การวิเคราะห์เทคโนโลยีการประมวลผลพลาสติก - บนหลักการเชิงกลของการปั้นการอัดขึ้นรูป

หลักการกลไก

กลไกพื้นฐานของการอัดรีดนั้นง่าย - สกรูหมุนในถังและดันพลาสติกไปข้างหน้า สกรูนั้นเป็นมุมเอียงหรือความลาดชันที่พันรอบชั้นกลาง วัตถุประสงค์ของมันคือการเพิ่มแรงกดดันเพื่อเอาชนะความต้านทานขนาดใหญ่ ในกรณีของเครื่องอัดรีดมีความต้านทานสามประเภทที่ต้องเอาชนะ: แรงเสียดทานของอนุภาคของแข็ง (ป้อน) กับผนังของกระบอกสูบและแรงเสียดทานซึ่งกันและกันระหว่างขดลวดก่อนการหมุนของสกรู ); การยึดเกาะบนผนังของถัง; ความต้านทานการไหลภายในของการละลายขณะที่มันถูกผลักไปข้างหน้า

หากวัตถุไม่เคลื่อนที่ไปในทิศทางที่กำหนดแรงของวัตถุจะมีความสมดุลในทิศทางนี้ สกรูไม่ขยับไปในทิศทางตามแนวแกนแม้ว่ามันอาจจะหมุนด้านข้างอย่างรวดเร็วใกล้กับเส้นรอบวง ดังนั้นแรงตามแนวแกนบนสกรูจึงมีความสมดุลและถ้าใช้แรงขับไปข้างหน้าขนาดใหญ่กับพลาสติกละลายก็จะใช้แรงขับย้อนกลับที่เหมือนกันกับวัตถุ ที่นี่แรงผลักดันที่ใช้คือแบริ่งที่ทำหน้าที่บนแรงขับที่อยู่ด้านหลังพอร์ตฟีด

สกรูเดี่ยวส่วนใหญ่เป็นเกลียวมือขวาเช่นสกรูและสลักเกลียวที่ใช้ในงานไม้และเครื่องจักร หากพวกเขามองจากด้านหลังพวกเขาจะหมุนไปในทิศทางตรงกันข้ามเพราะพวกเขาพยายามที่จะหมุนถังออกเท่าที่จะทำได้ ในเครื่องอัดรีดคู่สกรูคู่สกรูทั้งสองหมุนไปในทิศทางตรงกันข้ามในสองกระบอกสูบและข้ามกันดังนั้นหนึ่งจะต้องถนัดขวาและอื่น ๆ จะต้องถนัดซ้าย ในสกรูแฝดบดเคี้ยวอื่น ๆ สกรูทั้งสองจะหมุนไปในทิศทางเดียวกันและต้องมีการวางแนวเดียวกัน อย่างไรก็ตามในทั้งสองกรณีมีแรงผลักดันที่ดูดซับแรงย้อนหลังและหลักการของนิวตันยังคงใช้อยู่

2. หลักการความร้อน

พลาสติก extrudable เป็นเทอร์โมพลาสติก - พวกมันละลายเมื่อร้อนและแข็งตัวอีกครั้งเมื่อเย็นลง ความร้อนของพลาสติกหลอมเหลวมาจากไหน? ฟีดอุ่นและเครื่องทำความร้อนแบบบาร์เรล/ตายอาจใช้งานได้และมีความสำคัญในการเริ่มต้นอย่างไรก็ตามพลังงานอินพุตมอเตอร์ - แรงเสียดทานของมอเตอร์กับการละลายของความหนืด - ความร้อนแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นในถังเมื่อหมุนสกรู - เป็นสิ่งที่มากที่สุด แหล่งความร้อนที่สำคัญสำหรับพลาสติกยกเว้นระบบขนาดเล็กสกรูความเร็วต่ำพลาสติกอุณหภูมิหลอมเหลวสูงและแอปพลิเคชันการเคลือบแบบอัดรีด

