Principi mecànic
El mecanisme bàsic d’extrusió és senzill: un cargol gira al canó i empeny el plàstic cap endavant. El cargol és en realitat un bisell o pendent que s’embolica al voltant de la capa central. El seu propòsit és augmentar la pressió per superar la gran resistència. En el cas d’una extrusora, hi ha tres tipus de resistència que cal superar: la fricció de les partícules sòlides (aliment) contra la paret del cilindre i la fricció mútua entre les bobines abans de la rotació del cargol (zona d’alimentació ); Adhesió a la paret del barril; La resistència interna del flux de la fosa a mesura que s’empeny cap endavant.
Si un objecte no es mou en una direcció determinada, la força de l'objecte s'equilibra en aquesta direcció. El cargol no es mou en la direcció axial, tot i que pot girar lateralment ràpidament a prop de la circumferència. Per tant, la força axial del cargol està equilibrada i, si aplica una gran empenta cap endavant a la fosa de plàstic, també aplica una empenta cap enrere idèntica a l'objecte. Aquí, l’empenta aplicada és el rodament que actua sobre l’empenta que hi ha darrere del port d’alimentació.
La majoria dels cargols simples són fils de la dreta, com ara cargols i cargols utilitzats en la fusta i la maquinària. Si miren des de la part posterior, giren en el sentit contrari perquè intenten girar el barril en la mesura del possible. En algunes extrusores de bessó, els dos cargols giren en direccions oposades en dos cilindres i creuen-se els uns als altres, de manera que cal ser de la dreta i l’altre s’ha de ser esquerra. En altres cargols bessons oclusals, els dos cargols giren en la mateixa direcció i han de tenir la mateixa orientació. Tanmateix, en qualsevol dels dos casos, hi ha una empenta que absorbeix la força endarrerida i el principi de Newton encara s'aplica.
2. Principi tèrmic
Els plàstics extrusibles són termoplàstics: es fonen quan s’escalfen i es solidifiquen de nou al refredar -se. D’on prové la calor del plàstic fos? El preescalfament d’alimentació i els escalfadors de canó/matriu poden funcionar i són importants en la seva creació Font de calor important per a plàstics, excepte els sistemes petits, cargols de baixa velocitat, plàstics de temperatura de fusió alta i aplicacions de recobriment d’extrusió.
Per a la resta d’operacions, és important reconèixer que l’escalfador de barril no és la font principal de calor en funcionament i, per tant, l’efecte sobre l’extrusió és inferior al que esperàvem (vegeu Principi 11). La temperatura post-cilindre pot ser encara important perquè afecta la velocitat de transport de sòlids a les dents o a l’alimentació. Les temperatures de matrius i motlles han de ser generalment la temperatura de fusió desitjada o propera a aquesta temperatura, tret que s’utilitzin per a un propòsit específic com el vidre, la distribució de líquids o el control de la pressió.
3. Principi de desacceleració
En la majoria dels extrusors, el canvi de velocitat del cargol s’aconsegueix ajustant la velocitat del motor. El motor normalment gira a tota velocitat d’aproximadament 1750 rpm, però això és massa ràpid per a un cargol d’extrusidor. Si es gira a una velocitat tan ràpida, es genera massa calor de fricció i el temps de residència del plàstic és massa curt per preparar una fosa uniforme i ben provocada. Les relacions de desacceleració típiques oscil·len entre 10: 1 i 20: 1. La primera etapa pot ser l’engranatge o la politja, però la segona etapa utilitza engranatges i el cargol es posiciona al centre de l’últim gran engranatge.
En algunes màquines lentes (com ara bessons per a UPVC), pot haver-hi 3 etapes de desacceleració i la velocitat màxima pot ser tan baixa com 30 rpm o inferior (fins a una proporció de 60: 1). A l’altre extrem, alguns bessons molt llargs per a l’agitació poden funcionar a 600 rpm o més ràpid, requerint així una taxa de desacceleració molt baixa i una gran quantitat de refredament profund.
De vegades, la taxa de desacceleració no es troba amb la tasca (hi haurà massa energia per utilitzar) i és possible afegir un bloc de politges entre el motor i la primera fase de desacceleració que canvia la velocitat màxima. Això augmenta la velocitat del cargol per sobre del límit anterior o disminueix la velocitat màxima per permetre que el sistema funcioni a un percentatge més gran de velocitat màxima. D’aquesta manera augmentarà l’energia disponible, reduirà l’amperatge i evitarà problemes motors. En ambdós casos, la producció pot augmentar en funció del material i de les seves necessitats de refrigeració.
