Hubungan Antara Mekanisme Plastisisasi Peralatan Ekstrusi Upvc Dan Penyesuaian Formula

Cetakan ekstrusi plastik, seperti profil UPVC (Rigid Polyvinyl Chloride) atau cetakan produk pipa, terutama dibentuk melalui peracikan resin PVC dan aditif terkait, pencetakan ekstrusi, pembentukan, traksi, dan pemotongan. Di antara mereka, bahan baku, peralatan formula dan proses operasi adalah faktor utama cetakan ekstrusi plastiksecara langsung memengaruhi kualitas dan hasil cetakan ekstrusi. Oleh karena itu, artikel ini berfokus pada dampak peralatan ekstrusi dan bahan baku pada ekstrusi.

Komposisi bahan baku UPVC

1. Resin PVC

Produk kaku PVC yang diekstrusi umumnya menggunakan metode suspensi resin longgar, derajat polimerisasi S-PVC, ukuran partikel, dan tingkat porositas harus sesuai. Tidak mungkin menggunakan poles dengan perbedaan ukuran partikel yang signifikan atau resin lepas dengan partikel padat.

2. Penstabil

Karena resin PVC adalah resin yang peka terhadap panas, maka, ketika suhu mencapai sekitar 90 hingga 130℃, resin ini akan mulai terdegradasi secara termal, dan HCL yang tidak stabil akan dilepaskan, dan resin akan menguning.

Ketika suhu naik, warna resin menjadi lebih gelap, dan sifat fisik dan kimiawi produk menurun. Untuk mengatasi masalah degradasi, selain meningkatkan proses produksi bahan baku resin, stabilisator juga dapat ditambahkan ke resin PVC untuk menyerap dan menetralisir gas HCL dan menghilangkan efek degradasi katalitiknya.

Stabilisator yang umum digunakan adalah: garam timbal, kaleng organik, sabun logam, dan stabilisator tanah jarang.

3. Pelumas

Pelumas adalah zat aditif untuk meningkatkan pelumasan dan mengurangi daya rekat antarmuka. Fungsinya dibagi menjadi pelumas eksternal, pelumas internal, dan pelumas internal dan eksternal.

Pelumas eksternal dapat mengurangi gesekan antara material dan permukaan logam dan mencegah material UPVC melekat pada laras dan sekrup setelah plastisisasi.

Pelumas internal dapat mengurangi gesekan antara partikel di dalam material, melemahkan kohesi antara molekul dan mengurangi viskositas lelehan.

Penggunaan pelumas memiliki efek yang nyata dalam mengurangi beban sekrup, mengurangi panas geser, dan meningkatkan output ekstrusi.

4. Bahan pengisi

Untuk meningkatkan kekerasan dan kekakuan produk, mengurangi deformasi produk, dan mengurangi biaya bahan baku, lebih banyak bahan pengisi seperti CaCO3 ditambahkan dalam produksi produk UPVC.

5. Pengubah pemrosesan (ACR)

Pengubah pemrosesan terutama digunakan untuk meningkatkan kinerja pemrosesan bahan, mempercepat plastisisasi resin PVC, dan meningkatkan fluiditas, deformasi termal, dan kilap permukaan produk.

6. Pengubah dampak

Pengubah benturan terutama digunakan untuk meningkatkan ketahanan benturan produk, meningkatkan ketangguhan produk, dan meningkatkan efek plastisisasi. Pengubah yang umum digunakan untuk UPVC adalah CPE (polyethene terklorinasi) dan pengubah benturan akrilik.

7. Zat pewarna: titanium dioksida, karbon hitam, dll.

Mekanisme plastisisasi peralatan ekstrusi plastik dan pengaruh formula pada cetakan

Ada banyak peralatan untuk cetakan ekstrusi plastik. Yang utama yang digunakan untuk ekstrusi produk kompleks UPVC adalah ekstruder sekrup tunggal berventilasi dan ekstruder sekrup kembar yang berputar berlawanan.

Berikut ini terutama membahas mekanisme plastisisasi ekstruder yang umum digunakan untuk mengekstrusi produk UPVC.

1. Ekstruder sekrup tunggal tipe knalpot:

1.1 Mekanisme plastisisasi:

Ekstruder sekrup tunggal berventilasi dapat digunakan untuk pencetakan pengumpanan bubuk, ekstrusi, dan pelet UPVC.

