رابطه بین مکانیزم پلاستیک سازی تجهیزات اکستروژن Upvc و تنظیم فرمول

قالب‌گیری اکستروژن پلاستیک، مانند پروفیل UPVC (پلی‌وینیل کلرید سفت و سخت) یا قالب‌گیری محصول لوله، عمدتاً از طریق ترکیب رزین PVC و افزودنی‌های مرتبط، قالب‌گیری اکستروژن، شکل‌دهی، کشش و برش شکل می‌گیرد. در این میان مواد اولیه، تجهیزات فرمول و فرآیندهای عملیاتی از عوامل اصلی هستند قالب گیری اکستروژن پلاستیک، به طور مستقیم بر کیفیت و خروجی قالب گیری اکستروژن تأثیر می گذارد. بنابراین، این مقاله بر تاثیر تجهیزات اکستروژن و مواد اولیه بر اکستروژن متمرکز است.

ترکیب مواد اولیه UPVC

1. رزین پی وی سی

محصولات صلب پی وی سی اکسترود شده معمولاً از رزین شل از روش تعلیق استفاده می کنند، درجه پلیمریزاسیون S-PVC، اندازه ذرات و درجه تخلخل باید مناسب باشد. استفاده از پولیش هایی با اختلاف اندازه ذرات قابل توجه یا رزین های شل با ذرات متراکم امکان پذیر نیست.

2. تثبیت کننده

از آنجایی که رزین پی وی سی یک رزین حساس به حرارت است، هنگامی که دما به حدود 90 تا 130 درجه سانتیگراد برسد، از نظر حرارتی شروع به تخریب می کند و HCL ناپایدار آزاد می شود و رزین زرد می شود.

با افزایش دما، رنگ رزین تیره تر می شود و خواص فیزیکی و شیمیایی محصول کاهش می یابد. برای حل مشکل تخریب، علاوه بر بهبود فرآیند تولید مواد اولیه رزین، می توان تثبیت کننده هایی را نیز به رزین PVC اضافه کرد تا گاز HCL را جذب و خنثی کند و اثر تخریب کاتالیزوری آن را از بین ببرد.

تثبیت کننده های رایج عبارتند از: نمک های سرب، قلع های آلی، صابون های فلزی و تثبیت کننده های خاکی کمیاب.

3. روان کننده

روان کننده ها افزودنی هایی برای بهبود روانکاری و کاهش چسبندگی سطحی هستند. عملکرد آنها به روان کننده های خارجی، روان کننده های داخلی و روان کننده های داخلی و خارجی تقسیم می شود.

روان کننده خارجی می تواند اصطکاک بین ماده و سطح فلز را کاهش دهد و از چسبیدن مواد UPVC به بشکه و پیچ پس از پلاستیک سازی جلوگیری کند.

روان کننده داخلی می تواند اصطکاک بین ذرات داخل ماده را کاهش دهد، انسجام بین مولکول ها را ضعیف کرده و ویسکوزیته مذاب را کاهش دهد.

استفاده از روان کننده ها اثرات آشکاری در کاهش بار پیچ، کاهش حرارت برشی و افزایش خروجی اکستروژن دارد.

4. مواد پرکننده

برای بهبود سختی و سفتی محصول، کاهش تغییر شکل محصول و کاهش هزینه مواد اولیه، پرکننده های بیشتری مانند CaCO3 در تولید محصولات UPVC اضافه می شود.

5. اصلاح کننده پردازش (ACR)

اصلاح کننده های پردازش عمدتاً برای بهبود عملکرد پردازش مواد، تسریع پلاستیک سازی رزین PVC و بهبود سیالیت، تغییر شکل حرارتی و براقیت سطح محصولات استفاده می شود.

6. اصلاح کننده ضربه

اصلاح کننده های ضربه عمدتاً برای بهبود مقاومت در برابر ضربه محصولات، افزایش چقرمگی محصولات و بهبود اثر پلاستیک سازی استفاده می شوند. اصلاح کننده های رایج برای UPVC عبارتند از CPE (پلی اتن کلردار) و اصلاح کننده ضربه اکریلیک.

