Quando si parla di estrusione di tubi in plastica è necessario seguire questi 11 principi base!

Ningbo Fangli Technology Co., Ltd.è unproduttore di attrezzature meccanichecon quasi 30 anni di esperienza diattrezzature per l'estrusione di tubi in plastica, nuova protezione ambientale e nuove attrezzature per i materiali. Fin dalla sua fondazione, Fangli è stato sviluppato in base alle richieste degli utenti. Attraverso il miglioramento continuo, la ricerca e sviluppo indipendente sulla tecnologia di base, la digestione e l'assorbimento di tecnologie avanzate e altri mezzi, ci siamo sviluppatiLinea di estrusione tubi in PVC, Linea di estrusione tubi in PP-R, Linea di estrusione di tubi di alimentazione idrica/gas in PE, raccomandato dal Ministero cinese delle Costruzioni per sostituire i prodotti importati. Abbiamo guadagnato il titolo di “Marchio di prima classe nella provincia di Zhejiang”.

01  Principi meccanici

Il meccanismo di base dell'estrusione è molto semplice: una vite ruota nel cilindro e spinge la plastica in avanti. La vite è in realtà una superficie inclinata o inclinata, che avvolgerebbe lo strato centrale. Il suo scopo è aumentare la pressione per vincere una maggiore resistenza. Per unestrusore, ci sono tre tipi di resistenze da superare: l'attrito delle particelle solide (alimentazione) contro la parete del cilindro e il loro reciproco attrito durante i primi giri della vite (zona di alimentazione); l'adesione del fuso alla parete del cilindro; e la resistenza logistica all'interno della fusione mentre viene spinta in avanti.

Newton una volta spiegò che se un oggetto non si muove in una determinata direzione, le forze su quell'oggetto sono bilanciate in quella direzione. Una vite non si muove in direzione assiale, anche se può ruotare lateralmente e rapidamente in prossimità della circonferenza. Pertanto, la forza assiale sulla vite è bilanciata e, se esercita una grande spinta in avanti sulla massa fusa, esercita anche un'eguale spinta all'indietro sull'oggetto. In questo caso, la spinta che esercita è sul cuscinetto dietro l'ingresso: il cuscinetto reggispinta.

La maggior parte delle viti singole hanno filettatura destrorsa, come viti e bulloni utilizzati nella lavorazione del legno e nei macchinari. Se visti da dietro, sono controrotanti perché cercano di svitarsi dalla canna il più indietro possibile. In alcuniestrusori bivite, le due viti ruotano all'indietro e si incrociano in entrambe le canne, quindi una deve essere destrorsa e l'altra sinistrorsa. In altre viti gemelle occluse, le due viti ruotano nella stessa direzione e quindi devono avere lo stesso orientamento. Tuttavia, in entrambi i casi ci sono cuscinetti reggispinta che assorbono la forza all'indietro e si applica ancora il principio di Newton.

02  Principio termico

Le plastiche estrudibili sono termoplastiche: si sciolgono quando riscaldate e si solidificano nuovamente quando vengono raffreddate. Da dove viene il calore necessario per fondere la plastica? Il preriscaldamento dell'alimentazione e i riscaldatori cilindro/stampo possono svolgere un ruolo e sono importanti all'avvio, ma l'energia in ingresso al motore (il calore per attrito generato nel cilindro quando il motore gira la vite contro la resistenza del materiale fuso viscoso) è la fonte di calore più importante per tutte le materie plastiche, ad eccezione dei piccoli sistemi, delle viti a bassa velocità, delle plastiche ad alta temperatura di fusione e delle applicazioni di rivestimento per estrusione.

Per tutte le altre operazioni, è importante riconoscere che il riscaldatore del cilindro non è la principale fonte di calore nell'operazione e pertanto svolge un ruolo minore nell'estrusione di quanto potremmo aspettarci (vedere Principio 11). La temperatura del cilindro posteriore può comunque essere importante perché influisce sull'impegno o sulla velocità di trasporto dei solidi nell'alimentazione. Le temperature della matrice e dello stampo dovrebbero normalmente corrispondere alla temperatura di fusione desiderata o avvicinarsi ad essa, a meno che non vengano utilizzate per uno scopo specifico come verniciatura, distribuzione di fluidi o controllo della pressione.

