiagang, thành phố Suzhou, tỉnh Giang Tô, Trung Quốc
Bản quyền © 2024 Suzhou Polywell Engineering Plastics Co., Ltd Chính sách bảo mật
EN
