Dozvolite mi da počnem sa nečim što mi je ostalo u glavi.
Prošle godine sam posjetio aizrada profilafabrika u Dongguanu. Nadzornik radionice, Old Zhou, pokazao je na ekstruder koji radi i rekao mi: "Vidiš ovu stvar? Princip je krajnje jednostavan. Ne razlikuje se od cijeđenja paste za zube iz tube."
Mislio sam da se šali.
Ispostavilo se da nakon što je zaista ušao u ovu industriju, nije pogriješio-barem ne u vezi sa osnovnim konceptom. Ekstruziono oblikovanje, kao što samo ime kaže, uključuje utiskivanje tvari kroz otvor kako bi se formirao oblik. Baš kao kada stisnete kraj tube paste za zube, ekstrudirana pasta za zube ima oblik te male okrugle rupe. Princip plastičnog ekstruzionog oblikovanja je sličan, osim što je vaš prst zamijenjen rotirajućim vijkom, pasta za zube postaje rastopljena plastika, a otvor cijevi postaje precizno-obrađen kalup.
Ali "jednostavno" znači nešto sasvim drugačije kada govorite o industrijskoj proizvodnji.
Dakle, šta tačno ekstrudiramo ovde
Ekstruzija profila je proces stvaranja kontinuiranih plastičnih oblika ekstruzijom. Ne uključuje proizvode od listova ili folija. Mnogi ljudi brkaju "ekstruziju" kao opći koncept sa "iskazanjem profila" posebno. Ekstruzija plastike je veliki porodični-film sa puhanjem, liveni film, ekstruzija listova, sve se računa. Ali ekstruzija profila se posebno odnosi na proizvode sa dosljednim poprečnim-presjekom. PVC okvir oko vašeg prozora, cijev za intravensko ubrizgavanje u bolnici, čak i slamka u vašem McDonald's napitku-presijecaju ga bilo gdje duž njegove dužine, a oblik poprečnog-presjeka ostaje isti. To je profil.
Proizvodi izrađeni ekstruzijom profila mogu biti čvrsti, poput vinilnih obloga, ili šuplji, poput slamki za piće.
Kako se prave šuplje? Morate postaviti iglu ili trn unutar kalupa i upuhati zrak kroz centar kako se proizvod ne bi srušio. Prvi put kada sam ovo čuo morao sam da razmislim o tome na trenutak, ali onda je imalo smisla-ako pravite nešto šuplje i ne podupirete ga iznutra, naravno da će propasti.
Šta može jedan šraf
Srce ekstrudera je taj vijak. Smiješna stvar je da za tako masivnu industriju najkritičnija komponenta izgleda kao veliki vijak za drvo.
Vijak se rotira kontroliranom brzinom, obično do 120 o/min, gurajući plastične pelete naprijed kroz cijev. Bačva se zagreva na potrebnu temperaturu topljenja, koja se kreće od 200 do 275 stepeni u zavisnosti od polimera koji koristite.
Ali taj vijak ne gura samo materijal naprijed. Istovremeno se prenosi, komprimuje, topi i homogenizuje. Kada plastične pelete ispadnu iz rezervoara, one su čvrste. Dok ih vijak gura naprijed, zagrijavaju se vanjskim grijačima na cijevi dok se također šišaju između otvora vijaka i zida cijevi. Dok stignu do prednjeg kraja, potpuno su rastopljeni.
Evo nečega što se često zanemaruje: temperatura bačve je uglavnom rezultat grijanja na smicanje, a ponekad vam je zapravo potrebno dodatno hlađenje kako biste plastiku držali unutar prozora za obradu.
Većina ljudi pretpostavlja da ekstruder samo koristi te vanjske grijače da topi plastiku. U stvarnosti, grijanje na smicanje čini značajan dio uložene energije. Gledao sam iskusne operatere kako podešavaju mašine tako što zapravo smanjuju snagu grijača i puštaju smicanje da obavi više posla-štedi električnu energiju, sigurno, ali što je još važnije, topljenje izazvano smicanjem- obično je ujednačenije.
O toj smrti
Kocka je mjesto gdje se događa prava inženjerska magija. Nisam obožavatelj cvjetnog jezika, ali istina je-da je kockica tehnički najzahtjevnija komponenta u cijelom sistemu.