7. عامل رنگ: دی اکسید تیتانیوم، کربن سیاه و غیره.

مکانیسم پلاستیک سازی تجهیزات اکستروژن پلاستیک و تأثیر فرمول بر قالب گیری

تجهیزات زیادی برای قالب گیری اکستروژن پلاستیک وجود دارد. موارد اصلی مورد استفاده برای اکستروژن محصول پیچیده UPVC اکسترودر تک پیچ هواکش و اکسترودر دو پیچ ضد چرخش است.

در زیر به طور عمده مکانیسم پلاستیک سازی اکسترودرهای رایج برای اکسترود کردن محصولات UPVC مورد بحث قرار می گیرد.

1. اکسترودر تک پیچ نوع اگزوز:

1.1 مکانیسم پلاستیک سازی:

اکسترودر تک پیچ هواکش می تواند برای قالب گیری پودری، اکستروژن و گندله سازی UPVC استفاده شود.

این پیچ شامل دو پیچ معمولی به صورت سری با نسبت طول به قطر بزرگ (L/D=25-30) است. پیچ جلوی تکی عمدتاً برای جذب گرما، فشرده سازی، ذوب و همگن سازی مواد استفاده می شود تا مواد در ابتدا ذوب شوند. پیچ تک مرحله عقب عمدتاً برای هواگیری، ذوب و همگن سازی و افزایش فشار اکستروژن استفاده می شود.

از درگاه اگزوز، مواد باید در حالت نیمه ذوب باشد. درگاه اگزوز در قسمت انتقال پیچ عقب تنظیم شده است، جایی که مواد می توانند پس از فشرده سازی تخلیه شوند.

در بخش انتقال، مواد پودر خشک به تدریج فشرده می شود تا یک "بستر جامد" تشکیل شود. از آنجایی که دمای مواد هنوز افزایش نیافته است، تنها هوای بین و داخل ذرات پودر تخلیه می شود.

در بخش فشرده سازی، دمای مواد در حدود 160 ~ 170 ℃ است. با کاهش حجم شیار پیچ، فشار بر روی سطح مواد و بشکه ایجاد می شود تا مواد را مجبور به عبور از شکاف بین پیچ و بشکه کند و کشش بین ماده و سطح بشکه افزایش می یابد. 

اثر جذب حرارت مواد افزایش می یابد و پارچه نزدیک به سطح بشکه به دلیل برش، فشار و گرما یک فیلم مذاب تشکیل می دهد.

به دلیل حرکت نسبی پیچ و بشکه در جلوی شیار پیچ، سطح جمع شده و به تدریج افزایش می یابد، ذرات مواد در این قسمت بریده شده و ذوب می شوند. از آنجایی که مواد موجود در شیار پیچ نیروی برشی کمتری دریافت می کنند، مواد موجود در شیار پیچ پلاستیکی می شوند. سازگاری وجود ندارد.

در بخش هموژنیزاسیون، قطر پایین پیچ کاهش می یابد به طوری که مواد وسط شیار مارپیچ به لوله نزدیک می شود تا برشی و گرما برای ذوب شدن و تکمیل بیشتر ذوب مواد، همگن شود.

قطر پایین قسمت انتقال آخرین پیچ (نزدیک به سر دستگاه) برجسته تر می شود و جابجایی آن بسیار بزرگتر از قسمت همگن کننده آخرین پیچ است. اجزای فرار آزاد می شوند و درگاه اگزوز آنها را از طریق پمپ خلاء تخلیه می کند.

مواد از طریق بخش فشرده سازی دوم به بخش همگن شدن می رسد و فشار اکستروژن تحت عمل قالب، پیچ و بشکه ایجاد می شود تا یک جریان متراکم و یکنواخت از قالب گیری اکستروژن از قالب ایجاد شود، جایی که جابجایی بخش همگن می شود. بزرگتر از قبلی است حذف یک مرحله ای از توهین مادی جلوگیری می کند.

