Quando se trata de extrusão de tubos plásticos, estes 11 princípios básicos devem ser seguidos!

Tecnologia Co. de Ningbo Fangli, Ltd.é umfabricante de equipamentos mecânicoscom quase 30 anos de experiênciaequipamento de extrusão de tubos de plástico, nova proteção ambiental e novos equipamentos de materiais. Desde a sua criação, o Fangli foi desenvolvido com base nas demandas do usuário. Através da melhoria contínua, P&D independente na tecnologia principal e digestão e absorção de tecnologia avançada e outros meios, desenvolvemosLinha de extrusão de tubo de PVC, Linha de extrusão de tubo PP-R, Abastecimento de água PE / linha de extrusão de tubo de gás, que foi recomendado pelo Ministério da Construção Chinês para substituir produtos importados. Ganhamos o título de “Marca de primeira classe na província de Zhejiang”.

01  Princípios mecânicos

O mecanismo básico de extrusão é muito simples: um parafuso gira no cilindro e empurra o plástico para frente. O parafuso é na verdade uma superfície inclinada ou inclinada que circunda a camada central. Sua finalidade é aumentar a pressão para superar maiores resistências. Por umextrusora, existem três tipos de resistência que precisam ser superados: o atrito das partículas sólidas (alimentação) contra a parede do cano e seu atrito mútuo durante as primeiras rotações da rosca (a zona de alimentação); a adesão do fundido à parede do barril; e a resistência logística dentro do fundido à medida que ele avança.

Newton explicou certa vez que se um objeto não se move em uma determinada direção, então as forças sobre esse objeto são equilibradas nessa direção. Um parafuso não se move na direção axial, embora possa girar lateralmente e rapidamente próximo à circunferência. Portanto, a força axial no parafuso é equilibrada e, se exercer um grande impulso para a frente no plástico fundido, também exercerá um impulso igual para trás no objeto. Neste caso, o impulso que ele exerce está no rolamento atrás da entrada - o rolamento de impulso.

A maioria dos parafusos individuais são roscas direitas, como parafusos e porcas usados ​​em marcenaria e máquinas. Se vistos de trás, eles estão em contra-rotação porque estão tentando sair do cano o mais para trás que podem. Em algunsextrusoras de duplo parafuso, os dois parafusos giram para trás e se cruzam em ambos os canos, portanto um deve ser destro e o outro canhoto. Em outros parafusos duplos ocluídos, os dois parafusos giram na mesma direção e, portanto, devem ter a mesma orientação. No entanto, em ambos os casos existem rolamentos axiais que absorvem a força inversa e o princípio de Newton ainda se aplica.

02  Princípio térmico

Os plásticos extrudáveis ​​são termoplásticos – derretem quando aquecidos e solidificam novamente quando resfriados. De onde vem o calor para derreter os plásticos? O pré-aquecimento da alimentação e os aquecedores do cilindro/molde podem desempenhar um papel e são importantes na partida, mas a energia de entrada do motor - o calor friccional gerado no cilindro quando o motor gira o parafuso contra a resistência do fundido viscoso - é a fonte de calor mais importante para todos os plásticos, exceto para sistemas pequenos, parafusos de baixa velocidade, plásticos com alta temperatura de fusão e aplicações de revestimento por extrusão.

Para todas as outras operações, é importante reconhecer que o aquecedor de barril não é a principal fonte de calor na operação e, portanto, desempenha um papel menor na extrusão do que poderíamos esperar (ver Princípio 11). A temperatura do barril traseiro ainda pode ser importante porque afeta o engate ou a taxa de transporte de sólidos na alimentação. As temperaturas da matriz e do molde normalmente devem ser a temperatura de fusão desejada ou próxima dela, a menos que sejam utilizadas para uma finalidade específica, como envernizamento, distribuição de fluidos ou controle de pressão.

03  Princípio de desaceleração

Na maioriaextrusoras, a velocidade do parafuso é variada ajustando a velocidade do motor. O motor geralmente gira a uma velocidade máxima de cerca de 1750 rpm, mas isso é rápido demais para uma rosca extrusora. Se ele girar a uma velocidade tão rápida, será gerado muito calor de fricção e o tempo de retenção do plástico será muito curto para preparar um fundido homogêneo e bem misturado. As taxas de redução típicas estão entre 10:1 e 20:1. O primeiro estágio pode ser uma engrenagem ou um conjunto de polias, mas o segundo estágio é composto apenas por engrenagens e o parafuso é posicionado no centro da última engrenagem grande.

Em algumas máquinas de funcionamento lento (como parafusos duplos para UPVC) pode haver 3 estágios de desaceleração e a velocidade máxima pode ser tão baixa quanto 30rpm ou menos (uma proporção de 60:1). No outro extremo, alguns dos parafusos duplos muito longos usados ​​para mixagem podem funcionar a 600 rpm ou mais rápido e, portanto, requerem uma taxa de desaceleração muito baixa, bem como muito resfriamento profundo.

