• youtube
  • facebook
  • gelinkt
  • twitteren

De geschiedenis van extrusiemachines voor kunststoffen

Kunststofextrusie is een fabricageproces in grote hoeveelheden waarbij ruw plastic wordt gesmolten en gevormd tot een doorlopend profiel.Extrusion produceert artikelen zoals buizen, tochtstrippen, hekwerken, dekleuningen, raamkozijnen, plastic films en beplating, thermoplastische coatings en draadisolatie.
Dit proces begint met het invoeren van plastic materiaal (pellets, korrels, vlokken of poeders) vanuit een trechter in de loop van de extruder.Het materiaal wordt geleidelijk gesmolten door de mechanische energie die wordt gegenereerd door het draaien van schroeven en door verwarmingselementen langs de loop.Het gesmolten polymeer wordt vervolgens in een matrijs geperst, die het polymeer vormt tot een vorm die uithardt tijdens het afkoelen.

GESCHIEDENIS

nieuws1 (1)

Pijp extrusie
De eerste voorlopers van de moderne extruder werden in het begin van de 19e eeuw ontwikkeld.In 1820 vond Thomas Hancock een rubberen "masticator" uit, ontworpen om bewerkte rubberresten terug te winnen, en in 1836 ontwikkelde Edwin Chaffee een machine met twee rollen om additieven in rubber te mengen.De eerste thermoplastische extrusie was in 1935 door Paul Troester en zijn vrouw Ashley Gershoff in Hamburg, Duitsland.Kort daarna ontwikkelde Roberto Colombo van LMP de eerste dubbelschroefsextruders in Italië.

WERKWIJZE
Bij de extrusie van kunststoffen heeft het ruwe samengestelde materiaal gewoonlijk de vorm van nurdles (kleine kralen, vaak hars genoemd) die door de zwaartekracht vanuit een aan de bovenkant gemonteerde trechter in de loop van de extruder worden gevoerd.Additieven zoals kleurstoffen en UV-remmers (in vloeibare vorm of in korrelvorm) worden vaak gebruikt en kunnen in de hars worden gemengd voordat ze bij de trechter aankomen.Het proces heeft veel gemeen met kunststof spuitgieten vanuit het punt van de extrudertechnologie, hoewel het verschilt doordat het meestal een continu proces is.Hoewel pultrusie veel vergelijkbare profielen in continue lengtes kan bieden, meestal met extra versteviging, wordt dit bereikt door het eindproduct uit een matrijs te trekken in plaats van de polymeersmelt door een matrijs te extruderen.

Het materiaal komt binnen via de toevoeropening (een opening nabij de achterkant van het vat) en komt in contact met de schroef.De roterende schroef (normaal draaiend met bijvoorbeeld 120 tpm) dwingt de plastic kralen naar voren in de verwarmde loop.De gewenste extrusietemperatuur is zelden gelijk aan de ingestelde temperatuur van het vat vanwege stroperige verwarming en andere effecten.Bij de meeste processen wordt voor het vat een verwarmingsprofiel ingesteld waarin drie of meer onafhankelijke PID-gestuurde verwarmingszones de temperatuur van het vat geleidelijk verhogen van achter (waar het plastic binnenkomt) naar voren.Hierdoor kunnen de plastic kralen geleidelijk smelten terwijl ze door het vat worden geduwd en wordt het risico op oververhitting verlaagd, wat degradatie van het polymeer kan veroorzaken.

Extra warmte wordt bijgedragen door de intense druk en wrijving die plaatsvinden in het vat.Als een extrusielijn bepaalde materialen snel genoeg laat lopen, kunnen de verwarmingselementen worden uitgeschakeld en kan de smelttemperatuur worden gehandhaafd door alleen druk en wrijving in het vat.In de meeste extruders zijn koelventilatoren aanwezig om de temperatuur onder een ingestelde waarde te houden als er te veel warmte wordt gegenereerd.Indien geforceerde luchtkoeling onvoldoende blijkt, worden ingegoten koelmantels toegepast.

nieuws1 (2)