4. alimentar -se com a refrigerant
L’extrusió transfereix l’energia del motor, de vegades el calefactor, al plàstic fred, convertint -lo de sòlid a fondre. L’alimentació d’entrada és més fresc que el barril i el cargol de les temperatures de la superfície de la zona d’alimentació. Tot i això, la superfície del barril de la zona d’alimentació està gairebé sempre per sobre del rang de fusió del plàstic. Es refreda per contacte amb les partícules d’alimentació, però la calor es conserva per la calor transferida a l’extrem frontal calent i la calefacció controlada. Fins i tot després que la calor viscosa de la calor final es mantingui i no es requereixi cap entrada de calor del barril, es pot requerir el escalfador. L’excepció més important és el cartutx d’alimentació ranurada, que és gairebé exclusivament per a HDPE.
La superfície de l’arrel de cargol també es refreda per l’alimentació i està aïllada de la paret del canó per les partícules d’alimentació de plàstic (i l’aire entre les partícules). Si el cargol s’atura de sobte, l’alimentació també s’atura i a mesura que la calor es mou cap a l’extrem davanter més calent, la superfície del cargol es fa més calent a la zona d’alimentació. Això pot causar adhesió o pont de les partícules a les arrels.
5. A la zona d’alimentació, enganxeu -vos al cilindre i llisqueu -lo al cargol
Per tal de maximitzar la quantitat de sòlids transportats a la zona d’alimentació de barril llis d’una sola extrusora de cargol, les partícules s’han d’enganxar al barril i lliscar cap al cargol. Si les partícules s’enganxen a l’arrel del cargol, res no les tira cap avall; Es redueix el volum del pas i la quantitat de sòlids. Un altre motiu de mala adhesió a les arrels és que el plàstic es pot escalfar aquí i produir gels i partícules contaminants similars, o bé adherir -se intermitentment i trencar -se amb canvis en la velocitat de sortida.
La majoria dels plàstics llisquen de forma natural a les arrels perquè són freds quan entren i la fricció no escalfa les arrels tan calentes com les parets. Alguns materials són més propensos a adherir-se que d’altres: PVC altament plastificat, PET amorf i alguns copolímers basats en poliolefines amb propietats adhesives desitjades per a l’ús final.
Per al barril, és necessari que el plàstic s’adhereixi aquí de manera que es rasgui i s’enfonsi cap endavant pel fil de cargol. Hi hauria d’haver un alt coeficient de fricció entre els grànuls i el canó, i el coeficient de fricció està fortament influenciat per la temperatura del barril posterior. Si les partícules no s’enganxen, simplement giren al seu lloc sense avançar, és per això que l’alimentació suau no és bona.
La fricció superficial no és l’únic factor que afecta l’alimentació. Moltes partícules no toquen mai el barril ni l’arrel del cargol, de manera que hi ha d’haver enllaços de fricció i mecànica i viscositat dins de les partícules.
Un cilindre solt és un cas especial. L’abeurador es troba a la zona d’alimentació i la zona d’alimentació està aïllada tèrmicament de la resta del barril i es refreda profundament d’aigua. El fil empeny les partícules a la ranura i crea una pressió molt alta a una distància relativament curta. Això augmenta la tolerància de la picada de la sortida inferior del mateix cargol a la mateixa sortida, de manera que la calor de fricció generada a l’extrem frontal es redueix i la temperatura de fusió és menor. Això pot suposar una producció més ràpida en línies de pel·lícules bufades de refrigeració. El dipòsit és particularment adequat per a HDPE, que és el plàstic comú més llis, excepte els plàstics fluorats.
6. El material més car
En alguns casos, els costos materials poden representar el 80% del cost de la producció-més que la resta de factors, excepte els productes especialment importants en la qualitat i els envasos, com ara catèters mèdics. Aquest principi condueix de forma natural a dues conclusions: els processadors han de reutilitzar la ferralla i la ferralla el màxim possible en lloc de les matèries primeres i s’adhereixen estrictament a les toleràncies el màxim possible per evitar les desviacions del gruix objectiu i els problemes de producte.