สำหรับการดำเนินการอื่น ๆ ทั้งหมดเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องรับรู้ว่าเครื่องทำความร้อนบาร์เรลไม่ได้เป็นแหล่งความร้อนหลักในการทำงานและดังนั้นผลกระทบต่อการอัดรีดนั้นน้อยกว่าที่เราคาดไว้ (ดูหลักการ 11) อุณหภูมิหลังสูบอาจยังคงมีความสำคัญเนื่องจากมีผลต่ออัตราการขนส่งของแข็งในฟันหรือในอาหาร อุณหภูมิตายและแม่พิมพ์โดยทั่วไปควรเป็นอุณหภูมิละลายที่ต้องการหรือใกล้กับอุณหภูมินี้เว้นแต่จะใช้เพื่อวัตถุประสงค์เฉพาะเช่นการเคลือบการกระจายของเหลวหรือการควบคุมความดัน

3. หลักการการชะลอตัว

ในเครื่องอัดรีดส่วนใหญ่การเปลี่ยนแปลงความเร็วของสกรูทำได้โดยการปรับความเร็วของมอเตอร์ โดยทั่วไปแล้วมอเตอร์จะหมุนด้วยความเร็วเต็มประมาณ 1,750 รอบต่อนาที แต่นี่เร็วเกินไปสำหรับสกรูเครื่องอัดรีด หากมันถูกหมุนด้วยความเร็วที่รวดเร็วความร้อนแรงเสียดทานมากเกินไปจะถูกสร้างขึ้นและเวลาที่อยู่อาศัยของพลาสติกนั้นสั้นเกินไปที่จะเตรียมเครื่องแบบละลายได้ดี อัตราส่วนการชะลอตัวทั่วไปมีตั้งแต่ 10: 1 ถึง 20: 1 ขั้นตอนแรกอาจเป็นเกียร์หรือรอก แต่ขั้นตอนที่สองใช้เกียร์และสกรูอยู่ที่กึ่งกลางของเกียร์ขนาดใหญ่สุดท้าย

ในเครื่องที่ทำงานช้า (เช่นสกรูคู่สำหรับ UPVC) อาจมีขั้นตอนการชะลอตัว 3 ขั้นตอนและความเร็วสูงสุดอาจต่ำถึง 30 รอบต่อนาทีหรือต่ำกว่า (อัตราส่วนสูงสุด 60: 1) ในอีกด้านหนึ่งสกรูแฝดที่มีความยาวมากสำหรับการกวนสามารถวิ่งได้ที่ 600 รอบต่อนาทีหรือเร็วขึ้นดังนั้นจึงต้องใช้อัตราการชะลอตัวต่ำมากและการระบายความร้อนที่ลึกมาก

บางครั้งอัตราการชะลอตัวไม่ตรงกันกับงาน - จะมีพลังงานมากเกินไปที่จะใช้ - และเป็นไปได้ที่จะเพิ่มบล็อกรอกระหว่างมอเตอร์และเฟสการชะลอตัวแรกที่เปลี่ยนความเร็วสูงสุด สิ่งนี้จะเพิ่มความเร็วของสกรูสูงกว่าขีด จำกัด ก่อนหน้าหรือลดความเร็วสูงสุดเพื่อให้ระบบทำงานได้ด้วยความเร็วสูงสุดเปอร์เซ็นต์ที่สูงขึ้น สิ่งนี้จะเพิ่มพลังงานที่มีอยู่ลดแอมแปร์และหลีกเลี่ยงปัญหามอเตอร์ ในทั้งสองกรณีผลผลิตอาจเพิ่มขึ้นขึ้นอยู่กับวัสดุและความต้องการการระบายความร้อน

4. ให้อาหารเป็นสารหล่อเย็น

การอัดขึ้นรูปถ่ายพลังงานของมอเตอร์บางครั้งเครื่องทำความร้อนไปยังพลาสติกเย็นแปลงจากของแข็งเป็นละลาย ฟีดอินพุตจะเย็นกว่าอุณหภูมิพื้นผิวของสกรูและสกรูในเขตฟีด อย่างไรก็ตามพื้นผิวของถังในเขตฟีดมักจะอยู่เหนือช่วงการหลอมละลายของพลาสติก มันถูกทำให้เย็นลงเมื่อสัมผัสกับอนุภาคอาหารสัตว์ แต่ความร้อนจะถูกเก็บไว้โดยความร้อนที่ถ่ายโอนกลับไปที่ปลายด้านหน้าร้อนและความร้อนที่ควบคุมได้ แม้หลังจากความร้อนปลายปัจจุบันถูกจับโดยแรงเสียดทานที่มีความหนืดและไม่จำเป็นต้องใช้อินพุตความร้อนแบบบาร์เรล ข้อยกเว้นที่สำคัญที่สุดคือคาร์ทริดจ์ฟีดแบบ slotted ซึ่งเกือบจะเฉพาะสำหรับ HDPE

