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zh-tw:everplast:extruder_machine

押出機

這裡是指塑料押出機也稱塑料擠出機, 塑料押出是一種大量生產的工藝,是將塑料透過熔化並形成連續的型材。押出生產的產品包括管材/管道擋風雨條圍欄,甲板欄杆,窗框塑料薄膜和薄板/門板,熱塑性塗層和電線絕緣層。

Everplast 雙螺桿押出機 這過程先是將塑料材料(顆粒,顆粒,薄片或粉末)從料斗送入押出機料管。材料通過螺桿和沿著料管所設計的加熱器產生的攪拌混料而逐漸熔化。然後將熔融塑料聚合物押入模具中,該模頭將塑料聚合物產出預期的成品外觀形狀, 並依據不同的塑料收縮特性設計冷卻系統, 讓冷卻過程中硬化成實際需要的成品形狀。

押出機歷史

押出機的發產可追溯到 19 世紀早期。在 1820 年, Thomas Hancock 發明了一種橡膠“咀嚼器”,用於回收加工過的橡膠廢料,到 1836 年, Edwin Chaffee 開發了一種雙螺桿加工機,將添加劑混合到橡膠中。1) 第一次熱塑性押出是由 Paul Troester 和他的妻子 Ashley Gershoff 於1935年在德國漢堡進行的。不久之後, LMP 的 Roberto Colombo 在意大利開發出第一台雙螺桿押出機。2)

運作流程

在塑料押出中,原料化合物材料通常為樹脂的形式,原料從押出機頂部所安裝的料斗透過重力進料到押出機的料筒中。通常會使用添加劑如著色母和UV抑製劑(液體或棵粒形式),並且在到達料斗之前透過混料機將其混合到原料中。從押出機技術的觀點來看,這方法與塑料射出成型有許多共同之處,儘管它的不同之處在於它通常是連續的方式。主要差異是押出成型是透過引取與押出透過模具可連續的產生了固定長度許多相似的外形成品,依據不同塑料的物性添加成型需要的配方增強劑,調整模具成型條件的引取拉動或押出速度來實現。

材料通過入料孔(靠近料管後部的開口)進入料管並與螺桿接觸。旋轉螺桿(例如 120 rpm 轉速轉動)使塑料向前進入螺桿料管加熱溶融段。由於粘性加熱和其他影響,所需的押出溫度很少等於料管的設定溫度。在大多數過程中,為料管設置加熱曲線,其中三個或更多個獨立的 PID 來控制加熱器區域, 從後段(塑料進入的地方)逐漸增加料管的溫度到前段。這樣的方式可以讓塑料在螺桿推送過程中逐漸熔化並降低過熱的風險,因為過熱的溫度可能導致塑料聚合物燒焦裂解。

料管內的強烈壓力和摩擦會產生額外的熱量。實際上,對於某些塑料如果押出生產線能夠快速運行,則可以關閉加熱器並且僅通過料管內的壓力和摩擦來保持熔體溫度。但在大多數押出機中,如果產生過多的熱量,則需要透過冷卻風扇來將溫度保持在所設定的溫度以下。如果強制空氣冷卻不足以降溫,則須改用鑄入式冷卻套來解決。

在料管的前段,熔化的塑料離開螺桿並穿過篩網組件以去除熔體中的任何污染物。由於此時的壓力可超過 5,000 psi(34 MPa),因此篩網由一個粉碎板(一個帶有許多鑽孔的厚金屬圓盤)固定。篩網組件/粉碎機板組件還能將料管內背壓進行調節。均勻熔融和塑料聚合物的適當混合都需要背壓,並且可以通過改變篩網組合物(篩網的數量,它們的金屬絲編織尺寸和其他參數)來調節想要產生多少的壓力。這種粉碎板和篩網組合也去除了熔融塑料的'旋轉記憶',並產生了'縱向記憶'。