Razmisli o tome. Otopljena plastika je tečnost. Kada izađe iz kockice, nabubri (die swell, oni to zovu). Kada se ohladi, skuplja se. Različiti dijelovi se hlade različitim brzinama, tako da skupljanje nije ni jednolično. Da biste dobili konačni proizvod koji odgovara specifikacijama dizajna, kanali protoka matrice moraju uzeti u obzir sve to.
A matrica nije samo komad čelika sa probijenom rupom. Balansirana matrica je neophodna za dobru kontrolu dimenzija. "Uravnoteženo" znači da talina teče približno istom brzinom po cijelom poprečnom-presjeku. Ako je protok neravnomjeran, vaš profil izlazi debeo s jedne strane i tanak s druge, ili se jedan dio hladi prije drugog i onda imate problema.
Znam fabriku koja pravi složene profile. Proveli su tri mjeseca samo na suđenjima. Poprečni-presjek je imao sedam do osam nepravilnih žljebova, najtanji zid ispod 1 mm, najdeblji blizu 8 mm. Uz takvu vrstu varijacija, postizanje ravnoteže protoka je noćna mora.
Ne radi se dok se ne ohladi
Plastika koja izlazi iz kalupa je i dalje mekana. Nešto kao topli sir. Morate se brzo zaključati u tom obliku.
Najčešći pristup je hlađenje vodom. Profil ide direktno iz matrice u rezervoar za vodu. Unutar rezervoara se nalaze elementi za određivanje veličine koji drže još-meki profil u obliku dok se stvrdne. Za proizvode kojima su potrebne čvršće tolerancije, dodajete vakuumsku kalibraciju-meki profil prolazi kroz kalibrator, vakuum se primjenjuje na van, a male rupe oko perimetra usisavaju plastiku prema van uz zidove kalibratora. To je u osnovi kontinuirano vakuumsko oblikovanje.
Hlađenje izgleda kao dosadan dio procesa, ali postoji mnogo načina da ga zeznete. Prebrzo se hladi i temperaturni gradijent između unutrašnje i vanjske strane stvara unutrašnji stres-iskrivljenje se kasnije pojavljuje. Hladite presporo i vaša izlazna brzina pati, plus profil je i dalje mekan kada ga povlakač uhvati i vi se rastežete.
Temperatura vode, brzina protoka, dužina kalibratora, -brzina izvlačenja-sve mora biti usklađeno.
Izvlačenje{0}}kontrolira i koordinira brzinu kojom se profil izvlači iz matrice. Ta brzina mora odgovarati brzini ekstruzije. Prebrzo i profil se rasteže tanak. Previše sporo i materijal se gomila na izlazu iz kalupa. Zvuči jednostavno. Tuning je sve detalje.
Nekoliko riječi o materijalima
Ljudi u ekstruziji vole da se šale: "Mi ekstrudiramo plastiku, ali ono što stvarno gubimo je naša kosa." Pogrešite formulaciju i sve ide naopako.
Tipični materijali uključuju polietilen, polipropilen, poliacetal, akril, najlon, polistiren, PVC, ABS i polikarbonat. Između ostalih.
To je puno imena, ali u stvarnoj produkciji se uglavnom bavite nekolicinom.
PVCje kralj u svijetu profila. Nema blizu drugog. Prozori u zgradama, odvodne cijevi, kablovski kanali-svuda je. Visok sadržaj hlora čini PVC teško zapaljivim i ograničava oslobađanje toplote. Samogasi se-što znači da prestaje da gori kada uklonite izvor paljenja. Za građevinske materijale ta otpornost na vatru je ogromna. Plus PVC je jeftin, otporan na koroziju-i možete ga učiniti krutim ili fleksibilnim dodavanjem plastifikatora. Naravno, ima nedostatke, previše-uzak prozor za obradu, lošu termičku stabilnost. Morate napuniti formulaciju stabilizatorima ili će se degradirati prije nego što uopće izađe iz kalupa.