Sekrup terdiri dari dua sekrup tunggal biasa secara seri dengan rasio panjang terhadap diameter yang besar (L/D = 25 ～ 30). Sekrup depan tunggal terutama digunakan untuk penyerapan panas, kompresi, peleburan dan homogenisasi material untuk membuat material awalnya meleleh. Sekrup tunggal tahap belakang terutama digunakan untuk ventilasi, peleburan dan homogenisasi, dan membangun tekanan ekstrusi.

Dari lubang pembuangan, bahan harus dalam keadaan setengah meleleh. Lubang pembuangan dipasang di bagian pengangkutan sekrup belakang, di mana material dapat habis setelah dekompresi.

Pada bagian pengangkutan, bahan serbuk kering secara bertahap dipadatkan untuk membentuk "lapisan padat". Karena suhu material belum naik, hanya udara di antara dan di dalam partikel serbuk yang dibuang.

Pada bagian kompresi, suhu material sekitar 160 ~ 170 ℃. Saat volume alur sekrup berkurang, tekanan terbentuk di permukaan material dan laras untuk memaksa material melewati celah antara sekrup dan laras, dan tegangan antara material dan permukaan laras meningkat. 

Efek penyerapan panas dari bahan ditingkatkan, dan kain yang dekat ke permukaan laras membentuk lapisan leleh akibat geseran, tekanan, dan panas.

Karena pergerakan relatif sekrup dan laras di bagian depan alur sekrup, area tersebut berkumpul dan secara bertahap meningkat, partikel material di bagian ini dicukur dan meleleh. Karena material dalam alur sekrup menerima gaya geser yang lebih sedikit, maka, material dalam alur sekrup menjadi plastis. Konsistensi kurang.

Pada bagian homogenisasi, diameter bawah sekrup dikurangi sehingga material di tengah alur spiral dekat dengan laras untuk mendorong geseran dan pemanasan untuk melelehkan dan selanjutnya menyelesaikan peleburan material yang menghomogenisasi.

Diameter bawah bagian pengangkutan sekrup terakhir (dekat dengan kepala mesin) menjadi lebih menonjol, dan perpindahannya jauh lebih besar daripada bagian homogenisasi sekrup terakhir. Komponen yang mudah menguap dilepaskan, dan port pembuangan akan mengeluarkannya melalui pompa vakum.

Material mencapai bagian homogenisasi melalui bagian kompresi kedua, dan tekanan ekstrusi dibangun di bawah aksi cetakan, sekrup dan laras untuk membentuk aliran cetakan ekstrusi yang padat dan seragam dari cetakan, di mana perpindahan bagian homogenisasi lebih besar dari yang sebelumnya. Pemindahan satu tahap mencegah material menyinggung.

Dari analisis di atas, dapat dilihat bahwa peleburan sekrup tunggal terutama disebabkan oleh rotasi sekrup dan laras statis, dan perpindahan relatif material di berbagai bagian alur dicukur. Bahan dipanaskan dan dikompresi, dan konduksi panas antara laras dan sekrup membentuk migrasi kolam film cair antara fase cair, dll.

1.2 Masalah yang harus diperhatikan dalam desain formula:

Saat merancang formula bahan sekrup tunggal, harus mempertimbangkan waktu leleh yang lama dari bahan dalam ekstruder sekrup tunggal, pengaruh nyata dari keadaan sekuler di bagian pengangkutan padat pada produktivitas, dan pengangkutan bahan yang tidak wajib.

Karena rasio aspek yang besar dari ekstruder sekrup tunggal berventilasi (biasanya L/D = 28 ～ 32), material dipanaskan untuk waktu yang lama dan tidak dipaksakan untuk dikirim. Adalah bermanfaat untuk meningkatkan jumlah stabilizer untuk mencegah dekomposisi yang terlalu panas-beban yang lebih lama dan lebih besar. Peningkatan pelumas yang tepat dapat mengurangi torsi sekrup.

Tentu saja, terlalu banyak pelumas akan mengganggu pengangkutan bahan dan performa dampak produk. Fenomena "penahan sekrup" dapat terjadi pada ekstrusi jika lemak terlalu banyak. Pertimbangkan untuk menambahkan pengubah dampak. Peningkatan jumlah pengubah tumbukan akan meningkatkan torsi sekrup.