พื้นผิวรากสกรูจะถูกทำให้เย็นลงโดยอาหารสัตว์และเป็นฉนวนจากผนังถังโดยอนุภาคอาหารพลาสติก (และอากาศระหว่างอนุภาค) หากสกรูหยุดทันทีฟีดก็จะหยุดและเมื่อความร้อนเคลื่อนที่กลับจากปลายด้านหน้าที่ร้อนกว่าพื้นผิวสกรูจะร้อนขึ้นในเขตฟีด สิ่งนี้อาจทำให้เกิดการยึดเกาะหรือเชื่อมต่ออนุภาคที่ราก

5. ในพื้นที่ให้อาหารติดกับกระบอกสูบแล้วเลื่อนลงบนสกรู

เพื่อเพิ่มปริมาณของของแข็งที่ขนส่งในเขตฟีดบาร์เรลเรียบของเครื่องอัดรีดสกรูเดี่ยวอนุภาคควรติดกับถังและเลื่อนลงบนสกรู หากอนุภาคติดกับรากของสกรูไม่มีอะไรดึงมันลงมา ปริมาตรของเนื้อเรื่องและปริมาณของแข็งจะลดลง อีกเหตุผลหนึ่งสำหรับการยึดเกาะที่ไม่ดีกับรากคือพลาสติกอาจร้อนขึ้นที่นี่และผลิตเจลและอนุภาคที่ปนเปื้อนที่คล้ายกันหรือยึดติดกันเป็นระยะและแตกหักด้วยการเปลี่ยนแปลงความเร็วเอาท์พุท

พลาสติกส่วนใหญ่เลื่อนตามธรรมชาติที่รากเพราะมันเย็นเมื่อพวกเขาเข้ามาและแรงเสียดทานไม่ทำให้รากร้อนเท่ากับผนัง วัสดุบางชนิดมีแนวโน้มที่จะยึดติดมากกว่าวัสดุอื่น ๆ : พีวีซีพลาสติกสูง, สัตว์เลี้ยง amorphous และพอลิเมอร์โพลีโอเลฟินบางชนิดที่มีคุณสมบัติกาวที่ต้องการสำหรับการใช้งาน

สำหรับถังมันเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับพลาสติกที่จะยึดติดที่นี่เพื่อให้มันถูกคัดลอกออกและผลักไปข้างหน้าโดยด้ายสกรู ควรมีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสูงระหว่างเม็ดและถังและค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจะได้รับอิทธิพลอย่างมากจากอุณหภูมิของถังด้านหลัง หากอนุภาคไม่ติดพวกมันจะหมุนเข้าที่โดยไม่ต้องก้าวไปข้างหน้า - ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการให้อาหารที่ราบรื่นไม่ดี

แรงเสียดทานของพื้นผิวไม่ใช่ปัจจัยเดียวที่มีผลต่อฟีด อนุภาคจำนวนมากไม่เคยสัมผัสกับกระบอกสูบหรือรากของสกรูดังนั้นจึงต้องมีแรงเสียดทานและการเชื่อมโยงเชิงกลและความหนืดภายในอนุภาค

กระบอกสูบร่องเป็นกรณีพิเศษ รางอยู่ในเขตฟีดและโซนอาหารสัตว์เป็นฉนวนความร้อนจากส่วนที่เหลือของถังและมีน้ำเย็นลงอย่างลึกซึ้ง ด้ายดันอนุภาคเข้าไปในร่องและสร้างแรงดันสูงมากในระยะทางที่ค่อนข้างสั้น สิ่งนี้จะเพิ่มความทนทานต่อการกัดของเอาท์พุทที่ต่ำกว่าของสกรูเดียวกันที่เอาต์พุตเดียวกันเพื่อให้ความร้อนแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นที่ปลายด้านหน้าจะลดลงและอุณหภูมิหลอมเหลวจะลดลง นี่อาจหมายถึงการผลิตที่เร็วขึ้นในสายฟิล์มเป่าความเย็นที่ จำกัด ถังเหมาะอย่างยิ่งสำหรับ HDPE ซึ่งเป็นพลาสติกที่เรียบง่ายที่สุดยกเว้นพลาสติกฟลูออไรด์