03  Principio di decelerazione

Nella maggior parteestrusori, la velocità della vite viene variata regolando la velocità del motore. Il motore solitamente ruota a una velocità massima di circa 1750 giri al minuto, ma è troppo veloce per una vite di estrusione. Se ruota a una velocità così elevata, viene generato troppo calore da attrito e il tempo di ritenzione della plastica è troppo breve per preparare una fusione omogenea e ben miscelata. I rapporti di riduzione tipici sono compresi tra 10:1 e 20:1. Il primo stadio può essere un ingranaggio o un set di pulegge, ma il secondo stadio è composto da tutti gli ingranaggi e la vite è posizionata al centro dell'ultimo ingranaggio grande.

In alcune macchine a funzionamento lento (come le bivite per UPVC) possono essere presenti 3 stadi di decelerazione e la velocità massima può essere pari a 30 giri/min o meno (un rapporto di 60:1). All'estremo opposto, alcune delle lunghissime viti bivite utilizzate per la miscelazione possono funzionare a 600 giri/min o più e richiedono quindi una velocità di decelerazione molto bassa nonché un notevole raffreddamento profondo.

A volte la velocità di decelerazione non è adattata correttamente al compito da svolgere - ci sarebbe troppa energia da utilizzare - ed è possibile aggiungere un paranco tra il motore e la prima fase di decelerazione per modificare la velocità massima. Ciò aumenta la velocità della vite oltre il limite precedente o riduce la velocità massima consentendo al sistema di funzionare a una percentuale maggiore della velocità massima. Ciò aumenterà l'energia disponibile, ridurrà l'amperaggio ed eviterà problemi al motore. In entrambi i casi la resa può aumentare a seconda del materiale e delle sue esigenze di raffreddamento.

04  Alimentare il liquido refrigerante

L'estrusione è il trasferimento di energia da un motore - a volte un riscaldatore - alla plastica fredda, convertendola così da solida a fusa. L'alimentazione in ingresso è più fredda delle superfici del cilindro e della vite nella zona di alimentazione. Tuttavia, la superficie del cilindro nella zona di alimentazione è quasi sempre al di sopra dell'intervallo di fusione della plastica. Viene raffreddato dal contatto con le particelle di alimentazione, ma il calore viene mantenuto mediante il trasferimento di calore dalla parte anteriore calda alla parte posteriore e mediante riscaldamento controllato. Potrebbe essere necessario accendere il riscaldatore posteriore anche quando il calore della parte anteriore è trattenuto dall'attrito viscoso e non è richiesto alcun apporto di calore dalla cartuccia. L'eccezione più importante è la cartuccia slot feed, quasi esclusivamente per HDPE.

Anche la superficie della radice della vite viene raffreddata dall'alimentazione e dall'adiabatica della parete del cilindro dalle particelle di plastica alimentate (e dall'aria tra le particelle). Se la vite si ferma improvvisamente, anche l'avanzamento si ferma e la superficie della vite diventa più calda nella zona di alimentazione mentre il calore si sposta all'indietro dall'estremità anteriore più calda. Ciò può causare l'adesione o il collegamento di particelle alla radice.

05  Il mangime viene incollato sulla canna o fatto scorrere sulla vite

Per massimizzare il trasporto delle particelle solide nella zona liscia di alimentazione del cilindro di un estrusore monovite, le particelle dovrebbero aderire al cilindro e scivolare sulla vite. Se i pellet si attaccano alla radice della vite, non c'è nulla che possa staccarli; il volume del canale e il volume di ingresso dei solidi vengono ridotti. Un altro motivo di scarsa adesione alla radice è che qui la plastica può termocondensarsi e produrre gel e particelle contaminanti simili, oppure aderire in modo intermittente e rompersi al variare della velocità di uscita.