PEje uglavnom za cijevi. Plinski vodovi koriste polietilen jer je otporan na koroziju i iz plina i iz podzemne sredine. Vodovod ga koristi iz istog razloga, a pomaže da voda ostane čista. Dobra fleksibilnost znači da može podnijeti taloženje tla. Spojevi{4}}stopljeni toplinom su jači od same cijevi.
ABSima odličnu otpornost na udarce zahvaljujući butadienskoj komponenti, čak i na niskim temperaturama. Ali izlaganje UV zračenju uzrokuje mikropukotine, tako da primjene na otvorenom zahtijevaju oprez.
ASAje odličan materijal za vanjsku upotrebu, za profile koji će biti izloženi sunčevoj svjetlosti duži period. Mnogi ljudi ne znaju ovu. U osnovi je ABS sa butadienom zamijenjenim akrilatnim esterom, što značajno povećava otpornost na vremenske uvjete.
Što se tiče svih ostalih stvari koje ulaze u formulaciju: boje za izgled, UV stabilizatori za sprječavanje fotodegradacije, antioksidansi za usporavanje starenja, maziva za poboljšanje protoka i smanjenje trenja, usporivači plamena za smanjenje zapaljivosti. Takođe toplotni stabilizatori, punioci, učvršćivači, pomoćna sredstva za obradu... Zrela formulacija može imati desetak komponenti, od kojih je svaka uneta kroz opsežne pokušaje i greške.
Ko{0}}ekstruzija zaslužuje svoj odjeljak
Ko{0}}ekstruzija je istovremeno ekstrudiranje više slojeva materijala. Koristite dva ili više ekstrudera koji unose različite plastike kontroliranim brzinama u jednu glavu matrice, koja ih kombinira u željeni oblik.
Zašto se truditi?
Jer u mnogim stvarnim{0}}primjenama, nijedan polimer ne može ispuniti sve zahtjeve. Recimo da želite profil u kojem vanjski sloj mora biti tvrd,-otporan na habanje i dobrog-izgleda, dok unutrašnji sloj mora biti mekan, elastičan i sposoban da formira brtvu. Jedan materijal ne može oboje. Ko-ekstruzija vam omogućava da pokrenete dva materijala odjednom, spojite ih u kalupu i oni izlaze kao jedan integrisani komad.
Ko-koekstruzija sa dvostrukim durometrom spaja dva materijala sa različitim zonama tvrdoće kroz istu matricu, dajući proizvodu i strukturnu krutost i fleksibilnost. Brtve za vrata i prozore, zaptivke za uređaje, razne industrijske primjene zaptivanja-tu se ovo pojavljuje.
Brtve na vratima automobila su klasičan primjer. Dio koji se pričvršćuje na lim je krut. Dio koji dolazi u dodir sa staklom ili panelom tijela je mekan. Dva materijala, jedan prolazi kroz kalup. Ako biste ih napravili odvojeno i pokušali da ih zalijepite zajedno, to bi koštalo više i veza ne bi bila tako pouzdana.
Postaje složenije. Tri-ekstruzija koristi tri različita kompatibilna materijala kroz jednu matricu, koja se često koristi za medicinske uređaje i katetere. Medicinske cijevi imaju zahtjevne zahtjeve-unutrašnji sloj mora biti biokompatibilan jer dolazi u kontakt s krvlju ili lijekovima, srednjem sloju je potrebna čvrstoća i otpornost na savijanje, vanjski sloj mora biti maziv za umetanje. Tri funkcije, tri materijala, jedan udarac.
Ponuda na proizvodnom podu
Kompletna linija za ekstruziju profila, od početka do kraja, izgleda otprilike ovako:
Sistem skladištenja/sušenja materijala → Ekstruder → Izmjenjivač sita → Matrica → Kalibracija/rezervoar za hlađenje → Izvlačenje-isključeno → Rezač → Sakupljanje/slaganje
Ekstruder je već pokriven. Izmjenjivač zaslona služi za filtriranje-hvata neotopljene komadiće i zagađivače. Izvlačenje-je taj par valjaka koji vuče profil naprijed konstantnom brzinom. Rezači dolaze u različitim tipovima u zavisnosti od proizvoda-testere, makaze, leteći rezni dijelovi.
Fleksibilni profili se obično namotaju na namenske mašine za namotavanje. Kruti profili se pile ili seku na dužinu.