Menambahkan sejumlah filler CaCO3 dapat meningkatkan kekuatan lelehan, mengurangi fluiditas material, dan memengaruhi kecepatan plastisisasi material. Efek CaCO3 dengan ukuran partikel yang berbeda juga sangat berbeda. Oleh karena itu, jumlah CaCO3 yang ditambahkan ke produk untuk berbagai tujuan sangat bervariasi.

Selain itu, karakteristik struktur cetakan terkait dengan ukuran tekanan ekstrusi dan memiliki dampak khusus pada formulasi.

2. Ekstruder sekrup kembar yang berputar berlawanan arah

Meskipun mekanisme peleburan ekstruder sekrup kembar didasarkan pada sekrup tunggal, namun prinsip pengangkutannya sangat berbeda dengan sekrup tunggal karena adanya zona penyambungan.

2.1 Klasifikasi ekstruder sekrup kembar

Menurut arah pengoperasian sekrup, ini dapat dibagi menjadi:

1. Ekstruder sekrup kembar yang berputar berlawanan: arah rotasi kedua sekrup berlawanan.
2. Ekstruder sekrup kembar yang berputar bersama: arah rotasi kedua sekrup sama.

Menurut hukum rotasi, ekstruder sekrup kembar yang berputar berlawanan arah dapat dibagi menjadi ekstruder sekrup kembar luar yang berputar berlawanan arah dan ekstruder sekrup kembar dalam yang berputar berlawanan arah.

Ekstruder sekrup kembar ke dalam yang berputar berlawanan arah dieliminasi karena kemampuan pengumpanannya yang buruk dan gaya radial yang besar yang dihasilkan oleh material pada sekrup di area kalender kedua sekrup, sehingga mengakibatkan keausan yang parah di antara laras dan sekrup.

Secara umum, ekstruder sekrup kembar yang berputar berlawanan mengacu pada ekstruder sekrup kembar yang berputar berlawanan arah (sama di bawah).

Ekstrusi profil UPVC umumnya menggunakan ekstruder sekrup kembar berbentuk kerucut yang berputar berlawanan arah dan ekstruder sekrup kembar paralel yang berputar berlawanan arah.

2.1.1 Ekstruder sekrup kembar berbentuk kerucut yang berputar berlawanan arah:

Sumbu kedua sekrup dan sumbu laras didistribusikan secara simetris pada sudut α yang disertakan (nilai α pada umumnya antara 1° dan 2°). Namun demikian, arah sekrupnya berbeda, diameter kedua ujung bagian yang bekerja pun berbeda.

Sekrup dengan kedalaman alur sekrup besar dan kecil yang sama pada sekrup ekstruder sekrup kembar berbentuk kerucut biasa dan sekrup dengan kedalaman alur sekrup yang cukup besar lebih signifikan daripada sekrup ekstruder sekrup kembar berbentuk kerucut super-kerucut (kerucut ganda) yang memiliki kedalaman alur sekrup yang lebih kecil.

Fitur ekstruder sekrup kembar kerucut yang berputar berlawanan arah: diameter kepala sekrup yang besar, kapasitas panas yang besar dari sekrup, bahan alur yang dalam (ultra-kerucut), area kontak yang besar dengan sekrup dan laras, waktu tinggal yang lama dari material bermanfaat bagi material Perpindahan panas antara laras dan sekrup dan material. Berdasarkan poin ini, panjang sekrup dan rasio aspek (biasanya 13-17) di bawah output yang sama jauh lebih kecil daripada jenis pengekstrusi lainnya.

Diameter kepala sekrup kecil relatif kecil, waktu tinggal material di bagian ekstrusi pendek, kecepatan linier operasi sekrup rendah, dan laju geser rendah bermanfaat untuk mengurangi panas gesekan antara material dan antara material dan sekrup dan laras.

Jika laju ekstrusi profil berada dalam 400Kg/jam, dan laju ekstrusi lembaran pipa dalam 800Kg/jam, maka penggunaan ekstruder sekrup kembar berbentuk kerucut harus diprioritaskan. Pengekstrusi sekrup kembar berbentuk kerucut untuk mengekstrusi profil dan pipa UPVC adalah yang paling banyak digunakan.

Kapasitas plastisisasi: Kapasitas plastisisasi ekstruder dihasilkan dari efek komprehensif dari sistem ekstrusi ekstruder, formula dan parameter proses operasi.

Kemampuan plastisisasi ekstruder sekrup kembar berbentuk kerucut dan sekrup kembar paralel tidak dapat dikatakan mana yang lebih baik atau lebih buruk. Ini hanya dapat ditentukan berdasarkan analisis struktur spesifik sekrup, komposisi formula, parameter proses operasi, dan cetakan.

