Princípio mecânico
O mecanismo básico de extrusão é simples - um parafuso gira no barril e empurra o plástico para a frente. O parafuso é na verdade um chanfro ou inclinação enrolada na camada central. Seu objetivo é aumentar a pressão para superar a grande resistência. No caso de uma extrusora, existem três tipos de resistência que precisam ser superados: o atrito das partículas sólidas (alimentação) contra a parede do cilindro e o atrito mútuo entre as bobinas antes da rotação do parafuso (zona de alimentação ); Adesão na parede do barril; A resistência ao fluxo interno do derretimento à medida que é empurrado para a frente.
Se um objeto não se mover em uma determinada direção, a força no objeto será equilibrada nessa direção. O parafuso não se move na direção axial, embora possa girar lateralmente rapidamente perto da circunferência. Portanto, a força axial no parafuso é equilibrada e, se aplicar um grande impulso para a frente ao fusão de plástico, também aplica um impulso para trás idêntico ao objeto. Aqui, o impulso aplicado é o rolamento que atua no impulso por trás da porta de alimentação.
A maioria dos parafusos únicos são roscas com a mão direita, como parafusos e parafusos usados em madeira e máquinas. Se eles olharem por trás, estão girando na direção oposta porque tentam girar o barril o mais longe possível. Em algumas extrusoras de parafuso duplo, os dois parafusos giram em direções opostas em dois cilindros e se cruzam, para que um deve ser destro e o outro deve ser canhoto. Em outros parafusos duplos oclusais, os dois parafusos giram na mesma direção e devem ter a mesma orientação. No entanto, em ambos os casos, há um rolamento de impulso que absorve a força para trás, e o princípio de Newton ainda se aplica.
2. Princípio térmico
Os plásticos extrudáveis são termoplásticos - eles derretem quando aquecidos e solidificados novamente após o resfriamento. De onde vem o calor do plástico derretido? Os aquecedores de pré -aquecimento e barril/matriz podem funcionar e são importantes na start -up, no entanto, a energia de entrada do motor - o atrito do motor contra o fusão viscoso - o calor de atrito gerado no barril ao girar o parafuso - é o máximo Fonte de calor importante para plásticos, exceto por pequenos sistemas, parafusos de baixa velocidade, plásticos de temperatura de alta fusão e aplicações de revestimento de 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, o efeito na extrusão é menor do que esperamos (ver Princípio 11). A temperatura pós-cilindro ainda pode ser importante porque afeta a taxa de transporte de sólidos nos dentes ou na alimentação. As temperaturas da matriz e do mofo geralmente devem ser a temperatura de fusão desejada ou próxima a essa temperatura, a menos que sejam usadas para uma finalidade específica, como vidros, distribuição de fluidos ou controle de pressão.
3. Princípio da desaceleração
Na maioria das extrusoras, a mudança na velocidade do parafuso é alcançada ajustando a velocidade do motor. O motor geralmente gira a toda velocidade de aproximadamente 1750 rpm, mas isso é rápido demais para um parafuso de extrusora. Se for girado a uma velocidade tão rápida, muito calor de atrito é gerado e o tempo de permanência do plástico é muito curto para preparar um derretimento uniforme e bem-sucedido. As taxas de desaceleração típicas variam de 10: 1 a 20: 1. O primeiro estágio pode ser de engrenagem ou polia, mas o segundo estágio usa engrenagens e o parafuso é posicionado no centro da última engrenagem grande.
Em algumas máquinas de corrida lenta (como os parafusos duplos para UPVC), pode haver 3 estágios de desaceleração e a velocidade máxima pode ser tão baixa quanto 30 rpm ou menor (até 60: 1 proporção). No outro extremo, alguns parafusos duplos muito longos para agitação podem funcionar a 600 rpm ou mais rápidos, exigindo assim uma taxa muito baixa de desaceleração e muito resfriamento profundo.
Às vezes, a taxa de desaceleração é incompatível com a tarefa - haverá muita energia para usar - e é possível adicionar um bloco de polia entre o motor e a primeira fase de desaceleração que altera a velocidade máxima. Isso aumenta a velocidade do parafuso acima do limite anterior ou diminui a velocidade máxima para permitir que o sistema opere em uma porcentagem maior da velocidade máxima. Isso aumentará a energia disponível, reduzirá a amperagem e evitará problemas motores. Nos dois casos, a saída pode aumentar dependendo do material e de suas necessidades de resfriamento.
