Нека започна с нещо, което остана с мен.
Миналата година посетих aпроизводство на профилизавод в Донгуан. Ръководителят на работилницата, Старият Джоу, посочи работещ екструдер и ми каза: „Виждате ли това нещо? Принципът е много прост. Не се различава от изстискването на паста за зъби от туба.“
Мислех, че се шегува.
Оказа се, че след като наистина влезе в тази индустрия, той не сгреши-поне не по отношение на основната концепция. Екструзионното формоване, както подсказва името, включва пресоване на вещество през отвор, за да се образува форма. Точно както когато стиснете края на тубичка паста за зъби, екструдираната паста за зъби е оформена като този малък кръгъл отвор. Принципът на формоването чрез екструдиране на пластмаса е подобен, с изключение на това, че пръстът ви се заменя с въртящ се винт, пастата за зъби се превръща в разтопена пластмаса, а отворът на тръбата се превръща в прецизно-машинно обработена форма.
Но „просто“ означава нещо много различно, когато говорите за индустриално производство.
Какво точно екструдираме тук
Профилната екструзия е процес на създаване на непрекъснати пластмасови форми чрез екструзия. Не включва листови или филмови продукти. Много хора бъркат "екструзия" като общо понятие с конкретно "екструзия на профил". Пластмасовото екструдиране е голямо семейство-издухано фолио, каст фолио, екструдиране на листове, всичко това се брои. Но профилното екструдиране се отнася конкретно за продукти с постоянно напречно-сечение. PVC рамката около прозореца ви, интравенозната тръба в болницата, дори сламката във вашата напитка McDonald's-го нарязва навсякъде по дължината му, а формата на напречното-сечение остава същата. Това е профил.
Продуктите, произведени чрез екструдиране на профили, могат да бъдат твърди, като винилова обшивка, или кухи, като сламки за пиене.
Как се правят кухи? Трябва да поставите щифт или дорник вътре в матрицата и да издухате въздух през центъра, за да предпазите продукта от срутване. Първият път, когато чух това, трябваше да се замисля за секунда, но тогава имаше смисъл-ако правиш нещо кухо и не го поддържаш отвътре, разбира се, че ще се провали.
Какво може да направи един винт
Сърцето на екструдера е този винт. Странното е, че за такава масивна индустрия най-критичният компонент изглежда като прекалено голям винт за дърво.
Винтът се върти с контролирана скорост, обикновено до 120 rpm, избутвайки пластмасови пелети напред през цевта. Цевта се нагрява до необходимата температура на топене, която варира от 200 градуса до 275 градуса в зависимост от това какъв полимер използвате.
Но този винт не просто тласка материала напред. Той едновременно пренася, компресира, топи и хомогенизира. Когато пластмасовите пелети паднат от бункера, те са твърди. Докато винтът ги избутва напред, те се нагряват от външни нагреватели на цевта, като същевременно се срязват между винтовите полета и стената на цевта. Докато стигнат до предния край, те са напълно разтопени.
Ето нещо, което често се пренебрегва: температурата на цевта е до голяма степен резултат от нагряване на срязване и понякога всъщност се нуждаете от допълнително охлаждане, за да задържите пластмасата в своя прозорец за обработка.
Повечето хора предполагат, че екструдерът просто използва тези външни нагреватели, за да разтопи пластмасата. В действителност нагряването на срязване представлява значителна част от вложената енергия. Наблюдавал съм опитни оператори да настройват машини, като всъщност намаляват мощността на нагревателя и оставят срязването да върши повече от работата-спестява електричество, разбира се, но по-важното е, че-предизвиканото от срязване топене обикновено е по-равномерно.
За това умират
Зарът е мястото, където се случва истинската инженерна магия. Не съм фен на цветистия език, но е вярно-матрицата е технически най-взискателният компонент в цялата система.
Помислете за това. Разтопената пластмаса е течност. Когато излезе от матрицата, тя се издува (дие набъбва, наричат го). Когато изстине се свива. Различните части се охлаждат с различна скорост, така че свиването дори не е равномерно. За да получите краен продукт, който отговаря на спецификациите на дизайна, каналите на потока на матрицата трябва да отчетат всичко това.
А матрицата не е просто парче стомана с изрязан отвор. Балансираната матрица е от съществено значение за добър контрол на размерите. „Балансиран“ означава стопилката да тече с приблизително еднаква скорост през цялото напречно-сечение. Ако потокът е неравномерен, профилът ви излиза дебел от едната страна и тънък от другата или една част се охлажда преди друга и тогава имате проблеми.
Знам една фабрика, която прави сложни профили. Те прекараха три месеца само в изпитания. Напречното-сечение имаше седем или осем неправилни бразди, най-тънката стена под 1 mm, най-дебелата почти 8 mm. С такъв вид вариация постигането на баланс на потока е кошмар.
Не става докато не изстине
Пластмасата, излизаща от матрицата, все още е мека. Нещо като топло сирене. Трябва бързо да заключите тази форма.