La maggior parte delle materie plastiche scivolano naturalmente sulla radice perché sono fredde quando entrano e l'attrito non ha ancora riscaldato la radice allo stesso livello di calore della parete del cilindro. Alcuni materiali hanno maggiori probabilità di aderire rispetto ad altri: PVC altamente plastificato, PET amorfo e alcuni copolimeri poliolefinici con proprietà adesive desiderate per l'uso finale.

Per la canna è necessario che la plastica aderisca in modo che possa essere raschiata e spinta in avanti dalla filettatura della vite. Dovrebbe esserci un elevato coefficiente di attrito tra le particelle e la canna, che a sua volta è fortemente influenzato dalla temperatura della canna posteriore. Se le particelle non aderiscono, girano semplicemente sul posto e non avanzano: ecco perché un'alimentazione fluida è dannosa.

L'attrito superficiale non è l'unico fattore che influenza l'alimentazione. Molte particelle non entrano mai in contatto con il cilindro o la radice della vite, quindi all'interno delle particelle deve esserci un legame di attrito e viscosità meccanica.

L'attrito superficiale non è l'unico fattore che influenza l'avanzamento. Molte particelle non toccano mai il cilindro o la radice della vite, quindi all'interno del granulato devono esserci attriti e incastri meccanici e viscosi.

Il cilindro scanalato è un caso speciale. La gola è situata nella zona di alimentazione, isolata termicamente e profondamente raffreddata ad acqua dal resto del cilindro. Il filo spinge le particelle nella scanalatura e forma un'alta pressione entro una distanza relativamente breve. Ciò aumenta la tolleranza al morso per velocità della vite inferiori con la stessa potenza, con conseguente diminuzione del calore da attrito generato nell'estremità anteriore e una temperatura di fusione inferiore. Ciò può significare che il raffreddamento limita una produzione più rapida nelle linee di produzione di film in bolla. La scanalatura è particolarmente adatta per l'HDPE, che è la plastica ordinaria più liscia oltre alla plastica perfluorurata.

06  Il più alto costo dei materiali

In alcuni casi, i costi dei materiali possono rappresentare l'80% dei costi di produzione - più della somma di tutti gli altri fattori - ad eccezione di alcuni prodotti con qualità e imballaggio particolarmente importanti, come i cateteri medici. Questo principio porta naturalmente a due conclusioni: i trasformatori dovrebbero riutilizzare il più possibile scarti e rifiuti per sostituire le materie prime e rispettare rigorosamente le tolleranze per evitare deviazioni dallo spessore target e problemi del prodotto.

07  I costi energetici sono relativamente poco importanti

Sebbene l’attrattiva e i problemi reali di una fabbrica siano allo stesso livello dei crescenti costi energetici, l’energia necessaria per far funzionare un estrusore rappresenta ancora una piccola parte del costo totale di produzione. La situazione è sempre così perché il costo del materiale è molto alto, e l'estrusore è un sistema efficace. Se viene introdotta troppa energia, la plastica diventerà rapidamente molto calda e non potrà essere lavorata correttamente.

08  La pressione all'estremità della vite è molto importante

Questa pressione riflette la resistenza di tutti gli oggetti a valle della coclea: rete filtrante e piastra di frantumazione dei contaminanti, tubo trasportatore adattatore, agitatore fisso (se presente) e lo stampo stesso. Non dipende solo dalla geometria di questi componenti ma anche dalla temperatura nel sistema, che a sua volta influisce sulla viscosità della resina e sulla velocità di produzione. Non si basa sulla progettazione della vite, tranne quando influisce sulla temperatura, sulla viscosità e sulla produttività. Per motivi di sicurezza, misurare la temperatura è importante: se è troppo elevata, la testa dello stampo e lo stampo potrebbero esplodere e danneggiare il personale o le macchine vicine.

La pressione è vantaggiosa per l'agitazione, soprattutto nell'area finale (area di dosaggio) di un sistema a vite singola. Tuttavia, l'alta pressione significa anche che il motore deve produrre più energia - quindi la temperatura di fusione è più alta - il che può specificare il limite di pressione. In un sistema a doppia vite, l'incastro di due viti costituisce un agitatore più efficace, quindi non è necessaria alcuna pressione a questo scopo.