Plastic extruder in tweeën gesneden om de componenten te tonen
Aan de voorkant van het vat verlaat het gesmolten plastic de schroef en gaat het door een zeefpakket om eventuele verontreinigingen in de smelt te verwijderen.De schermen zijn versterkt door een brekerplaat (een dikke metalen puck waar veel gaten doorheen zijn geboord) aangezien de druk op dit punt hoger kan zijn dan 5.000 psi (34 MPa).Het zeefpakket/brekerplaatsamenstel dient ook om tegendruk in de loop te creëren.Tegendruk is vereist voor een uniform smelten en goed mengen van het polymeer, en hoeveel druk wordt gegenereerd kan worden "getweakt" door de samenstelling van het zeefpakket te variëren (het aantal schermen, hun draadweefmaat en andere parameters).Deze combinatie van breekplaat en zeefpakket elimineert ook het "rotatiegeheugen" van het gesmolten plastic en creëert in plaats daarvan een "longitudinaal geheugen".
Na het passeren van de brekerplaat komt gesmolten plastic de matrijs binnen.De matrijs geeft het eindproduct zijn profiel en moet zo zijn ontworpen dat het gesmolten plastic gelijkmatig van een cilindrisch profiel naar de profielvorm van het product stroomt.Ongelijke stroming in dit stadium kan een product produceren met ongewenste restspanningen op bepaalde punten in het profiel, wat kromtrekken bij afkoeling kan veroorzaken.Er kan een grote verscheidenheid aan vormen worden gemaakt, beperkt tot doorlopende profielen.

Het product moet nu worden gekoeld en dit wordt meestal bereikt door het extrudaat door een waterbad te trekken.Kunststoffen zijn zeer goede warmte-isolatoren en zijn daarom moeilijk snel af te koelen.In vergelijking met staal voert kunststof zijn warmte 2000 keer langzamer af.In een buis- of pijpextrusielijn wordt op een afgesloten waterbad ingewerkt door een zorgvuldig gecontroleerd vacuüm om te voorkomen dat de nieuw gevormde en nog steeds gesmolten buis of pijp instort.Bij producten zoals folie wordt de koeling gerealiseerd door een set koelrollen erdoor te trekken.Voor films en zeer dunne platen kan luchtkoeling effectief zijn als eerste koelfase, zoals bij extrusie van geblazen film.
Kunststof extruders worden ook veelvuldig ingezet om gerecycled kunststofafval of andere grondstoffen na reiniging, sortering en/of blending opnieuw te verwerken.Dit materiaal wordt gewoonlijk geëxtrudeerd tot filamenten die geschikt zijn om in de korrel- of pelletvoorraad te hakken om als voorloper voor verdere verwerking te gebruiken.

SCHROEF ONTWERP
Er zijn vijf mogelijke zones in een thermoplastische schroef.Aangezien de terminologie in de branche niet gestandaardiseerd is, kunnen verschillende namen naar deze zones verwijzen.Verschillende soorten polymeer hebben verschillende schroefontwerpen, sommige bevatten niet alle mogelijke zones.

nieuws1 (3)

Een eenvoudige kunststof extrusieschroef

nieuws1 (4)