از تحلیل فوق می توان دریافت که ذوب تک پیچی عمدتاً ناشی از چرخش پیچ و استاتیک بشکه است و جابجایی نسبی مواد در قسمت های مختلف شیار بریده می شود. این ماده گرم و فشرده می شود و رسانش گرما بین بشکه و پیچ یک حوضچه فیلم مذاب را تشکیل می دهد - مهاجرت بین فازهای مایع و غیره.

1.2 مشکلاتی که در طراحی فرمول باید به آنها توجه کرد:

هنگام طراحی فرمول مواد تک پیچ، باید زمان ذوب طولانی مواد در اکسترودر تک پیچ، تأثیر ظاهری حالت سکولار در بخش انتقال جامد بر بهره وری، و انتقال غیر اجباری مواد را در نظر گرفت.

با توجه به نسبت ابعاد بزرگ اکسترودر تک پیچ هواکش (معمولاً L/D=28-32)، مواد برای مدت طولانی گرم می شوند و مجبور به انتقال نمی شوند. افزایش مقدار تثبیت کننده برای جلوگیری از تجزیه بیش از حد گرما مفید است - بار طولانی تر و غول پیکرتر. افزایش مناسب روان کننده می تواند گشتاور پیچ را کاهش دهد.

البته، روان کننده بیش از حد به انتقال مواد و عملکرد ضربه ای محصولات آسیب می زند. پدیده "نگهداشتن پیچ" ممکن است در اکستروژن زمانی رخ دهد که چربی بیش از حد باشد. اضافه کردن یک اصلاح کننده تاثیر را در نظر بگیرید. افزایش مقدار اصلاح کننده ضربه باعث افزایش گشتاور پیچ می شود.

افزودن مقدار معینی از پرکننده CaCO3 می تواند استحکام مذاب را افزایش داده، سیالیت ماده را کاهش دهد و بر سرعت پلاستیک شدن ماده تأثیر بگذارد. اثرات CaCO3 با اندازه ذرات مختلف نیز بسیار متفاوت است. بنابراین، مقدار CaCO3 اضافه شده به محصولات برای اهداف مختلف بسیار متفاوت است.

علاوه بر این، ویژگی های ساختار قالب به اندازه فشار اکستروژن مربوط می شود و تأثیر خاصی بر فرمولاسیون دارد.

2. اکسترودر دو پیچ ضد چرخش

اگرچه مکانیسم ذوب اکسترودر دو مارپیچ مبتنی بر یک پیچ است، اما به دلیل وجود ناحیه مشبک، اصل انتقال با یک پیچ بسیار متفاوت است.

2.1 طبقه بندی اکسترودرهای دو مارپیچ

با توجه به جهت عملکرد پیچ، می توان آن را به موارد زیر تقسیم کرد:

1. اکسترودر دو مارپیچ ضد چرخش: جهت چرخش دو پیچ مخالف است.
2. اکسترودر دو مارپیچ هم چرخان: جهت چرخش دو پیچ یکسان است.

طبق قانون چرخش، اکسترودر دو مارپیچ ضد چرخش را می توان به اکسترودر دو مارپیچ با چرخش مخالف و اکسترودر دو مارپیچ با چرخش مخالف تقسیم کرد.

اکسترودر دو مارپیچ ضد چرخش به سمت داخل به دلیل توانایی تغذیه ضعیف و نیروی شعاعی زیاد ایجاد شده توسط مواد روی پیچ در ناحیه کالندر دو پیچ حذف شد و در نتیجه سایش شدید بین بشکه و پیچ ایجاد شد. .

به طور کلی، اکسترودر دو مارپیچ ضد چرخش به اکسترودر دو مارپیچ ضد چرخش اشاره دارد (همان زیر).

در اکستروژن پروفیل های UPVC عموما از اکسترودرهای دو مارپیچ مخروطی ضد چرخش و اکسترودرهای دو مارپیچ موازی ضد چرخش استفاده می شود.

