Dovoľte mi začať niečím, čo mi utkvelo v pamäti.
Minulý rok som navštívil avýroba profilovzávod v Dongguan. Vedúci dielne Old Zhou ukázal na bežiaci extrudér a povedal mi: "Vidíš túto vec? Princíp je úplne jednoduchý. Nelíši sa od vytláčania zubnej pasty z tuby."
Myslel som, že žartuje.
Ukázalo sa, že po tom, čo sa skutočne dostal do tohto odvetvia, sa nemýlil-aspoň nie v základnej koncepcii. Vytláčanie, ako už názov napovedá, zahŕňa lisovanie hmoty cez otvor, aby sa vytvoril tvar. Rovnako ako keď stlačíte koniec tuby zubnej pasty, vytlačená zubná pasta má tvar ako ten malý okrúhly otvor. Princíp vytláčania plastov je podobný, až na to, že váš prst je nahradený rotujúcou skrutkou, zubná pasta sa stáva roztaveným plastom a otvor tuby sa stáva precíznou-opracovanou formou.
Ale „jednoduché“ znamená niečo úplne iné, keď hovoríme o priemyselnej výrobe.
Čo tu teda presne vytláčame
Vytláčanie profilu je proces vytvárania súvislých plastových tvarov pomocou vytláčania. Nezahŕňa listy ani filmové výrobky. Mnoho ľudí si zamieňa „extrúziu“ ako všeobecný pojem s „extrúziou profilu“ konkrétne. Vytláčanie plastov je veľká rodina-vyfukovaných fólií, liatych fólií a vytláčaných listov. Vytláčanie profilu sa však konkrétne týka produktov s konzistentným prierezom-. Rám z PVC okolo vášho okna, infúzna hadička v nemocnici, dokonca aj slamka v nápoji McDonald's-narežte ho kdekoľvek po jeho dĺžke a tvar prierezu-zostane rovnaký. To je profil.
Výrobky vyrobené vytláčaním profilu môžu byť pevné, ako napríklad vinylové obklady, alebo duté, ako slamky na pitie.
Ako robíte duté? Do matrice musíte umiestniť kolík alebo tŕň a fúkať vzduch cez stred, aby sa produkt nezrútil. Keď som to počul prvýkrát, musel som o tom chvíľu premýšľať, ale potom to dávalo zmysel,-ak robíte niečo duté a nepodopierate to zvnútra, samozrejme, že sa to prepadne.
Čo dokáže jedna skrutka
Srdcom extrudéra je skrutka. Sranda je, že pre taký masívny priemysel vyzerá najdôležitejší komponent ako nadrozmerná skrutka do dreva.
Skrutka sa otáča kontrolovanou rýchlosťou, zvyčajne až 120 otáčok za minútu, pričom posúva plastové pelety dopredu cez valec. Valec sa zahrieva na požadovanú teplotu topenia, ktorá sa pohybuje od 200 stupňov do 275 stupňov v závislosti od toho, aký polymér používate.
Ale táto skrutka nielen posúva materiál dopredu. Súčasne prepravuje, stláča, taví a homogenizuje. Keď plastové pelety padajú zo zásobníka, sú pevné. Keď ich skrutka tlačí dopredu, ohrievajú sa vonkajšími ohrievačmi na hlavni a zároveň sa strihajú medzi lopatkami skrutky a stenou hlavne. Kým sa dostanú na predný koniec, sú úplne roztavené.
Tu je niečo, čo sa často prehliada: teplota suda je do značnej miery výsledkom šmykového zahrievania a niekedy skutočne potrebujete dodatočné chladenie, aby ste udržali plast v rámci spracovateľského okna.
Väčšina ľudí predpokladá, že extrudér používa iba tieto vonkajšie ohrievače na roztavenie plastu. V skutočnosti predstavuje šmykový ohrev značnú časť vstupnej energie. Videl som skúsených operátorov, ako vylaďujú stroje tak, že v skutočnosti stíšia výkon ohrievača a nechajú strih urobiť viac práce-ušetrí elektrickú energiu, ale čo je dôležitejšie, šmykom-indukované tavenie má tendenciu byť rovnomernejšie.
O tej smrti
Kocka je miesto, kde sa odohráva skutočná inžinierska mágia. Nie som fanúšikom kvetnatého jazyka, ale je pravda,-že kocka je technicky najnáročnejší komponent v celom systéme.