Extruder schroeven van Boston Matthews
De meeste schroeven hebben deze drie zones:
● Toevoerzone (ook wel transportzone voor vaste stoffen genoemd): deze zone voert de hars naar de extruder en de kanaaldiepte is gewoonlijk in de hele zone hetzelfde.
● Smeltzone (ook overgangs- of compressiezone genoemd): het grootste deel van het polymeer wordt in deze sectie gesmolten en de kanaaldiepte wordt steeds kleiner.
● Doseerzone (ook smelttransportzone genoemd): deze zone smelt de laatste deeltjes en mengt tot een uniforme temperatuur en samenstelling.Net als de voedingszone is de kanaaldiepte constant in deze zone.
Bovendien heeft een geventileerde (tweetraps) schroef:
● Decompressiezone.In deze zone, ongeveer tweederde van de schroef, wordt het kanaal plotseling dieper, waardoor de druk wordt ontlast en alle ingesloten gassen (vocht, lucht, oplosmiddelen of reactanten) door vacuüm kunnen worden weggezogen.
● Tweede meetzone.Deze zone is vergelijkbaar met de eerste meetzone, maar met een grotere kanaaldiepte.Het dient om de smelt opnieuw onder druk te zetten om deze door de weerstand van de schermen en de matrijs te krijgen.
Vaak wordt de schroeflengte naar de diameter verwezen als L:D-verhouding.Een schroef met een diameter van 6 inch (150 mm) bij 24:1 is bijvoorbeeld 144 inch (12 ft) lang en bij 32:1 is deze 192 inch (16 ft) lang.Een L:D-verhouding van 25:1 is gebruikelijk, maar sommige machines gaan tot 40:1 voor meer menging en meer output bij dezelfde schroefdiameter.Tweetraps (geventileerde) schroeven zijn meestal 36:1 om rekening te houden met de twee extra zones.
Elke zone is uitgerust met een of meer thermokoppels of RTD's in de vatwand voor temperatuurregeling.Het "temperatuurprofiel", dwz de temperatuur van elke zone, is erg belangrijk voor de kwaliteit en kenmerken van het uiteindelijke extrudaat.

TYPISCHE EXtrusiematerialen

nieuws1 (5)

HDPE-buis tijdens extrusie.Het HDPE-materiaal komt uit de verwarmer, in de matrijs en vervolgens in de koeltank.Deze Acu-Power doorvoerbuis is gecoëxtrudeerd – zwarte binnenkant met een dun oranje omhulsel, om stroomkabels aan te duiden.
Typische plastic materialen die bij extrusie worden gebruikt, zijn onder meer: ​​polyethyleen (PE), polypropyleen, acetaal, acryl, nylon (polyamiden), polystyreen, polyvinylchloride (PVC), acrylonitril-butadieen-styreen (ABS) en polycarbonaat.[4] ]

STERF SOORTEN
Er zijn verschillende matrijzen die worden gebruikt bij de extrusie van kunststoffen.Hoewel er aanzienlijke verschillen kunnen zijn tussen matrijstypes en complexiteit, maken alle matrijzen de continue extrusie van polymeersmelt mogelijk, in tegenstelling tot niet-continue verwerking zoals spuitgieten.
Extrusie van geblazen film

nieuws1 (6)

Blaas extrusie van plastic folie

De vervaardiging van kunststoffolie voor producten als boodschappentassen en continufolie vindt plaats met behulp van een blaasfolielijn.
Dit proces is hetzelfde als een regulier extrusieproces tot aan de matrijs.Er zijn drie hoofdtypen matrijzen die in dit proces worden gebruikt: ringvormig (of kruiskop), spin en spiraal.Ringvormige matrijzen zijn de eenvoudigste en vertrouwen erop dat de polymeersmelt door de gehele dwarsdoorsnede van de matrijs stroomt voordat deze de matrijs verlaat;dit kan resulteren in een ongelijkmatige stroom.Spinmatrijzen bestaan ​​uit een centrale doorn die via een aantal "benen" aan de buitenste matrijsring is bevestigd;terwijl de stroming meer symmetrisch is dan bij ringvormige matrijzen, worden er een aantal laslijnen geproduceerd die de film verzwakken.Spiraalvormige matrijzen nemen het probleem van lasnaden en asymmetrische stroming weg, maar zijn verreweg het meest complex.