2.1.1 اکسترودر مخروطی دو مارپیچ ضد چرخش:

محور دو پیچ و محور بشکه به طور متقارن در زاویه α شامل توزیع شده اند (مقدار α عموماً بین 1 تا 2 درجه است). با این حال، جهت پیچ متفاوت است، قطر دو انتهای بخش کار متفاوت است.

پیچ با عمق یکسان شیارهای بزرگ و کوچک در پیچ اکسترودر دو مارپیچ مخروطی معمولی و پیچ با عمق شیار پیچ قابل توجه از عمق شیار پیچ کوچک سوپر مخروطی (دو مخروطی) دوقلو مخروطی مهم تر است. پیچ اکسترودر پیچ.

ویژگی های اکسترودر دو پیچ مخروطی ضد چرخش: قطر سر پیچ بزرگ، ظرفیت گرمایی زیاد پیچ، مواد شیار عمیق (فوق مخروطی)، سطح تماس بزرگ با پیچ و بشکه، زمان ماند طولانی مواد برای مواد مفید است انتقال حرارت بین بشکه و پیچ و مواد. بر اساس این نکته، طول پیچ و نسبت ابعاد (معمولاً 13-17) در یک خروجی بسیار کوچکتر از سایر انواع اکسترودرها است.

قطر سر پیچ کوچک نسبتا کوچک است، زمان ماندن مواد در بخش اکستروژن کوتاه است، سرعت خطی عملیات پیچ کم است و نرخ برش پایین برای کاهش گرمای اصطکاک بین مواد و مواد مفید است. بین مواد و پیچ و بشکه.

هنگامی که نرخ اکستروژن پروفیل در محدوده 400 کیلوگرم در ساعت و سرعت اکستروژن ورق لوله در محدوده 800 کیلوگرم در ساعت است، استفاده از اکسترودر دو مارپیچ مخروطی باید در اولویت قرار گیرد. اکسترودر دو مارپیچ مخروطی برای اکسترود پروفیل ها و لوله های UPVC بیشترین استفاده را دارد.

ظرفیت پلاستیک سازی: ظرفیت پلاستیک سازی اکسترودرها از تأثیر جامع سیستم اکستروژن اکسترودر، فرمول و پارامترهای فرآیند عملیاتی ناشی می شود.

توانایی پلاستیک سازی اکسترودرهای دو مارپیچ مخروطی و دو مارپیچ موازی را نمی توان گفت که کدام بهتر یا بدتر است. تنها بر اساس تجزیه و تحلیل ساختار خاص پیچ، ترکیب فرمول، پارامترهای فرآیند عملیاتی و قالب قابل تعیین است.

2.1.2 اکسترودر دو مارپیچ موازی ضد چرخش:

محورهای دو پیچ موازی و به طور متقارن با محور لوله توزیع شده اند. قطر داخلی و خارجی دو سر بخش کاری مارپیچ یکسان است و پیچ های قطعه بندی شده و پیچ های سرب با متغیر پیوسته وجود دارد.

پیچ های قطعه بندی شده به پیچ هایی با شیارهای زیر برش به دلیل تعداد متفاوت سر پیچ ها و گام های متفاوت بین بخش های عملکردی مختلف پیچ اطلاق می شود.

پیچ دوقلو مسطح سربی متغیر پیوسته به این معنی است که هیچ شیار زیر برشی بین بخش‌های عملکردی مختلف پیچ وجود ندارد. بنابراین تعداد سر پیچ ها در نواحی مختلف کاربرد پیچ یکسان است. از آنجا که ژنراتیکس پیچ و بشکه مستقیم است، فرآیند پذیری بهتر است.

پیچ اکسترودر دوقلو مسطح ضد چرخش را می توان از انتهای تخلیه اکسترودر خارج کرد که برای نگهداری تجهیزات راحت است. پیچ را می توان در یک ساختار سرب متغیر تمام کورس طراحی کرد. با توجه به اطلاعات مربوطه، استرس پردازش روی مواد هنگام اکسترود کردن پروفیل برای به دست آوردن کیفیت اکستروژن خوب کم است.

