प्लास्टिक प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी का विश्लेषण - एक्सट्रूज़न मोल्डिंग के यांत्रिक सिद्धांत पर

यांत्रिक सिद्धांत

एक्सट्रूज़न का मूल तंत्र सरल है - एक पेंच बैरल में घूमता है और प्लास्टिक को आगे बढ़ाता है। स्क्रू वास्तव में एक बेवल या ढलान है जो केंद्र की परत के चारों ओर लपेटा जाता है। इसका उद्देश्य बड़े प्रतिरोध को दूर करने के लिए दबाव को बढ़ाना है। एक एक्सट्रूडर के मामले में, तीन प्रकार के प्रतिरोध हैं जिन्हें दूर करने की आवश्यकता है: सिलेंडर की दीवार के खिलाफ ठोस कणों (फ़ीड) का घर्षण और पेंच के रोटेशन से पहले कॉइल के बीच पारस्परिक घर्षण ); बैरल की दीवार पर आसंजन; पिघल के आंतरिक प्रवाह प्रतिरोध के रूप में इसे आगे धकेल दिया जाता है।

यदि कोई वस्तु किसी दिए गए दिशा में नहीं जाती है, तो ऑब्जेक्ट पर बल इस दिशा में संतुलित है। पेंच अक्षीय दिशा में नहीं चलता है, हालांकि यह परिधि के पास बाद में तेजी से घूम सकता है। इसलिए, स्क्रू पर अक्षीय बल संतुलित है, और यदि यह प्लास्टिक पिघल पर एक बड़ा आगे का जोर लागू करता है, तो यह ऑब्जेक्ट के लिए एक समान पिछड़ा जोर भी लागू करता है। यहां, थ्रस्ट लागू किया गया है जो फीड पोर्ट के पीछे जोर देने वाले असर पर असर अभिनय करता है।

अधिकांश सिंगल स्क्रू दाएं हाथ के धागे हैं, जैसे वुडवर्किंग और मशीनरी में उपयोग किए जाने वाले शिकंजा और बोल्ट। यदि वे पीछे से देखते हैं, तो वे विपरीत दिशा में घूम रहे हैं क्योंकि वे जहां तक ​​संभव हो बैरल को बाहर निकालने की कोशिश करते हैं। कुछ ट्विन-स्क्रू एक्सट्रूडर में, दो शिकंजा दो सिलेंडरों में विपरीत दिशाओं में घूमते हैं और एक दूसरे को पार करते हैं, इसलिए एक को दाएं हाथ होना चाहिए और दूसरे को बाएं हाथ होना चाहिए। अन्य ओसीसीप्लस ट्विन स्क्रू में, दो शिकंजा एक ही दिशा में घूमते हैं और एक ही ओरिएंटेशन होना चाहिए। हालांकि, किसी भी मामले में, एक जोर असर है जो पिछड़े बल को अवशोषित करता है, और न्यूटन का सिद्धांत अभी भी लागू होता है।

2. थर्मल सिद्धांत

एक्सट्रूडेबल प्लास्टिक थर्माप्लास्टिक हैं - वे गर्म होने पर पिघल जाते हैं और ठंडा होने पर फिर से ठोस होते हैं। पिघले हुए प्लास्टिक की गर्मी कहाँ से आती है? फ़ीड प्रीहीटिंग और बैरल/डाई हीटर काम कर सकते हैं और स्टार्ट -अप में महत्वपूर्ण हैं, हालांकि, मोटर इनपुट ऊर्जा - चिपचिपा पिघल के खिलाफ मोटर का घर्षण - बैरल में उत्पन्न घर्षण गर्मी जब पेंच को मोड़ते हैं - सभी सबसे अधिक हैं प्लास्टिक के लिए महत्वपूर्ण गर्मी स्रोत, छोटे सिस्टम, कम गति शिकंजा, उच्च पिघल तापमान प्लास्टिक और एक्सट्रूज़न कोटिंग अनुप्रयोगों को छोड़कर।