De smelt wordt enigszins afgekoeld voordat deze de matrijs verlaat om een ​​zwakke, halfvaste buis op te leveren.De diameter van deze buis wordt snel vergroot door middel van luchtdruk en de buis wordt met rollen omhoog getrokken, waardoor het plastic zowel in de dwarsrichting als in de trekrichting wordt uitgerekt.Het trekken en blazen zorgt ervoor dat de film dunner is dan de geëxtrudeerde buis, en lijnt ook bij voorkeur de moleculaire ketens van het polymeer uit in de richting die de meeste plastische spanning ziet.Als de film meer wordt getrokken dan dat hij wordt geblazen (de uiteindelijke buisdiameter ligt dicht bij de geëxtrudeerde diameter), zullen de polymeermoleculen sterk worden uitgelijnd met de trekrichting, waardoor een film ontstaat die sterk is in die richting, maar zwak in de dwarsrichting .Een film die een aanzienlijk grotere diameter heeft dan de geëxtrudeerde diameter zal meer sterkte hebben in de dwarsrichting, maar minder in de trekrichting.
In het geval van polyethyleen en andere semi-kristallijne polymeren kristalliseert de film tijdens het afkoelen uit bij wat bekend staat als de vrieslijn.Naarmate de film verder afkoelt, wordt hij door verschillende sets knijprollen getrokken om hem plat te leggen tot platliggende buizen, die vervolgens kunnen worden opgerold of in twee of meer rollen folie kunnen worden gesneden.

Extrusie van vellen/films
Vel-/filmextrusie wordt gebruikt om plastic vellen of films te extruderen die te dik zijn om te worden geblazen.Er worden twee soorten stansen gebruikt: T-vormig en kleerhanger.Het doel van deze matrijzen is om de stroom polymeersmelt te heroriënteren en te geleiden van een enkele ronde uitvoer van de extruder naar een dunne, vlakke, vlakke stroom.Zorg bij beide matrijstypen voor een constante, gelijkmatige stroming over de gehele dwarsdoorsnede van de matrijs.Het koelen gebeurt meestal door een set koelrollen (kalander- of "chill" -rollen) er doorheen te trekken.Bij plaatextrusie zorgen deze rollen niet alleen voor de nodige koeling, maar bepalen ze ook plaatdikte en oppervlaktetextuur.[7]Vaak wordt co-extrusie gebruikt om een ​​of meer lagen bovenop een basismateriaal aan te brengen om specifieke eigenschappen te verkrijgen zoals UV-absorptie, textuur, weerstand tegen zuurstofdoorlaatbaarheid of energiereflectie.
Een veelgebruikt post-extrusieproces voor kunststof plaatmateriaal is thermovormen, waarbij de plaat wordt verwarmd tot ze zacht is (plastic) en via een mal in een nieuwe vorm wordt gevormd.Wanneer vacuüm wordt gebruikt, wordt dit vaak omschreven als vacuümvormen.Oriëntatie (dwz het vermogen/beschikbare dichtheid van de plaat die naar de mal moet worden getrokken, die typisch kan variëren in diepte van 1 tot 36 inch) is zeer belangrijk en heeft een grote invloed op de vormingscyclustijden voor de meeste kunststoffen.

Extrusie van buizen
Geëxtrudeerde buizen, zoals PVC-buizen, worden vervaardigd met zeer vergelijkbare matrijzen die worden gebruikt bij extrusie van geblazen folie.Er kan positieve druk worden uitgeoefend op de interne holtes via de pen, of er kan negatieve druk worden uitgeoefend op de buitendiameter met behulp van een vacuümmeter om de juiste uiteindelijke afmetingen te garanderen.Extra lumina of gaten kunnen worden geïntroduceerd door de juiste binnendoornen aan de matrijs toe te voegen.

nieuws1 (7)

Een medische extrusielijn van Boston Matthews
Meerlaagse buistoepassingen zijn ook altijd aanwezig in de auto-industrie, de sanitair- en verwarmingsindustrie en de verpakkingsindustrie.

Overmantel extrusie
Door extrusie van een buitenmantel kan een buitenste laag plastic op een bestaande draad of kabel worden aangebracht.Dit is het typische proces voor het isoleren van draden.
Er zijn twee verschillende soorten matrijsgereedschappen die worden gebruikt voor het coaten over een draad, buizen (of mantels) en druk.Bij mantelgereedschappen raakt de polymeersmelt de binnendraad pas vlak voor de matrijslippen.Bij drukgereedschap komt de smelt in contact met de binnendraad lang voordat deze de matrijslippen bereikt;dit gebeurt onder hoge druk om een ​​goede hechting van de smelt te verzekeren.Als innig contact of hechting vereist is tussen de nieuwe laag en de bestaande draad, wordt drukgereedschap gebruikt.Als adhesie niet gewenst/noodzakelijk is, wordt in plaats daarvan jacketing tooling gebruikt.