7. Els costos energètics són relativament poc importants
Tot i que l’atractiu i els problemes reals d’una fàbrica són al mateix nivell que l’augment dels costos d’energia, l’energia necessària per executar una extrusora continua sent una petita fracció del cost total de producció. Sempre és el cas perquè els costos del material són molt elevats i l’extrusora és un sistema eficaç. Si s’introdueix massa energia, el plàstic es farà ràpidament tan calor que no es pot processar correctament.
8. La pressió al final del cargol és molt important
Aquesta pressió reflecteix la resistència de tots els objectes aigües avall del cargol: la pantalla del filtre i la placa de trituradora contaminada, el tub de transferència de l’adaptador, l’agitador fix (si n’hi ha) i el propi motlle. Depèn no només de la geometria d’aquests components, sinó també de la temperatura del sistema, que al seu torn afecta la viscositat i el rendiment de la resina. No depèn del disseny del cargol, excepte quan afecta la temperatura, la viscositat i el rendiment. Per raons de seguretat, la mesura de la temperatura és important: si és massa alta, la matriu i el motlle poden explotar i perjudicar les persones o màquines properes.
La pressió és avantatjosa per a l’agitació, especialment a l’última zona del sistema de cargol únic (zona de mesurament). Tanmateix, l’alta pressió també significa que el motor ha de produir més energia i, per tant, la temperatura de fusió és més elevada, cosa que pot dictar el límit de pressió. En un cargol bessó, el compromís dels dos cargols entre ells és un agitador més eficient, de manera que no es requereix pressió per a aquest propòsit.
A la fabricació de peces buides, com els tubs elaborats amb motlles d’aranya centrades en l’aranya amb claudàtors, s’ha de crear una pressió alta dins del motlle per ajudar a la recombinació de corrents separats. En cas contrari, el producte al llarg de la línia de soldadura pot ser feble i es poden produir problemes durant l’ús.
9. Sortida = desplaçament del darrer fil / - Flux de pressió i fuites
El desplaçament de l’últim fil s’anomena flux positiu i només depèn de la geometria del cargol, de la velocitat del cargol i de la densitat de fusió. Està regulat pel flux de pressió i en realitat inclou un efecte d’arrossegament que redueix la sortida (indicada per la pressió més alta) i qualsevol efecte de sobrecàrrega en l’alimentació que augmenta la sortida. La filtració del fil pot estar en dues de les dues direccions.
També és útil calcular la sortida per rpm (rotació), ja que això representa qualsevol caiguda de la capacitat de bombament del cargol alhora. Un altre càlcul relacionat és la sortida per potència o quilowatt utilitzat. Això representa l'eficiència i és capaç d'estimar la capacitat de producció d'un determinat motor i unitat.
10. La taxa de cisalla té un paper important en la viscositat
Tots els plàstics comuns tenen propietats reductors de cisalla, el que significa que la viscositat es fa més baixa a mesura que el plàstic es mou més i més ràpid. Aquest efecte d'alguns plàstics es nota especialment. Per exemple, alguns PVC augmenten el cabal en un factor de 10 o més quan es duplica l’empenta. Per contra, la força de cisalla LLDPE no es redueix massa i el cabal només s’incrementa de 3 a 4 vegades quan el raonament es duplica. L’efecte reduït de reducció de cisalla significa una alta viscositat en condicions d’extrusió, cosa que al seu torn significa més potència motora. Això pot explicar per què LLDPE funciona a una temperatura més alta que LDPE. El cabal s’expressa en velocitat de cisalla, aproximadament 100 s-1 al canal de cargol, entre 100 i 100 s-1 en la majoria de perfils de matrius, i superior a 100 s-1 en la bretxa entre els fils i la paret i alguns petits morir les llacunes. El coeficient de fusió és una mesura de viscositat utilitzada habitualment, però es reverteix (per exemple, el flux/empenta en lloc de l’empenta/flux). Malauradament, la mesura no és una veritable mesura en una extrusora amb una velocitat de cisalla de 10 S-1 o menys i un cabal de fusió molt ràpid.
11. El motor és oposat al cilindre i el cilindre és oposat al motor.
Per què l'efecte de control del cilindre no sempre és el mateix que s'esperava, especialment a la zona de mesurament? Si el cilindre s’escalfa, el cilindre