یک اکسترودر دو مارپیچ موازی زمانی که حجم اکستروژن زیاد باشد نسبتاً بیشتر استفاده می شود. لازم به ذکر است که خروجی خط تولید پروفیل به شدت تحت تاثیر قالب قرار می گیرد. قالب گیری سر اکسترودر با سرعت بالا و شکل عالی محصول در قالب تنظیم اغلب به گلوگاه خروجی محدود تبدیل می شود.

2.2 مکانیسم پلاستیک سازی اکسترودر دو پیچ مخروطی:

به طور کلی، سیستم اکستروژن اکسترودر دو پیچ مخروطی شامل: پیچ، بشکه، دستگاه گرمایش و سرمایش و دستگاه اگزوز خلاء است.

 2.2.1 مکانیسم پلاستیک سازی مواد اکسترودر دو مارپیچ مخروطی:

⑴ بخش انتقال:

مواد از درگاه تخلیه وارد قسمت انتقال می شود و تحت نیروی پیچ به جلو منتقل می شود. هر بار که پیچ می چرخد، مواد در محفظه C شکل به اندازه یک سرب به جلو حرکت می کند.

با توجه به ساختار، حجم محفظه C شکل کوچکتر و کوچکتر می شود و مواد به تدریج فشرده می شوند. با افزایش فشار تماس بین ماده و پیچ بشکه، جذب گرما افزایش می یابد و دمای مواد به آرامی بالا می رود و آماده مرحله بعدی ذوب می شود.

با بزرگ شدن سطح بشکه و پیچ اکسترودر دوقلو مخروطی در بخش انتقال، راندمان انتقال حرارت بین ماده و بشکه و پیچ بهبود می یابد.

⑵ بخش پیش پلاستیک سازی:

پس از گرم شدن و فشرده شدن مواد در قسمت انتقال، بیشتر هوای بین و داخل ذرات پودر تخلیه شده و چگالی مواد افزایش می یابد.

با ادامه حرکت مواد در محفظه C شکل به جلو، مواد در تماس با بشکه و پیچ به دلیل چسبندگی با همان سرعت بشکه یا پیچ حفظ می شوند. تحت محرک پیچ، اثر برشی قوی تر از مواد موجود در وسط شیار پیچ است. پس از مدت طولانی گرم شدن، شروع به ذوب شدن می کند و مواد در محفظه C شکل در یک جریان گردشی از بیرون به داخل حل می شود.

با تغییر حجم محفظه C شکل، تبادل مواد داخلی و خارجی افزایش می یابد. برخی از تولیدکنندگان اکسترودر با توجه به ویژگی های اکسترودر شرکت خود، مخزن اختلاط را در قسمت پیش پلاستیک سازی راه اندازی می کنند. هدف برقراری ارتباط مواد در محفظه های C شکل جلو و عقب، افزایش اثر برشی و تسهیل تبادل مواد بین لایه های داخلی و خارجی C شکل است. بهبود اثر ذوب

پس از عبور مواد از قسمت پیش پلاستیک، پودر و مواد دانه‌ای فراوان شکسته شده و مواد در حالت نیمه مذاب قرار می‌گیرند.

⑶ بخش پلاستیک سازی:

همچنین به عنوان بخش فشرده سازی شناخته می شود. حجم محفظه C شکل در این بخش به شدت کاهش می یابد (جابجایی این بخش فقط بین 0.25 تا 0.4 منطقه انتقال است) و مواد در هنگام عبور تحت فشار جامد، برش و تبادل قرار می گیرند. بنابراین، بیشتر مواد اساساً در حالت اولیه پلاستیکی هستند.

⑷ بخش اگزوز:

مخلوط UPVC پس از بخش انتقال، پیش پلاستیک سازی و تراکم وارد بخش اگزوز می شود زیرا حجم محفظه C شکل در قسمت اگزوز بسیار بزرگتر از قسمت تراکم است (معمولاً جابجایی بیش از سه برابر آن است. از بخش فشرده سازی).