Най-често срещаният подход е водно охлаждане. Профилът отива направо от матрицата в резервоар за вода. Вътре в резервоара има приспособления за оразмеряване, които държат все още-мекия профил във форма, докато се втвърдява. За продукти, които се нуждаят от по-строги допуски, вие добавяте вакуумно калибриране-мекият профил минава през калибратор, вакуумът се прилага отвън и малки дупки около периметъра засмукват пластмасата навън към стените на калибратора. Това е основно непрекъснато вакуумно формоване.
Охлаждането изглежда като скучна част от процеса, но има много начини да го прецакате. Охлажда се твърде бързо и температурният градиент между вътрешната и външната среда създава вътрешно напрежение-изкривяването се проявява по-късно. Охлажда се твърде бавно и изходната ви скорост страда, освен това профилът все още е мек, когато изтеглячът го хване и се разтягате.
Температура на водата, дебит, дължина на калибратора,-скорост на изтегляне-всичко трябва да бъде координирано.
Изтеглянето контролира и координира скоростта, с която профилът се изтегля от матрицата. Тази скорост трябва да съответства на скоростта на екструдиране. Твърде бързо и профилът се разтяга тънко. Твърде бавно и материалът се натрупва на изхода на матрицата. Звучи просто. Настройката е всичко в подробности.
Няколко думи за материалите
Хората в екструдирането обичат да се шегуват: „Ние екструдираме пластмаса, но това, което наистина губим, е косата ни“. Сгрешете формулировката и всичко отива настрани.
Типичните материали включват полиетилен, полипропилен, полиацетал, акрил, найлон, полистирен, PVC, ABS и поликарбонат. Между другото.
Това са много имена, но в реалното производство най-често имате работа с шепа.
PVCе цар в света на профилите. Без близко второ. Прозорци на сгради, дренажни тръби, кабелни канали-това е навсякъде. Високото съдържание на хлор прави PVC трудно запалим и ограничава отделянето на топлина. Самозагасва се-, което означава, че спира да гори, след като отстраните източника на запалване. За строителните материали тази пожароустойчивост е огромна. Освен това PVC е евтин, устойчив-на корозия и можете да го направите твърд или гъвкав, като добавите пластификатори. Разбира се, има и недостатъци-тесен прозорец за обработка, лоша термична стабилност. Трябва да заредите формулата със стабилизатори или тя ще се разгради, преди дори да излезе от матрицата.
PEе основно за тръби. Газопроводите използват полиетилен, тъй като той е устойчив на корозия както от газа, така и от подземната среда. Водопроводите го използват по същата причина и помага да се поддържа водата чиста. Добрата гъвкавост означава, че може да се справи със слягането на земята. Термо{4}}затопените съединения в крайна сметка са по-здрави от самата тръба.
ABSима отлична устойчивост на удар благодарение на бутадиеновия компонент дори при ниски температури. Но излагането на ултравиолетови лъчи причинява микропукнатини, така че приложенията на открито изискват повишено внимание.
ASAе отличен материал за външна употреба, за профили, които ще бъдат изложени на слънчева светлина за продължителни периоди. Много хора не знаят това. Това е основно ABS с бутадиен, заменен с акрилатен естер, което значително повишава устойчивостта на атмосферни влияния.
Що се отнася до всички други неща, които влизат във формулата: оцветители за външен вид, UV стабилизатори за предотвратяване на фоторазграждане, антиоксиданти за забавяне на стареенето, лубриканти за подобряване на потока и намаляване на триенето, забавители на горенето за намаляване на запалимостта. Също така топлинни стабилизатори, пълнители, втвърдители, помощни средства за обработка... Една зряла формула може да има дузина компоненти, всеки от които е избран чрез обширни проби и грешки.
Ко-екструзията заслужава своя собствена секция
Ко-екструзията е едновременно екструдиране на множество слоеве материал. Използвате два или повече екструдера, подаващи различни пластмаси с контролирани скорости в една матрица, която ги комбинира в желаната форма.
Защо да се занимавам?
Тъй като в много-реални приложения нито един полимер не може да отговори на всички изисквания. Да кажем, че искате профил, при който външният слой трябва да е твърд,-устойчив на износване и добре-изглеждащ, докато вътрешният слой трябва да е мек, еластичен и способен да образува уплътнение. Един материал не може да направи и двете. Ко-екструзията ви позволява да работите с два материала наведнъж, да ги слеете в матрицата и те излизат като едно интегрирано парче.
Ко-екструзията с двоен дурометър слива два материала с различни зони на твърдост през една и съща матрица, придавайки на продукта както структурна твърдост, така и гъвкавост. Уплътнения за врати и прозорци, уплътнения за уреди, различни промишлени приложения за уплътняване-това се появява.
Уплътненията на автомобилните врати са класически пример. Частта, която се захваща за ламарината е твърда. Частта, която контактува със стъклото или панела на тялото, е мека. Два материала, единият преминава през матрицата. Ако ги направите отделно и се опитате да ги залепите заедно, ще струва повече и връзката няма да е толкова надеждна.