4. Alimentando -se como um líquido de arrefecimento
A extrusão transfere a energia do motor, às vezes o aquecedor, para o plástico frio, convertendo -o de sólido para derreter. A alimentação de entrada é mais fria que as temperaturas da superfície do barril e do parafuso na zona de alimentação. No entanto, a superfície do barril na zona de alimentação está quase sempre acima da faixa de fusão do plástico. É resfriado pelo contato com as partículas de alimentação, mas o calor é retido pelo calor transferido de volta para a extremidade frontal quente e o aquecimento controlado. Mesmo depois que o calor final é mantido pelo atrito viscoso e nenhuma entrada de calor de barril é necessária, o aquecedor de postagem pode ser necessário. A exceção mais importante é o cartucho de alimentação com fenda, que é quase exclusivamente para o HDPE.
A superfície da raiz do parafuso também é resfriada pela alimentação e é isolada da parede do barril pelas partículas de alimentação plástica (e pelo ar entre as partículas). Se o parafuso parar repentinamente, a alimentação também parar e, à medida que o calor se move para trás da extremidade frontal mais quente, a superfície do parafuso fica mais quente na zona de alimentação. Isso pode causar adesão ou ponte das partículas nas raízes.
5. Na área de alimentação, atenha -se ao cilindro e deslize para o parafuso
Para maximizar a quantidade de sólidos transportados na zona de alimentação do barril liso de uma única extrusora de parafuso, as partículas devem grudar no cano e deslizar sobre o parafuso. Se as partículas grudam na raiz do parafuso, nada as puxa para baixo; O volume da passagem e a quantidade de sólidos são reduzidos. Outro motivo de baixa adesão às raízes é que o plástico pode aquecer aqui e produzir géis e partículas contaminantes semelhantes, ou aderir intermitentemente e quebrar com as mudanças na velocidade de saída.
A maioria dos plásticos desliza naturalmente nas raízes porque estão frios quando entram e o atrito não aquece as raízes tão quentes quanto as paredes. Alguns materiais têm maior probabilidade de aderir do que outros: PVC altamente plastificado, animal de estimação amorfo e alguns copolímeros à base de poliolefina com propriedades adesivas desejadas para uso final.
Para o barril, é necessário que o plástico siga aqui, para que seja raspado e empurrado para a frente pela rosca de parafuso. Deve haver um alto coeficiente de atrito entre os grânulos e o barril, e o coeficiente de atrito é fortemente influenciado pela temperatura do barril traseiro. Se as partículas não grudarem, elas simplesmente giram no lugar sem avançar - e é por isso que a alimentação suave não é boa.
O atrito da superfície não é o único fator que afeta a alimentação. Muitas partículas nunca tocam o barril ou a raiz do parafuso, portanto, deve haver ligações de atrito e viscosidade mecânica e viscosidade dentro das partículas.
Um cilindro ranhurado é um caso especial. A calha está na zona de alimentação e a zona de alimentação é isolada termicamente do restante do barril e é profundamente resfriada à água. A rosca empurra as partículas para a ranhura e cria uma pressão muito alta em uma distância relativamente curta. Isso aumenta a tolerância à mordida da saída inferior do mesmo parafuso na mesma saída, de modo que o calor de atrito gerado na extremidade frontal seja reduzido e a temperatura de fusão seja menor. Isso pode significar uma produção mais rápida em linhas de filme queimadas limitadas. O tanque é particularmente adequado para o HDPE, que é o plástico comum mais suave, exceto os plásticos fluorados.
6. O material mais caro
Em alguns casos, os custos materiais podem representar 80% do custo da produção mais do que todos os outros fatores-exceto para produtos particularmente importantes em qualidade e embalagem, como cateteres médicos. Esse princípio leva naturalmente a duas conclusões: os processadores devem reutilizar a sucata e a sucata o máximo possível no lugar de matérias -primas e aderir estritamente a tolerâncias o máximo possível para evitar desvios da espessura do alvo e dos problemas do produto.