Às vezes, a taxa de desaceleração não corresponde corretamente à tarefa - haverá muita energia para usar - e é possível adicionar um bloco de polia entre o motor e o primeiro estágio de desaceleração para alterar a velocidade máxima. Isto aumenta a velocidade da rosca além do limite anterior ou reduz a velocidade máxima, permitindo que o sistema funcione a uma percentagem maior da velocidade máxima. Isto aumentará a energia disponível, reduzirá a amperagem e evitará problemas no motor. Em ambos os casos, a produção pode aumentar dependendo do material e das suas necessidades de refrigeração.

04  Alimentação de refrigerante

A extrusão é a transferência de energia de um motor - às vezes um aquecedor - para o plástico frio, convertendo-o assim de sólido em fundido. A alimentação de entrada é mais fria que as superfícies do cilindro e da rosca na zona de alimentação. Contudo, a superfície do barril na zona de alimentação está quase sempre acima da faixa de fusão do plástico. Ele é resfriado pelo contato com as partículas de alimentação, mas o calor é mantido pela transferência de calor da extremidade frontal quente para a extremidade traseira e por aquecimento controlado. Pode ser necessário ligar o aquecedor traseiro mesmo quando o calor frontal é retido por fricção viscosa e não é necessária nenhuma entrada de calor do cartucho. A exceção mais importante é o cartucho slot feed, quase exclusivamente para HDPE.

A superfície da raiz do parafuso também é resfriada pela alimentação e adiabática da parede do cilindro pelas partículas plásticas da alimentação (e pelo ar entre as partículas). Se a rosca parar repentinamente, a alimentação também para e a superfície da rosca fica mais quente na zona de alimentação à medida que o calor se move para trás a partir da extremidade frontal mais quente. Isso pode causar aderência ou formação de pontes de partículas na raiz.

05  A alimentação é colada no cano ou deslizada no parafuso

A fim de maximizar o transporte de partículas sólidas na zona lisa de alimentação do cilindro de uma extrusora de rosca única, as partículas devem aderir ao cilindro e deslizar sobre a rosca. Se os pellets grudam na raiz do parafuso, não há nada para retirá-los; o volume do canal e o volume de entrada de sólidos são reduzidos. Outra razão para a má adesão na raiz é que o plástico pode termocondensar aqui e produzir géis e partículas contaminantes semelhantes, ou aderir intermitentemente e quebrar com mudanças na velocidade de saída.

A maioria dos plásticos desliza naturalmente na raiz porque estão frios quando entram e a fricção ainda não aqueceu a raiz ao mesmo nível de calor que a parede do barril. Alguns materiais têm maior probabilidade de aderir do que outros: PVC altamente plastificado, PET amorfo e certos copolímeros de poliolefina com propriedades adesivas desejadas para uso final.

Para o cano, é necessário que o plástico adira para que possa ser raspado e empurrado pela rosca do parafuso. Deve haver um alto coeficiente de atrito entre as partículas e o cano, que por sua vez é fortemente influenciado pela temperatura do cano traseiro. Se as partículas não aderirem, elas simplesmente giram no lugar e não avançam – é por isso que a alimentação suave é ruim.

O atrito superficial não é o único fator que afeta a alimentação. Muitas partículas nunca entram em contato com o cilindro ou a raiz do parafuso, portanto deve haver fricção e ligação de viscosidade mecânica dentro das partículas.

O atrito superficial não é o único fator que afeta a alimentação. Muitas partículas nunca tocam o cilindro ou a raiz do parafuso, portanto deve haver atrito e interligação mecânica e de viscosidade dentro do granulado.

O cilindro ranhurado é um caso especial. A ranhura está localizada na área de alimentação, que é isolada termicamente e profundamente resfriada a água do resto do cilindro. A rosca empurra as partículas para dentro da ranhura e forma uma alta pressão em uma distância relativamente curta. Isso aumenta a tolerância de mordida para velocidades mais baixas da rosca com a mesma saída, resultando em uma diminuição no calor friccional gerado na extremidade frontal e em uma temperatura de fusão mais baixa. Isto pode significar que o resfriamento limita a produção mais rápida em linhas de produção de filme soprado. A ranhura é particularmente adequada para HDPE, que é o plástico comum mais liso além do plástico perfluorado.

06  O maior custo de materiais

Em alguns casos, os custos dos materiais podem representar 80% dos custos de produção - mais do que a soma de todos os outros factores - excepto no caso de alguns produtos com qualidade e embalagem particularmente importantes, como os cateteres médicos. Este princípio leva naturalmente a duas conclusões: os processadores devem reutilizar aparas e resíduos tanto quanto possível para substituir as matérias-primas e aderir estritamente às tolerâncias para evitar desvios da espessura alvo e problemas do produto.

07  Os custos de energia são relativamente sem importância

Embora a atratividade e os problemas reais de uma fábrica estejam no mesmo nível dos custos crescentes de energia, a energia necessária para operar uma extrusora ainda representa uma pequena parte do custo total de produção. A situação é sempre assim porque o custo do material é muito alto e a extrusora é um sistema eficaz. Se for introduzida muita energia, o plástico ficará rapidamente muito quente e não poderá ser processado adequadamente.