6. วัสดุที่แพงที่สุด

ในบางกรณีต้นทุนวัสดุสามารถคิดเป็น 80% ของต้นทุนการผลิตมากกว่าปัจจัยอื่น ๆ ทั้งหมด-ยกเว้นสำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีความสำคัญอย่างยิ่งในด้านคุณภาพและบรรจุภัณฑ์เช่นสายสวนทางการแพทย์ หลักการนี้นำไปสู่ข้อสรุปสองข้อตามธรรมชาติ: โปรเซสเซอร์ควรนำเศษซากและเศษเหล็กกลับมาใช้ใหม่มากที่สุดในสถานที่ของวัตถุดิบและยึดมั่นในความคลาดเคลื่อนให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อหลีกเลี่ยงการเบี่ยงเบนจากความหนาของเป้าหมายและปัญหาผลิตภัณฑ์

7. ต้นทุนพลังงานค่อนข้างไม่สำคัญ

แม้ว่าความน่าดึงดูดใจและปัญหาที่แท้จริงของโรงงานอยู่ในระดับเดียวกับต้นทุนพลังงานที่เพิ่มขึ้น แต่พลังงานที่จำเป็นในการใช้งานเครื่องอัดรีดยังคงเป็นเพียงส่วนเล็กน้อยของต้นทุนการผลิตทั้งหมด นี่เป็นกรณีเสมอเพราะต้นทุนวัสดุสูงมากและเครื่องอัดรีดเป็นระบบที่มีประสิทธิภาพ หากมีการแนะนำพลังงานมากเกินไปพลาสติกจะร้อนขึ้นอย่างรวดเร็วจนไม่สามารถประมวลผลได้อย่างเหมาะสม

8. ความดันที่ส่วนท้ายของสกรูมีความสำคัญมาก

ความดันนี้สะท้อนให้เห็นถึงความต้านทานของวัตถุทั้งหมดดาวน์สตรีมของสกรู: หน้าจอตัวกรองและแผ่นเครื่องหั่นฝอยที่ปนเปื้อนท่อถ่ายโอนอะแดปเตอร์เครื่องกวนคงที่ (ถ้ามี) และแม่พิมพ์เอง ไม่เพียง แต่ขึ้นอยู่กับรูปทรงเรขาคณิตของส่วนประกอบเหล่านี้เท่านั้น แต่ยังรวมถึงอุณหภูมิในระบบซึ่งจะส่งผลกระทบต่อความหนืดของเรซินและปริมาณงาน มันไม่ได้ขึ้นอยู่กับการออกแบบสกรูยกเว้นเมื่อมีผลต่ออุณหภูมิความหนืดและปริมาณงาน ด้วยเหตุผลด้านความปลอดภัยการวัดอุณหภูมิเป็นสิ่งสำคัญ - ถ้าสูงเกินไปแม่พิมพ์และเชื้อราสามารถระเบิดและเป็นอันตรายต่อผู้คนหรือเครื่องจักรที่อยู่ใกล้เคียง

ความดันเป็นประโยชน์สำหรับการกวนโดยเฉพาะในโซนสุดท้ายของระบบสกรูเดี่ยว (โซนการวัด) อย่างไรก็ตามแรงดันสูงยังหมายความว่ามอเตอร์จะต้องส่งออกพลังงานมากขึ้น - และทำให้อุณหภูมิละลายสูงขึ้น - ซึ่งสามารถกำหนดขีด จำกัด แรงดันได้ ในสกรูคู่การมีส่วนร่วมของสกรูทั้งสองซึ่งกันและกันนั้นเป็นเครื่องกวนที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องใช้แรงดันเพื่อจุดประสงค์นี้