7. Os custos de energia são relativamente sem importância
Embora a atratividade e os problemas reais de uma fábrica estejam no mesmo nível que o aumento dos custos de energia, a energia necessária para executar uma extrusora ainda é uma pequena fração do custo total de produção. Esse é sempre o caso porque os custos do material são muito altos e a extrusora é um sistema eficaz. Se muita energia for introduzida, o plástico rapidamente ficará tão quente que não pode ser processado corretamente.
8. A pressão no final do parafuso é muito importante
Essa pressão reflete a resistência de todos os objetos a jusante do parafuso: a tela do filtro e a placa de triturador contaminada, o tubo de transferência do adaptador, o agitador fixo (se houver) e o próprio molde. Depende não apenas da geometria desses componentes, mas também da temperatura no sistema, que por sua vez afeta a viscosidade e a taxa de transferência da resina. Não depende do projeto do parafuso, exceto quando afeta a temperatura, a viscosidade e a taxa de transferência. Por razões de segurança, a medição da temperatura é importante - se estiver muito alta, o dado e o mofo podem explodir e prejudicar pessoas ou máquinas próximas.
A pressão é vantajosa para a agitação, especialmente na última zona do sistema de parafuso único (zona de medição). No entanto, a alta pressão também significa que o motor precisa emitir mais energia - e, portanto, a temperatura do fusão é maior - o que pode ditar o limite de pressão. Em um parafuso duplo, o engajamento dos dois parafusos entre si é um agitador mais eficiente; portanto, nenhuma pressão é necessária para esse fim.
Na fabricação de peças ocas, como tubos feitos de moldes de aranha centrados na aranha usando suportes, a alta pressão deve ser criada dentro do molde para ajudar na recombinação de fluxos separados. Caso contrário, o produto ao longo da linha de solda pode ser fraco e os problemas podem ocorrer durante o uso.
9. Saída = deslocamento do último fio / - fluxo de pressão e vazamento
O deslocamento da última rosca é chamado de fluxo positivo e depende apenas da geometria do parafuso, da velocidade do parafuso e da densidade de fusão. É regulado pela corrente de pressão e, na verdade, inclui um efeito de arrasto que reduz a saída (indicada pela pressão mais alta) e qualquer efeito excessivo na alimentação que aumenta a saída. O vazamento no fio pode estar em uma das duas direções.
Também é útil calcular a saída por RPM (rotação), pois isso representa qualquer queda na capacidade de bombeamento do parafuso por vez. Outro cálculo relacionado é a saída por cavalos de potência ou kilowatt usado. Isso representa eficiência e é capaz de estimar a capacidade de produção de um determinado motor e acionamento.
10. A taxa de cisalhamento desempenha um papel importante na viscosidade
Todos os plásticos comuns têm propriedades redutores de cisalhamento, o que significa que a viscosidade se torna menor à medida que o plástico se move mais e mais rápido. Esse efeito de alguns plásticos é particularmente perceptível. Por exemplo, alguns PVCs aumentam a vazão em um fator de 10 ou mais quando o impulso é dobrado. Pelo contrário, a força de cisalhamento LLDPE não é muito reduzida, e a taxa de fluxo só é aumentada em 3 a 4 vezes quando o raciocínio é dobrado. O efeito reduzido de redução de cisalhamento significa alta viscosidade em condições de extrusão, o que, por sua vez, significa mais energia motora. Isso pode explicar por que o LLDPE opera a uma temperatura mais alta que o LDPE. A taxa de fluxo é expressa na taxa de cisalhamento, aproximadamente 100 S-1 no canal de parafuso, entre 100 e 100 S-1 na maioria dos perfis de matriz e maior que 100 S-1 na lacuna entre os fios e a parede e alguns pequenos Die Gaps. O coeficiente de fusão é uma medida de viscosidade comumente usada, mas é revertida (por exemplo, fluxo/impulso em vez de impulso/fluxo). Infelizmente, a medição não é uma medida verdadeira em uma extrusora com uma taxa de cisalhamento de 10 S-1 ou menos e uma taxa de fluxo de fusão muito rápida.
11. O motor é oposto ao cilindro e o cilindro é oposto ao motor.
Por que o efeito de controle do cilindro nem sempre é o mesmo que o esperado, especialmente na área de medição? Se o cilindro estiver aquecido, o cilindro