Co-extrusie
Co-extrusie is de extrusie van meerdere lagen materiaal tegelijk.Dit type extrusie maakt gebruik van twee of meer extruders om te smelten en een gestage volumetrische doorvoer van verschillende viskeuze kunststoffen te leveren aan een enkele extrusiekop (matrijs) die de materialen in de gewenste vorm zal extruderen.Deze technologie wordt gebruikt bij elk van de hierboven beschreven processen (geblazen film, ommanteling, buizen, folie).De laagdiktes worden bepaald door de relatieve snelheden en afmetingen van de individuele extruders die de materialen leveren.

5:5 coëxtrusie van cosmetisch knijpbuisje
In veel praktijkscenario's kan een enkel polymeer niet aan alle eisen van een toepassing voldoen.Bij samengestelde extrusie kan een gemengd materiaal worden geëxtrudeerd, maar bij co-extrusie blijven de afzonderlijke materialen als verschillende lagen in het geëxtrudeerde product behouden, waardoor de juiste plaatsing van materialen met verschillende eigenschappen zoals zuurstofdoorlaatbaarheid, sterkte, stijfheid en slijtvastheid mogelijk is.
Extrusie coating
Extrusiecoating maakt gebruik van een geblazen of gegoten filmproces om een ​​extra laag op een bestaande rol papier, folie of film te coaten.Dit proces kan bijvoorbeeld worden gebruikt om de eigenschappen van papier te verbeteren door het te coaten met polyethyleen om het beter bestand te maken tegen water.De geëxtrudeerde laag kan ook gebruikt worden als lijm om twee andere materialen samen te brengen.Tetrapak is een commercieel voorbeeld van dit proces.

SAMENGESTELDE EXTRUSIES
Compounding-extrusie is een proces waarbij een of meer polymeren met additieven worden gemengd om plastic verbindingen te verkrijgen.De voedingen kunnen pellets, poeders en/of vloeistoffen zijn, maar het product is meestal in pelletvorm, te gebruiken in andere kunststofvormende processen zoals extrusie en spuitgieten.Net als bij traditionele extrusie is er een breed scala aan machinegroottes, afhankelijk van de toepassing en de gewenste doorvoer.Hoewel zowel enkel- als dubbelschroefsextruders kunnen worden gebruikt bij traditionele extrusie, maakt de noodzaak van voldoende menging bij compounding-extrusie dubbelschroefsextruders bijna verplicht.

SOORTEN EXTRUDER
Er zijn twee subtypen dubbelschroefsextruders: meedraaiend en tegengesteld draaiend.Deze nomenclatuur verwijst naar de relatieve richting waarin elke schroef draait in vergelijking met de andere.In co-rotatiemodus draaien beide schroeven met de klok mee of tegen de klok in;in tegengestelde richting draait de ene schroef met de klok mee terwijl de andere tegen de klok in draait.Het is aangetoond dat, voor een gegeven dwarsdoorsnede en mate van overlapping (intermeshing), de axiale snelheid en mate van menging hoger is in co-roterende dubbele extruders.De drukopbouw is echter hoger bij tegengesteld draaiende extruders.Het ontwerp van de schroef is over het algemeen modulair doordat verschillende transport- en mengelementen op de assen zijn aangebracht om een ​​snelle herconfiguratie mogelijk te maken voor een procesverandering of vervanging van individuele componenten als gevolg van slijtage of corrosieve schade.De machinematen variëren van zo klein als 12 mm tot zo groot als 380 mm

VOORDELEN
Een groot voordeel van extrusie is dat profielen zoals buizen op elke lengte gemaakt kunnen worden.Als het materiaal voldoende flexibel is, kunnen buizen op lange lengtes worden gemaakt, zelfs opgerold op een haspel.Een ander voordeel is de extrusie van buizen met geïntegreerde koppeling inclusief rubberen afdichting.


Posttijd: 25 februari 2022