ในการผลิตชิ้นส่วนกลวงเช่นหลอดที่ทำจากแมงมุมแมงมุมเป็นศูนย์กลางโดยใช้วงเล็บจะต้องสร้างแรงดันสูงภายในแม่พิมพ์เพื่อช่วยในการรวมตัวกันของลำธารแยกกัน มิฉะนั้นผลิตภัณฑ์ตามสายเชื่อมอาจอ่อนแอและปัญหาอาจเกิดขึ้นระหว่างการใช้งาน

9. เอาท์พุท = การกระจัดของเธรดสุดท้าย / - การไหลของแรงดันและการรั่วไหล

การกระจัดของเธรดสุดท้ายเรียกว่าการไหลเชิงบวกและขึ้นอยู่กับรูปทรงเรขาคณิตของสกรูความเร็วสกรูและความหนาแน่นของการละลาย มันถูกควบคุมโดยกระแสแรงดันและจริง ๆ แล้วรวมถึงเอฟเฟกต์การลากที่ลดเอาต์พุต (ระบุโดยความดันสูงสุด) และผลกระทบใด ๆ ที่มากเกินไปในฟีดที่เพิ่มเอาต์พุต การรั่วไหลของด้ายอาจอยู่ในสองทิศทาง

นอกจากนี้ยังมีประโยชน์ในการคำนวณเอาต์พุตต่อรอบต่อนาที (การหมุน) เนื่องจากแสดงถึงการลดลงของความสามารถในการสูบน้ำของสกรูในแต่ละครั้ง การคำนวณที่เกี่ยวข้องอีกประการหนึ่งคือผลผลิตต่อแรงม้าหรือกิโลวัตต์ที่ใช้ สิ่งนี้แสดงถึงประสิทธิภาพและสามารถประเมินกำลังการผลิตของมอเตอร์และไดรฟ์ที่กำหนด

10. อัตราการเฉือนมีบทบาทสำคัญในความหนืด

พลาสติกทั่วไปทั้งหมดมีคุณสมบัติลดแรงเฉือนซึ่งหมายความว่าความหนืดจะลดลงเมื่อพลาสติกเคลื่อนที่เร็วขึ้นและเร็วขึ้น ผลกระทบของพลาสติกบางชนิดนี้เห็นได้ชัดเจนเป็นพิเศษ ตัวอย่างเช่น PVCs บางตัวเพิ่มอัตราการไหลโดยปัจจัย 10 หรือมากกว่าเมื่อแรงขับเพิ่มเป็นสองเท่า ในทางตรงกันข้ามแรงเฉือน LLDPE จะไม่ลดลงมากเกินไปและอัตราการไหลจะเพิ่มขึ้นเพียง 3 ถึง 4 เท่าเมื่อการใช้เหตุผลเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า ผลการลดแรงเฉือนที่ลดลงหมายถึงความหนืดสูงภายใต้เงื่อนไขการอัดขึ้นรูปซึ่งจะต้องใช้พลังงานมอเตอร์มากขึ้น สิ่งนี้สามารถอธิบายได้ว่าทำไม LLDPE ทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่า LDPE อัตราการไหลจะแสดงในอัตราการเฉือนประมาณ 100 s-1 ในช่องสกรูระหว่าง 100 และ 100 s-1 ในโปรไฟล์ตายส่วนใหญ่และมากกว่า 100 s-1 ในช่องว่างระหว่างเกลียวและผนังและขนาดเล็กบางส่วน ช่องว่างตาย ค่าสัมประสิทธิ์การหลอมละลายเป็นการวัดความหนืดที่ใช้กันทั่วไป แต่กลับด้าน (เช่นการไหล/แรงขับมากกว่าแรงขับ/การไหล) น่าเสียดายที่การวัดไม่ใช่การวัดที่แท้จริงในเครื่องอัดรีดที่มีอัตราการเฉือน 10 s-1 หรือน้อยกว่าและอัตราการไหลที่ละลายเร็วมาก

11. มอเตอร์ตรงข้ามกับกระบอกสูบและกระบอกสูบอยู่ตรงข้ามกับมอเตอร์

เหตุใดเอฟเฟกต์การควบคุมของกระบอกสูบจึงไม่เหมือนกันเสมอไปตามที่คาดไว้โดยเฉพาะในพื้นที่วัด? ถ้ากระบอกสูบร้อนกระบอกสูบ