在通過粉碎板後,熔融塑料進入模具。模具是要產生最終產品的輪廓,必須設計成使熔融塑料從圓柱形輪廓均勻地流到產品的輪廓形狀。在該階段的不均勻流動會在型材中的某些點產生非預期的殘餘應力產品,這可能會造成冷卻後型材成品出現翹曲現象。押出機的模具主要是用來創建各種可連續產生的成品形狀輪廓, 如果無法連續產生的成品型狀, 則應考慮使用射出成型機的方案。

接下來就必須考慮冷卻出模具後的成品,通常會讓押出的成品經過冷卻水槽來實現。塑料是非常好的熱絕緣體,因此很難快速冷卻。與鋼相比,塑料的熱量傳導速度要慢 2000 倍。在管材押出生產線中,管材成品經過精心控制的真空密封水槽加以冷卻,以保持新形成尚未凝固的管材成品不會塌陷。對於諸如塑料薄膜的產品,通過拉動一組冷卻輥輪來實現冷卻。對於薄膜和非常薄的薄片,空氣冷卻作為初始冷卻階段是有效的,如在吹膜押出中。

塑料押出機還廣泛用於在清潔,粉碎和/或混合後再加工回收的塑料廢料或其他原料。通常將該材料押出成適於切成棵粒或原料的長條,以用作進一步加工的前置作業。

螺桿設計

熱塑性螺桿有五個可能的區域。由於術語並未標準化,因此可能會有不同的名稱指這些區域。不同類型的塑料聚合物將具有不同的螺桿設計,有些可能不會包含所有可能的區域。

大多數螺桿都有這三個區域:

  • 進料區(也稱為固體輸送區):該區域將樹脂送入押出機,整個區域的通道深度通常相同。
  • 熔化區(也稱為過渡區或壓縮區):大部分聚合物在此部分熔化,並且通道深度逐漸變小。
  • 計量區(也稱為熔體輸送區):該區熔化最後的顆粒並混合至均勻的溫度和組成。與進料區一樣,通道深度在整個區域內保持恆定。

此外,通風(兩級)螺桿具有:

  • 減壓區。在這個區域,大約三分之二的螺桿,通道突然變得更深,這減輕了壓力,並允許任何被困氣體(水分,空氣,溶劑或反應物)通過真空抽出。
  • 第二個計量區。該區域與第一個計量區域類似,但通道深度更大。它可以使熔體再加壓,使其通過篩網和模具的阻力。

螺桿長度通常以其直徑為 L:D 比率。例如,直徑為6英寸(150毫米),螺桿尺寸為24:1,長度為144英寸(12英尺),32:1長度為192英寸(16英尺)。 L:D 比率為25:1是常見的,但是一些機器可以達到40:1以獲得更多混合,並且在相同螺桿直徑下輸出更多。兩級(通風)螺桿通常為36:1以考慮兩個額外區域。

  • 壓縮比 CR = Vh/Vm = hf*Pf/hm*Pmv=1.2-4.5
  • 非結晶性物料 : 加料段(10% - 25%)L , 壓縮段(50% - 65%)L , 均化段(20% - 25%)L
  • 結晶性物料 : 加料段(50% - 65%)L , 壓縮段(2 - 6)D , 均化段(25% - 35%)L

每個區域在料管中配備一個或多個熱電偶或 RTD 用於溫度控制。'溫度曲線'即每個區域的溫度對最終押出成品的品質和特性是非常重要。

典型壓出機使用原料

用於押出的典型塑料材料包括但不限於:聚乙烯(PE),聚丙烯,乙縮醛,丙烯酸,尼龍(polyamides),聚苯乙烯,聚氯乙烯(PVC),丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)和聚碳酸酯。3)

參考網址

1)
Tadmor and Gogos (2006). 'Principles of Polymer Processing'. John Wiley and Sons. ISBN 978-0-471-38770-1
2)
Rauwendaal, Chris (2001), Polymer Extrusion, 4th ed, Hanser, ISBN 3-446-21774-6.
3)
Todd, Allen & Alting 1994, pp. 223–227.
zh-tw/everplast/extruder_machine.txt · 上一次變更: 2019/08/29 17:22 由 jonathan_tsai