هنگامی که مواد به این بخش می‌رسند، فشار کاهش می‌یابد و مواد قطعه‌بندی یا بزرگ می‌شوند و گاز و اجزای فرار مولکولی کم در مواد آزاد می‌شوند. این بخش مجهز به درگاه اگزوز است و گاز از طریق درگاه اگزوز تحت عمل پمپ خلاء تخلیه می شود.

عملکرد اگزوز قالب گیری اکستروژن UPVC ضروری است. در غیر این صورت، حباب های هوا در محصول به طور جدی خواص مکانیکی را تحت تاثیر قرار می دهد.

⑸ بخش اندازه گیری:

 با توجه به تغییر مداوم حجم محفظه C شکل از طریق بخش انتقال، بخش پیش پلاستیک، بخش پلاستیک سازی و بخش اندازه گیری و تعداد متفاوت سر پیچ ها در هر ناحیه از پیچ، مواد موجود در C محفظه شکل به طور مداوم موقعیت خود را تغییر می دهد و سپس وارد بخش اندازه گیری می شود. در نتیجه، بیشتر پلاستیک، همگن و افزایش فشار اکستروژن تحت عمل قالب می شود.

از آنجایی که حجم محفظه C شکل در بخش اندازه گیری کاهش می یابد، مواد پس از همگن شدن مجدداً فشرده می شوند تا مایع متراکم و یکنواختی تشکیل شود که از طریق بدنه اتصال (بدنه انتقال)، صفحه سوراخ شده و قالب اکسترود می شود.

2.3 مکانیسم پلاستیک سازی اکسترودر دو مارپیچ موازی ضد چرخش:

مکانیسم پلاستیک سازی اکسترودر دو مارپیچ موازی ضد چرخش همانند اکسترودر دو مارپیچ مخروطی است. تفاوت این است که قطر پیچ و بشکه در همه جا یکسان است. مواد موجود در بخش تغذیه دارای ناحیه جذب حرارت کوچکی است که نسبتاً با بخش اندازه گیری پیچ مقایسه می شود. بنابراین، قطر بزرگتر از مخروط دوگانه است و سرعت پیچ نمی تواند خیلی بزرگ باشد.

بنابراین، برای بهبود اثر پلاستیک سازی، نسبت طول به قطر پیچ اکسترودر دو مارپیچ موازی ضد چرخش بیشتر از اکسترودر دو مارپیچ مخروطی است (معمولا L/D = 25-30).

حجم محفظه C شکل در هر بخش از اکسترودر دو مارپیچ موازی ضد چرخش به طور مکرر به صورت مخروطی و دوتایی تغییر می کند و حالت تغییر یکسان است.

فرآیند تبدیل مواد UPVC در فرآیند فرآوری نه تنها به ترکیب ترکیبات مخلوط مربوط می شود، بلکه ارتباط زیادی با شرایط فرآوری خارجی دارد، مانند دمای مواد مخلوط، ترتیب تغذیه در طول اختلاط. دمای فرآیند اکستروژن، سرعت پیچ و تغذیه مقدار مواد و استحکام مواد در معرض برش.

خلاصه

این مقاله به تجزیه و تحلیل اساسی مکانیسم ذوب و تنظیم فرمول مواد در اکسترودر می پردازد. با توجه به عملی بودن فن آوری پردازش و قالب گیری پلیمری، فرمول مواد اولیه محصول، تجهیزات پردازش و شرایط فرآیند بسیار متفاوت است. بنابراین، تولید واقعی باید با ساختار تجهیزات تولید، به ویژه سیستم اکستروژن، ترکیب مواد تشکیل دهنده، الزامات عملکرد محصول و حجم تولید ترکیب شود. علاوه بر این، یک تجزیه و تحلیل جامع از تأثیر مواد افزودنی در مواد افزودنی بر ذوب مواد باید ترکیب شود تا یک فرآیند تولید معقول تعیین شود.