Quando si producono componenti cavi, come tubi realizzati utilizzando stampi a ragno con staffe per il posizionamento del nucleo, è necessario generare alta pressione all'interno dello stampo per favorire la ricombinazione della logistica separata. In caso contrario, il prodotto lungo la linea di saldatura potrebbe indebolirsi e riscontrare problemi durante l'uso.

09  Uscita

Lo spostamento dell'ultima filettatura è chiamato flusso normale, che dipende solo dalla geometria della vite, dalla velocità della vite e dalla densità del materiale fuso. È regolato dalla logistica della pressione, che in realtà include l’effetto di resistenza della riduzione della produzione (rappresentata dalla pressione più alta) e qualsiasi effetto di morso eccessivo nell’alimentazione dell’aumento della produzione. La perdita sulla filettatura può avvenire in entrambe le direzioni.

È anche utile calcolare la potenza di ciascun numero di giri (giro), in quanto rappresenta l'eventuale diminuzione della capacità di pompaggio della coclea in un determinato momento. Un altro calcolo correlato è la potenza per cavallo o kilowatt utilizzato. Questo rappresenta l'efficienza e può stimare la capacità di produzione di un dato motore e driver.

10  La velocità di taglio gioca un ruolo importante nella viscosità

Tutte le plastiche comuni hanno una caratteristica di riduzione della forza di taglio, il che significa che la viscosità diminuisce man mano che la plastica si muove sempre più velocemente. L'effetto di alcune plastiche è particolarmente evidente. Ad esempio, alcuni PVC aumentano la velocità del flusso di 10 volte o più quando la spinta raddoppia. Al contrario, la forza di taglio dell'LLDPE non diminuisce troppo e quando l'inferenza raddoppia, la sua velocità di flusso aumenta solo di 3 o 4 volte. Il ridotto effetto di riduzione della forza di taglio significa elevata viscosità in condizioni di estrusione, che a sua volta significa che è necessaria una maggiore potenza del motore.

Ciò può spiegare perché l'LLDPE funziona a una temperatura più elevata dell'LDPE. La portata è espressa come velocità di taglio, che è circa 100 s-1 nel canale della vite, tra 100 e 100 s-1 nella maggior parte delle forme della bocca dello stampo e maggiore di 100 s-1 nello spazio tra la filettatura e la parete del cilindro e in alcuni piccoli spazi dello stampo.

Il coefficiente di fusione è un metodo di misurazione comunemente utilizzato per la viscosità, ma è invertito (come portata/spinta anziché spinta/portata). Sfortunatamente, la sua misurazione in un estrusore con una velocità di taglio pari o inferiore a 10 s-1 e un flusso di fusione rapido potrebbe non essere un valore di misurazione reale.

11  Il motore è opposto alla canna e la canna è opposta al motore

Perché l'effetto di controllo della canna non è sempre quello previsto, soprattutto all'interno dell'area di misurazione? Se il cilindro viene riscaldato, la viscosità dello strato di materiale sulla parete del cilindro diminuisce e il motore richiede meno energia per funzionare in questo cilindro più liscio. La corrente del motore (ampere) diminuisce. Al contrario, se il cilindro si raffredda, la viscosità della massa fusa sulla parete del cilindro aumenta e il motore deve ruotare più vigorosamente, aumentando il numero di ampere. Parte del calore rimosso durante il passaggio attraverso la canna viene poi rimandato indietro dal motore. Di solito, il regolatore del barile ha un effetto sulla fusione, che è quello che ci aspettiamo, ma l’effetto non è così significativo come la variabile regionale. È meglio misurare la temperatura di fusione per capire veramente cosa è successo.

L'undicesimo principio non si applica alla testa dello stampo e allo stampo, poiché lì non avviene la rotazione della vite. Ecco perché lì le variazioni della temperatura esterna sono più efficaci. Tuttavia, questi cambiamenti non sono uniformi dall'interno verso l'esterno, a meno che non vengano agitati uniformemente in un agitatore fisso, che è uno strumento efficace per le variazioni della temperatura di fusione e dell'agitazione.

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