08  A pressão na extremidade do parafuso é muito importante

Esta pressão reflete a resistência de todos os objetos a jusante da rosca: tela do filtro e placa trituradora de contaminação, tubo transportador adaptador, agitador fixo (se houver) e o próprio molde. Não depende apenas da geometria desses componentes, mas também da temperatura do sistema, que por sua vez afeta a viscosidade da resina e a velocidade de produção. Ele não depende do design do parafuso, exceto quando afeta a temperatura, a viscosidade e o rendimento. Por razões de segurança, medir a temperatura é importante - se for muito alta, a cabeça do molde e o molde podem explodir e danificar pessoas ou máquinas próximas.

A pressão é benéfica para a agitação, especialmente na área final (área de medição) de um sistema de parafuso único. No entanto, a alta pressão também significa que o motor precisa produzir mais energia - portanto, a temperatura de fusão é mais alta - o que pode especificar o limite de pressão. Em um sistema de parafuso duplo, o intertravamento de dois parafusos é um agitador mais eficaz, portanto, nenhuma pressão é necessária para esse propósito.

Ao fabricar componentes ocos, como tubos feitos com moldes de aranha com suportes para posicionamento do núcleo, alta pressão deve ser gerada dentro do molde para ajudar na recombinação logística separada. Caso contrário, o produto ao longo da linha de soldagem pode ficar fraco e encontrar problemas durante o uso.

09  Saída

O deslocamento da última rosca é chamado de fluxo normal, que depende apenas da geometria da rosca, da velocidade da rosca e da densidade do fundido. É regulado pela logística de pressão, que na verdade inclui o efeito de resistência da redução da produção (representado pela pressão mais alta) e qualquer efeito excessivo na alimentação do aumento da produção. O vazamento na rosca pode ocorrer em qualquer direção.

Também é útil calcular a saída de cada rpm (rotação), pois representa qualquer diminuição na capacidade de bombeamento da rosca em um determinado momento. Outro cálculo relacionado é a produção por cavalo-vapor ou quilowatt utilizado. Isso representa eficiência e pode estimar a capacidade de produção de um determinado motor e acionador.

10  A taxa de cisalhamento desempenha um papel importante na viscosidade

Todos os plásticos comuns têm uma característica de redução da força de cisalhamento, o que significa que a viscosidade diminui à medida que o plástico se move cada vez mais rápido. O efeito de alguns plásticos é particularmente evidente. Por exemplo, alguns PVCs aumentam a velocidade do fluxo em 10 vezes ou mais quando o empuxo é duplicado. Pelo contrário, a força de cisalhamento do LLDPE não diminui muito, e quando a inferência é duplicada, a sua velocidade de fluxo aumenta apenas 3 a 4 vezes. O efeito de redução da força de cisalhamento reduzido significa alta viscosidade sob condições de extrusão, o que por sua vez significa que é necessária mais potência do motor.

Isto pode explicar porque o LLDPE opera a uma temperatura mais elevada do que o LDPE. A taxa de fluxo é expressa como taxa de cisalhamento, que é aproximadamente 100s-1 no canal do parafuso, entre 100 e 100s-1 na maioria dos formatos de boca de molde e maior que 100s-1 no espaço entre a rosca e a parede do cilindro e alguns pequenos espaços no molde.

O coeficiente de fusão é um método de medição comumente usado para viscosidade, mas é invertido (como taxa de fluxo/empuxo em vez de empuxo/taxa de fluxo). Infelizmente, sua medição em uma extrusora com uma taxa de cisalhamento de 10s-1 ou menos e uma taxa de fluxo de fusão rápida pode não ser um valor de medição verdadeiro.

11  O motor está oposto ao cano, e o cano está oposto ao motor

Por que o efeito de controle do cano nem sempre é o esperado, principalmente na área de medição? Se o cano for aquecido, a viscosidade da camada de material na parede do cano diminui e o motor necessita de menos energia para operar neste cano mais liso. A corrente do motor (amperes) diminui. Pelo contrário, se o cano esfriar, a viscosidade do fundido na parede do cano aumenta e o motor deve girar mais vigorosamente, aumentando o número de amperes. Parte do calor removido ao passar pelo cano é então enviado de volta pelo motor. Normalmente, o regulador do barril tem efeito sobre o derretimento, que é o que esperamos, mas o efeito em qualquer lugar não é tão significativo quanto a variável regional. É melhor medir a temperatura de fusão para entender verdadeiramente o que aconteceu.

O 11º princípio não se aplica à cabeça do molde e ao molde, pois ali não há rotação do parafuso. É por isso que as mudanças de temperatura externa são mais eficazes lá. No entanto, estas alterações são desiguais de dentro para fora, a menos que sejam agitadas uniformemente num agitador fixo, que é uma ferramenta eficaz para alterações na temperatura de fusão e agitação.

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