2.1.2 Pengekstrusi sekrup kembar paralel yang berputar berlawanan arah:

Sumbu kedua sekrup sejajar dan didistribusikan secara simetris dengan sumbu laras. Diameter dalam dan luar dari kedua ujung bagian kerja sekrup adalah sama, dan ada sekrup tersegmentasi dan sekrup utama variabel kontinu.

Sekrup tersegmentasi mengacu pada sekrup dengan alur undercut karena jumlah kepala sekrup yang berbeda dan pitch yang berbeda di antara bagian fungsional sekrup yang berbeda.

Sekrup kembar datar timbal variabel kontinu berarti bahwa tidak ada alur yang terpotong di antara berbagai bagian fungsional sekrup. Oleh karena itu, jumlah kepala sekrup di berbagai area aplikasi sekrup adalah sama. Karena generatrix sekrup dan laras lurus, kemampuan prosesnya lebih baik.

Sekrup ekstruder kembar datar yang berputar berlawanan arah dapat dikeluarkan dari ujung pelepasan ekstruder, yang nyaman untuk pemeliharaan peralatan. Sekrup dapat dirancang menjadi struktur timbal variabel penuh. Menurut informasi yang relevan, tekanan pemrosesan pada material saat mengekstrusi profil kecil untuk mendapatkan kualitas ekstrusi yang baik.

Ekstruder sekrup kembar paralel relatif lebih banyak digunakan apabila volume ekstrusi besar. Perlu dicatat bahwa output dari lini produksi profil sangat dipengaruhi oleh cetakan. Pencetakan kepala ekstruder dengan kecepatan tinggi dan bentuk produk yang sangat baik dalam cetakan pengaturan sering menjadi hambatan dari output yang terbatas.

2.2 Mekanisme plastisisasi ekstruder sekrup kembar berbentuk kerucut:

Secara umum, sistem ekstrusi ekstruder sekrup kembar berbentuk kerucut meliputi: sekrup, laras, perangkat pemanas dan pendingin, dan perangkat pembuangan vakum.

 2.2.1 Mekanisme plastisisasi material ekstruder sekrup kembar berbentuk kerucut:

⑴ Bagian pengangkutan:

Material memasuki bagian pengangkutan dari port pembuangan dan diangkut ke depan di bawah kekuatan sekrup. Setiap kali sekrup berputar, material dalam ruang berbentuk C bergerak maju sebanyak satu lead.

Karena strukturnya, volume ruang berbentuk C semakin mengecil, dan material secara bertahap dikompresi. Saat tekanan kontak antara material dan sekrup laras meningkat, penyerapan panas meningkat, dan suhu material perlahan-lahan naik, siap untuk langkah peleburan berikutnya.

Karena luas permukaan laras dan sekrup ekstruder kembar kerucut diperbesar di bagian pengangkutan, efisiensi konduksi panas antara material dan laras serta sekrup ditingkatkan.

⑵ Bagian pra-plastisisasi:

Setelah bahan dipanaskan dan dikompresi di bagian pengangkutan, sebagian besar udara di antara dan di dalam partikel serbuk dibuang, dan densitas bahan meningkat.

Karena material dalam ruang berbentuk C terus bergerak maju, material yang bersentuhan dengan laras dan sekrup akan dijaga pada kecepatan yang sama dengan laras atau sekrup akibat adhesi. Di bawah penggerak sekrup, efek geser lebih kuat daripada material di tengah alur sekrup. Setelah dipanaskan dalam waktu lama, ia mulai meleleh, dan material di dalam ruang berbentuk C dilarutkan dalam aliran sirkulasi dari luar ke dalam.

Sewaktu volume ruang berbentuk C berubah, pertukaran bahan internal dan eksternal ditingkatkan. Beberapa produsen ekstruder menyiapkan tangki pencampur di bagian pra-plastisisasi sesuai dengan karakteristik ekstruder perusahaan mereka sendiri. Tujuannya adalah untuk mengkomunikasikan material di ruang berbentuk C depan dan belakang, meningkatkan efek geser dan memfasilitasi pertukaran material antara lapisan dalam dan luar berbentuk C. Meningkatkan efek leleh.

Setelah bahan melewati bagian pra-plastisisasi, bubuk dan bahan granular yang cukup banyak dipecah, dan bahan berada dalam keadaan setengah cair.