Zamyslite sa nad tým. Roztavený plast je tekutina. Keď opustí kocku, napučí (nafúknu to, hovoria tomu). Keď sa ochladí, stiahne sa. Rôzne časti sa ochladzujú rôznou rýchlosťou, takže zmršťovanie nie je ani rovnomerné. Ak chcete získať konečný produkt, ktorý zodpovedá konštrukčným špecifikáciám, musia to všetko zohľadňovať prietokové kanály matrice.
A kocka nie je len kus ocele s vyrezaným otvorom. Vyvážená matrica je nevyhnutná pre dobrú rozmerovú kontrolu. "Vyvážený" znamená, že tavenina prúdi približne rovnakou rýchlosťou v celom priereze-. Ak je prietok nerovnomerný, váš profil je na jednej strane hrubý a na druhej tenký, alebo sa jedna časť ochladzuje pred druhou a máte problémy.
Poznám fabriku, ktorá vyrába zložité profily. Tri mesiace strávili len na skúškach so smrťou. Prierez mal sedem alebo osem nepravidelných drážok, najtenšia stena pod 1 mm, najhrubšia takmer 8 mm. S takouto variáciou je dosiahnutie rovnováhy toku nočnou morou.
Nerobí sa, kým nevychladne
Plast vychádzajúci z matrice je stále mäkký. Niečo ako teplý syr. Musíte sa rýchlo zafixovať v tomto tvare.
Najbežnejším prístupom je vodné chladenie. Profil ide priamo z matrice do vodnej nádrže. Vnútri nádrže sú upínacie prvky, ktoré držia stále-mäkký profil v tvare, kým tvrdne. V prípade produktov, ktoré vyžadujú prísnejšie tolerancie, pridáte vákuovú kalibráciu-mäkký profil prechádza cez kalibrátor, na vonkajšiu stranu sa aplikuje vákuum a malé otvory po obvode nasávajú plast smerom von k stenám kalibrátora. Ide v podstate o kontinuálne vákuové tvarovanie.
Chladenie vyzerá ako nudná časť procesu, ale existuje veľa spôsobov, ako to pokaziť. Ochladzujte príliš rýchlo a teplotný gradient medzi vnútorným a vonkajším prostredím vytvára vnútorné napätie-deformácia sa prejaví neskôr. Chladíte príliš pomaly a vaša výstupná rýchlosť trpí, navyše je profil stále mäkký, keď ho sťahovák uchopí a vy sa natiahnete.
Teplota vody, prietok, dĺžka kalibrátora, rýchlosť{0}}vypínania{1}}všetko musí byť koordinované.
Vytiahnutie-kontroluje a koordinuje rýchlosť, ktorou sa profil vyťahuje z matrice. Táto rýchlosť musí zodpovedať rýchlosti vytláčania. Príliš rýchle a profil sa natiahne tenký. Príliš pomalé a materiál sa hromadí na výstupe z matrice. Znie to jednoducho. Ladenie sú všetky detaily.
Pár slov o materiáloch
Ľudia v extrúzii radi žartujú: "Vytláčame plast, ale to, čo v skutočnosti strácame, sú naše vlasy." Pomýlite si formuláciu a všetko ide bokom.
Typické materiály zahŕňajú polyetylén, polypropylén, polyacetál, akryl, nylon, polystyrén, PVC, ABS a polykarbonát. Okrem iných.
To je veľa mien, ale v skutočnej produkcii sa väčšinou zaoberáte hŕstkou.
PVCje kráľom vo svete profilov. Žiadna blízka sekunda. Okná budov, odtokové potrubia, káblové kanály-je všade. Vysoký obsah chlóru spôsobuje, že sa PVC ťažko vznieti a obmedzuje uvoľňovanie tepla. Je samozhášavý, čo znamená, že prestane horieť po odstránení zdroja vznietenia. Pri stavebných materiáloch je požiarna odolnosť obrovská. Navyše PVC je lacné, odolné proti korózii-a môžete ho urobiť pevným alebo pružným pridaním zmäkčovadiel. Má samozrejme aj nevýhody{10}}úzke spracovateľské okno, slabá tepelná stabilita. Formuláciu musíte naplniť stabilizátormi, inak sa znehodnotí skôr, ako vôbec vyjde z formy.
PEje hlavne pre potrubia. Plynovody používajú polyetylén, pretože odoláva korózii z plynu aj z podzemného prostredia. Vodovody ho používajú z rovnakého dôvodu a pomáha udržiavať vodu čistú. Dobrá flexibilita znamená, že zvládne sadanie pôdy. Tepelne-tavené spoje sú pevnejšie ako samotné potrubie.