Nekim proizvodima je potrebna i-linijska obrada. Probijanje, bušenje i prorezivanje su tipične operacije. Inkjet štampa omogućava označavanje serija i proizvoda. U-probijanje na liniji je mnogo efikasnije nego van mreže jer se profil još uvijek kreće niz liniju-glava udarca putuje s njim, udara i gotovo je.
Brza napomena o kvaliteti
Mnoge tvornice ne obraćaju mnogo pažnje na pravilno postavljanje-sve dok profil izgleda prihvatljivo, pretpostavljaju da je ekstruder ispravno uključen.
To pogađa nokat na glavi. Mentalitet u mnogim fabrikama je "ako se isporučuje, u redu je", a kada mašina dostigne neku vrstu--stanja, niko je ne dira. Ali za isti proizvod, optimizacija parametara može smanjiti potrošnju energije za 20% i značajno poboljšati konzistentnost.
Kontrola temperature je sve. Precizna kontrola temperature proizvodi dobar proizvod i minimizira troškove energije. Termoparovi trebaju redovnu provjeru. Kada prethodno dobro-izbalansirana matrica počne proizvoditi neravne profile, to je često zato što termoparovi više ne kontroliraju pravilno temperaturu matrice. Termoparovi se pomjeraju tokom vremena-na ekranu se očitava 180 stepeni, ali stvarni može biti 195 stepeni -i problemi se polako uvlače.
Gde sve to ide
Ovaj dio ne treba puno elaborirati jer su profili jednostavno svuda.
Ekstruzija profila je jedan od-najvećih procesa u proizvodnji plastike, koji proizvodi sve, od cijevi do prozora do medicinskih cijevi.
Najviše koristi građevinarstvo. Prozorski okviri, okviri vrata, sporedni kolosijeci, postolja, kablovski kanali-sve ekstrudirano.
Medicina koristi najveću preciznost. Cijevi za kapanje krvi i kateteri su kompoziti od plastičnih materijala i ojačanja, koji zahtijevaju sterilizaciju nakon{1}}proizvodnje.
Automobilska industrija koristi najrazličitije. Brtve, ukrasne trake, cijevi, zaštita kabelskog svežnja-jedan automobil može imati desetine različitih ekstrudiranih profila.
Roba široke potrošnje se podrazumeva. Slamke, vješalice, trake za pakovanje, zavjese...
Završne misli
Ekstruzija profila je proizvodni proces velikog{0}}obima poznat po minimalnom otpadu, niskoj cijeni, brzom obrtu i raznovrsnosti sa sirovinama. Takođe može postići specifična svojstva kao što su otpornost na plamen, izdržljivost, hemijska otpornost i otpornost na toplotu.
Sve je tačno što se udžbeničkog nabrajanja tiče. Ali ono što ovom procesu zaista daje snagu, mislim da je kontinuitet. Injekciono prešanje radi u ciklusima-kalup se otvara, kalup se zatvara, postoji mrtvo vrijeme između snimaka. Ekstruzija samo zadržava ispumpavanje materijala. Možete ga pokrenuti 24 sata uzastopno ako želite. Ta prednost u kontinuitetu u smislu troškova je skoro porazna kada govorite-veliki obim proizvodnje.
Naravno, postoje ograničenja. Možete napraviti samo proizvode-poprečnog presjeka. Preciznost je niža od brizganja. Složene 3D geometrije ne dolaze u obzir. Ali u njegovoj kormilarnici ništa drugo se ne približava.
Tehnološki i materijalni napredak stalno preoblikuju krajolik ekstruzije profila. Integracija naprednog softvera za dizajn i simulaciju, razvoj-polimera visokih performansi-sve to proširuje ono što je moguće u smislu inovativnih i multifunkcionalnih profila.
Profili koji se prije deset godina nisu mogli napraviti, mogu se napraviti sada. Parametri koji su nekada u potpunosti zavisili od intuicije veteranskih operatera sada se mogu simulirati u softveru. Industrija ide naprijed. Osnovni principi se nisu mnogo promenili tokom jednog veka, ali opseg onoga što možete da uradite nastavlja da raste.
Još nešto, sretan Božić!