Става по-сложно. Три-екструзията пуска три различни съвместими материала през една матрица, често използвана за медицински устройства и катетри. Медицинските тръби имат високи изисквания-вътрешният слой трябва да бъде биосъвместим, защото влиза в контакт с кръв или лекарства, средният слой се нуждае от здравина и устойчивост на прегъване, външният слой трябва да е смазващ за поставяне. Три функции, три материала, един кадър.
Съставът на производствения етаж
Цялата линия за екструдиране на профили, от началото до края, изглежда приблизително така:
Система за съхранение/сушене на материали → Екструдер → Сито за смяна → Матрица → Калибриране/охлаждащ резервоар → Изтегляне-изключване → Резач → Събиране/подреждане
Вече покри екструдера. Устройството за смяна на екрана е за филтриране-улавя неразтопени частици и замърсители. Изтеглянето-е тази двойка ролки, които дърпат профила напред с постоянна скорост. Резачките се предлагат в различни видове в зависимост от продукта-триони, ножици, летящи ножове.
Гъвкавите профили обикновено се навиват на специални машини за навиване. Твърдите профили се нарязват или режат на дължина.
Някои продукти също се нуждаят-от обработка на линия. Щанцоване, пробиване и прорязване са типични операции. Мастиленоструйният печат позволява маркиране на партиди и продукти. У-щанцоването на линия е много по-ефективно от офлайн, защото профилът все още се движи надолу по линията-главата на удара пътува с него, удря и готово.
Бърза бележка за качеството
Много фабрики не обръщат особено внимание на правилната настройка-докато профилът изглежда приемлив, те приемат, че екструдерът е набран правилно.
Това удря гвоздея на главата. Манталитетът в много заводи е „ако се доставя, всичко е наред“ и щом машината достигне нещо като--добро състояние, никой не я докосва. Но за същия продукт оптимизирането на параметрите може да намали консумацията на енергия с 20% и значително да подобри консистенцията.
Контролът на температурата е всичко. Прецизният контрол на температурата произвежда добър продукт и минимизира разходите за енергия. Термодвойките се нуждаят от редовна проверка. Когато преди това добре{3}}балансирана матрица започне да произвежда неравномерни профили, това често се дължи на факта, че термодвойките вече не контролират правилно температурата на матрицата. Термодвойките се променят с времето-дисплеят показва 180 градуса, но реално може да е 195 градуса -и проблемите бавно се появяват.
Къде отива всичко
Тази част не се нуждае от много уточняване, защото профилите са просто навсякъде.
Екструзията на профили е един от-процесите с най-голям обем в производството на пластмаси, като произвежда всичко от тръби до прозорци до медицински тръби.
Строителството използва най-много. Рамки за прозорци, рамки за врати, сайдинг, первази, кабелни канали-всички екструдирани.
Медицината използва най-голяма прецизност. Тръбите за вливане на кръв и катетрите са съставни от пластмасови материали и армировка, изискващи стерилизация след -производството.
Автомобилната индустрия използва най-много. Уплътнения, декоративни лайстни, тръби, защита на кабелния сноп-една кола може да има десетки различни екструдирани профили.
Потребителските стоки се разбират. Сламки, закачалки, ремъци за опаковане, корнизи за пердета...
Последни мисли
Екструзията на профили е производствен-процес за голям обем, известен с минимални отпадъци, ниска цена, бърза обработка и гъвкавост със суровини. Той може също да постигне специфични свойства като устойчивост на пламък, издръжливост, химическа устойчивост и устойчивост на топлина.
Всичко е вярно, що се отнася до точките от учебниците. Но това, което наистина дава силата на този процес, според мен, е приемствеността. Шприцоването работи на цикли-формата се отваря, матрицата се затваря, има мъртво време между изстрелите. Екструдирането просто продължава да изпомпва материала. Можете да го стартирате 24 часа без прекъсване, ако желаете. Това предимство на непрекъснатостта от гледна точка на разходите е почти смазващо, когато говорите за голям-обем на производство.
Разбира се, има ограничения. Можете да правите само продукти с постоянно{1}}напречно сечение. Прецизността е по-ниска от леенето под налягане. За сложни 3D геометрии не може да става и дума. Но в неговата рулева рубка нищо друго не се доближава.
Напредъкът на технологиите и материалите продължават да прекрояват пейзажа на профилната екструзия. Интегриране на усъвършенстван софтуер за проектиране и симулация, разработване на-полимери с висока ефективност-всичко това разширява възможното по отношение на иновативни и многофункционални профили.
Профили, които не можеха да бъдат направени преди десет години, могат да бъдат направени сега. Параметри, които преди зависеха изцяло от интуицията на ветерани, сега могат да бъдат симулирани в софтуер. Индустрията продължава да върви напред. Основополагащите принципи не са се променили много през века, но обхватът на това, което можете да постигнете, продължава да расте.
Още нещо, Весела Коледа!