Bagian plastisisasi:

Juga dikenal sebagai bagian kompresi. Volume ruang berbentuk C pada bagian ini berkurang tajam (perpindahan bagian ini hanya antara 0,25 dan 0,4 dari area pengangkutan), dan material mengalami pemerasan, geseran, dan pertukaran yang solid ketika melewatinya. Dengan demikian, sebagian besar bahan pada dasarnya berada dalam kondisi awal yang plastis.

⑷ Bagian knalpot:

Campuran UPVC memasuki bagian knalpot setelah bagian pengangkutan, pra-plastisisasi dan kompresi karena volume ruang berbentuk C pada bagian knalpot jauh lebih besar daripada bagian kompresi (umumnya, perpindahannya lebih dari tiga kali lipat dari bagian kompresi).

Ketika bahan mencapai bagian ini, tekanan berkurang, dan bahan menjadi tersegmentasi atau besar, dan gas serta komponen volatil molekul rendah dalam bahan dilepaskan. Bagian ini dilengkapi dengan port pembuangan, dan gas dibuang melalui port pembuangan di bawah aksi pompa vakum.

Fungsi pembuangan cetakan ekstrusi UPVC sangat penting. Jika tidak, gelembung udara dalam produk akan sangat memengaruhi sifat mekanik.

⑸ Bagian pengukuran:

 Karena perubahan volume ruang berbentuk C yang terus menerus melalui bagian pengangkutan, bagian pra-plastisisasi, bagian plastisisasi, dan bagian pengukuran, dan jumlah kepala sekrup yang berbeda di setiap area sekrup, material di ruang berbentuk C terus menerus mengubah posisinya dan kemudian memasuki bagian pengukuran. Hasilnya, lebih lanjut plastisisasi, homogenisasi, dan membangun tekanan ekstrusi di bawah aksi cetakan.

Karena volume ruang berbentuk C di bagian pengukuran berkurang, material dikompresi lagi setelah homogenisasi untuk membentuk fluida yang padat dan seragam yang diekstrusi melalui badan penghubung (transition body), pelat berlubang, dan die.

2.3 Mekanisme plastisisasi ekstruder sekrup kembar paralel yang berputar berlawanan arah:

Mekanisme plastisisasi ekstruder sekrup kembar paralel yang berputar berlawanan arah sama dengan mekanisme ekstruder sekrup kembar berbentuk kerucut. Perbedaannya adalah diameter sekrup dan laras sama di mana-mana. Bahan di bagian pengumpanan memiliki area penyerapan panas yang kecil, yang relatif dibandingkan dengan bagian pengukuran sekrup. Oleh karena itu, diameternya lebih besar dari kerucut ganda, dan kecepatan sekrup tidak boleh terlalu besar.

Oleh karena itu, untuk meningkatkan efek plastisisasi, rasio panjang-ke-diameter sekrup ekstruder sekrup kembar paralel yang berputar berlawanan arah lebih signifikan daripada ekstruder sekrup kembar berbentuk kerucut (umumnya L/D = 25-30).

Volume ruang berbentuk C di tiap bagian ekstruder sekrup kembar paralel yang berputar berlawanan, diubah berulang kali sebagai kerucut dan ganda, dan mode perubahannya sama.

Proses transformasi bahan UPVC dalam proses pengolahan tidak hanya berkaitan dengan komposisi bahan campuran tetapi juga banyak berkaitan dengan kondisi pengolahan eksternal, seperti suhu bahan campuran, urutan pengumpanan selama pencampuran, suhu proses ekstrusi, kecepatan sekrup, dan pengumpanan Jumlah bahan dan kekuatan bahan yang mengalami pemotongan.

Ringkasan

Artikel ini membuat analisis mendasar mengenai mekanisme peleburan dan penyesuaian formula bahan dalam ekstruder. Karena kepraktisan yang tinggi dari pemrosesan polimer dan teknologi pencetakan, formula bahan baku produk, peralatan pemrosesan, dan kondisi proses sangat berbeda. Oleh karena itu, produksi aktual harus dikombinasikan dengan struktur peralatan produksi, terutama sistem ekstrusi, komposisi bahan, persyaratan kinerja produk, dan volume produksi. Selain itu, analisis komprehensif tentang pengaruh bahan dalam aditif pada peleburan bahan harus digabungkan untuk menentukan proses produksi yang wajar.