ABSmá vynikajúcu odolnosť proti nárazu vďaka butadiénovej zložke aj pri nízkych teplotách. Ale vystavenie UV žiareniu spôsobuje mikrotrhlinky, takže vonkajšie aplikácie vyžadujú opatrnosť.
ASAje vynikajúci materiál pre vonkajšie použitie, pre profily, ktoré budú dlhodobo vystavené slnečnému žiareniu. Toto veľa ľudí nepozná. Je to v podstate ABS s butadiénom vymeneným za akrylátový ester, čo výrazne zvyšuje odolnosť voči poveternostným vplyvom.
Čo sa týka všetkých ostatných vecí, ktoré sú súčasťou formulácie: farbivá pre vzhľad, UV stabilizátory na zabránenie fotodegradácie, antioxidanty na spomalenie starnutia, lubrikanty na zlepšenie toku a zníženie trenia, retardéry horenia na zníženie horľavosti. Tiež tepelné stabilizátory, plnivá, tužidlá, pomocné látky pri spracovaní... Vyzretá formulácia môže mať tucet komponentov, z ktorých každý sa vyberá rozsiahlymi pokusmi a omylmi.
Ko-extrúzia si zaslúži svoju vlastnú sekciu
Ko-extrúzia je súčasné vytláčanie viacerých vrstiev materiálu. Používate dva alebo viac extrudérov, ktoré privádzajú rôzne plasty kontrolovanou rýchlosťou do jednej vytláčacej hlavy, ktorá ich spája do požadovanej formy.
Prečo sa trápiť?
Pretože v mnohých skutočných-aplikáciách nemôže žiadny polymér splniť všetky požiadavky. Povedzme, že chcete profil, ktorého vonkajšia vrstva musí byť tvrdá,-odolná proti opotrebovaniu a{3}}dobrý vzhľad, zatiaľ čo vnútorná vrstva musí byť mäkká, elastická a schopná tvoriť tesnenie. Jeden materiál nedokáže oboje. Ko-extrúzia vám umožňuje spustiť dva materiály naraz, spojiť ich v matrici a vyjsť ako jeden integrovaný kus.
Koextrúzia s dvojitým tvrdomerom- spája dva materiály s rôznymi zónami tvrdosti prostredníctvom tej istej matrice, čo dáva produktu štrukturálnu tuhosť aj flexibilitu. Tesnenia dverí a okien, tesnenia spotrebičov, rôzne priemyselné tesniace aplikácie-tam sa to prejavuje.
Klasickým príkladom sú tesnenia dverí auta. Časť, ktorá sa prichytáva na plech, je pevná. Časť, ktorá sa dotýka skla alebo panelu tela, je mäkká. Dva materiály, jeden prechádza cez matricu. Ak by ste ich vyrobili samostatne a pokúsili by ste sa ich zlepiť, stálo by to viac a spojenie by nebolo také spoľahlivé.
Je to zložitejšie. Tri-extrúzia vedie cez jednu matricu tri rôzne kompatibilné materiály, ktoré sa často používajú na lekárske zariadenia a katétre. Lekárske hadičky majú náročné požiadavky-vnútorná vrstva musí byť biokompatibilná, pretože prichádza do styku s krvou alebo liekmi, stredná vrstva potrebuje pevnosť a odolnosť proti zalomeniu, vonkajšia vrstva musí byť klzká na vloženie. Tri funkcie, tri materiály, jeden záber.
Zostava na produkčnom poschodí
Kompletná linka na vytláčanie profilov od začiatku do konca vyzerá približne takto:
Systém skladovania/sušenia materiálu → Extrudér → Menič sita → Matrica → Kalibračná/chladiaca nádrž → Odvoz-vypnutý → Rezačka → Zber/stohovanie
Už zakrytý extrudér. Menič sita slúži na filtráciu-zachytáva neroztopené kúsky a nečistoty. Ťah-je ten pár valcov, ktoré ťahajú profil dopredu konštantnou rýchlosťou. Frézy sa dodávajú v rôznych typoch v závislosti od produktu-píly, nožnice, odrezky.
Flexibilné profily sa zvyčajne navíjajú na vyhradených navíjacích strojoch. Pevné profily sa pília alebo strihajú na dĺžku.
Niektoré produkty tiež vyžadujú{0}}lineové spracovanie. Dierovanie, vŕtanie a drážkovanie sú typické operácie. Atramentová tlač umožňuje značenie šarží a produktov. V-riadkové dierovanie je oveľa efektívnejšie ako v režime offline, pretože profil sa stále posúva v riadku{5}}dierovacia hlava s ním cestuje, zasiahne a je hotovo.
Rýchla poznámka o kvalite
Veľa tovární nevenuje veľkú pozornosť správnemu nastaveniu,-pokiaľ profil vyzerá prijateľne, predpokladajú, že extrudér je správne nastavený.
To trafil klinec po hlavičke. Mentalita mnohých závodov je taká, že „ak sa odošle, je to v poriadku“, a keď sa stroj dostane do určitého --poriadku, nikto sa ho už nedotkne. Ale pre ten istý produkt môže optimalizácia parametrov znížiť spotrebu energie o 20 % a výrazne zlepšiť konzistenciu.
Regulácia teploty je všetko. Presná regulácia teploty vytvára dobrý produkt a minimalizuje náklady na energiu. Termočlánky potrebujú pravidelnú kontrolu. Keď predtým dobre{3}}vyvážená matrica začne produkovať nerovnomerné profily, je to často preto, že termočlánky už neriadia správne teplotu matrice. Termočlánky sa časom posúvajú-na displeji sa zobrazuje 180 stupňov, ale skutočný môže byť 195 stupňov -a problémy sa pomaly vkrádajú.
Kam to všetko speje
Túto časť netreba príliš rozvádzať, pretože profily sú proste všade.
Vytláčanie profilov je jedným z najobjemovejších{0}}procesov vo výrobe plastov, pri ktorom sa vyrába všetko od rúrok cez okná až po lekárske hadičky.
Stavebníctvo využíva najviac. Okenné rámy, dverné rámy, obklady, soklové lišty, káblové kanály-všetky extrudované.
Lekárstvo používa najväčšiu presnosť. Skúmavky a katétre na kvapkanie krvi sú zložené z plastových materiálov a výstuže, ktoré si vyžadujú sterilizáciu po-výrobe.
Automobilový priemysel používa najväčšiu rozmanitosť. Tesnenia, ozdobné lišty, hadičky, ochrana káblových zväzkov-jedno auto môže mať desiatky rôznych extrudovaných profilov.
Spotrebný tovar je samozrejmosťou. Slamky, vešiaky, baliace popruhy, závesy...
Záverečné myšlienky
Vytláčanie profilov je veľkoobjemový{0}}výrobný proces známy minimálnym odpadom, nízkymi nákladmi, rýchlou obrátkou a všestrannosťou so surovinami. Môže tiež dosiahnuť špecifické vlastnosti, ako je odolnosť proti ohňu, trvanlivosť, chemická odolnosť a tepelná odolnosť.
Všetko pravda, pokiaľ ide o odrážky z učebnice. Myslím si však, že to, čo skutočne dáva tomuto procesu jeho pretrvávajúcu silu, je kontinuita. Vstrekovanie funguje v cykloch-forma sa otvára, forma sa zatvára, medzi výstrelmi je mŕtvy čas. Extrúzia len udržiava pumpovanie materiálu von. Ak chcete, môžete to spustiť nepretržite 24 hodín. Táto výhoda kontinuity z hľadiska nákladov je takmer zdrvujúca, keď hovoríme o veľkoobjemovej-výrobe.
Samozrejme, existujú obmedzenia. Môžete vytvárať iba produkty s konštantnými prierezmi-. Presnosť je nižšia ako pri vstrekovaní. Komplexné 3D geometrie neprichádzajú do úvahy. Ale v jeho kormidlovni sa nič iné nepribližuje.
Technologický a materiálový pokrok neustále pretvára krajinu vytláčania profilov. Integrácia pokročilého návrhového a simulačného softvéru, vývoj-vysokovýkonných polymérov-rozširuje to, čo je možné z hľadiska inovatívnych a multifunkčných profilov.
Profily, ktoré sa pred desiatimi rokmi nedali robiť, sa dajú robiť aj teraz. Parametre, ktoré predtým úplne záviseli od intuície skúsených operátorov, je teraz možné simulovať v softvéri. Priemysel ide stále dopredu. Základné princípy sa za storočie príliš nezmenili, ale rozsah toho, čo môžete dosiahnuť, neustále rastie.
Ešte jedna vec, veselé Vianoce!