अन्य सभी कार्यों के लिए, यह पहचानना महत्वपूर्ण है कि बैरल हीटर ऑपरेशन में गर्मी का प्राथमिक स्रोत नहीं है, और इसलिए एक्सट्रूज़न पर प्रभाव हम अपेक्षा से कम है (सिद्धांत 11 देखें)। सिलेंडर के बाद का तापमान अभी भी महत्वपूर्ण हो सकता है क्योंकि यह दांतों में या फ़ीड में ठोस परिवहन की दर को प्रभावित करता है। डाई और मोल्ड तापमान आम तौर पर वांछित पिघल तापमान या इस तापमान के करीब होना चाहिए जब तक कि वे ग्लेज़िंग, द्रव वितरण या दबाव नियंत्रण जैसे विशिष्ट उद्देश्य के लिए उपयोग नहीं किए जाते हैं।

3. मंदी सिद्धांत

अधिकांश एक्सट्रूडर में, मोटर की गति को समायोजित करके पेंच की गति में परिवर्तन प्राप्त किया जाता है। मोटर आमतौर पर लगभग 1750 आरपीएम की पूरी गति से घूमती है, लेकिन यह एक एक्सट्रूडर स्क्रू के लिए बहुत तेज है। यदि इसे इतनी तेज गति से घुमाया जाता है, तो बहुत अधिक घर्षण गर्मी उत्पन्न होती है और प्लास्टिक का निवास समय एक समान, अच्छी तरह से भर्ती पिघलने के लिए बहुत छोटा होता है। विशिष्ट मंदी अनुपात 10: 1 से 20: 1 तक होता है। पहला चरण या तो गियर या पुली हो सकता है, लेकिन दूसरा चरण गियर का उपयोग करता है और स्क्रू को अंतिम बड़े गियर के केंद्र में तैनात किया जाता है।

कुछ धीमी गति से चलने वाली मशीनों (जैसे यूपीवीसी के लिए ट्विन-स्क्रू) में, 3 मंदी के चरण हो सकते हैं और अधिकतम गति 30 आरपीएम या उससे कम (60: 1 अनुपात तक) के रूप में कम हो सकती है। अन्य चरम पर, आंदोलन के लिए कुछ बहुत लंबे ट्विन-स्क्रू 600 आरपीएम या तेजी से चल सकते हैं, इस प्रकार मंदी की बहुत कम दर और बहुत अधिक गहरी शीतलन की आवश्यकता होती है।

कभी -कभी मंदी की दर कार्य के साथ बेमेल होती है - उपयोग करने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा होगी - और मोटर और पहले मंदी के चरण के बीच एक चरखी ब्लॉक को जोड़ना संभव है जो अधिकतम गति को बदलता है। यह या तो पिछली सीमा से ऊपर स्क्रू की गति को बढ़ाता है या सिस्टम को अधिकतम गति के अधिक प्रतिशत पर संचालित करने की अनुमति देने के लिए अधिकतम गति को कम करता है। यह उपलब्ध ऊर्जा को बढ़ाएगा, एम्परेज को कम करेगा और मोटर की समस्याओं से बचेगा। दोनों ही मामलों में, सामग्री और इसकी शीतलन की जरूरतों के आधार पर आउटपुट बढ़ सकता है।

4. एक शीतलक के रूप में खिलाना

एक्सट्रूज़न मोटर की ऊर्जा, कभी -कभी हीटर को ठंडे प्लास्टिक में स्थानांतरित करता है, इसे ठोस से पिघलने में परिवर्तित करता है। इनपुट फ़ीड फ़ीड ज़ोन में बैरल और पेंच सतह के तापमान की तुलना में कूलर है। हालांकि, फ़ीड ज़ोन में बैरल की सतह लगभग हमेशा प्लास्टिक की पिघलने की सीमा से ऊपर होती है। यह फ़ीड कणों के संपर्क से ठंडा किया जाता है, लेकिन गर्मी को गर्मी के सामने के छोर और नियंत्रित हीटिंग में स्थानांतरित गर्मी द्वारा बनाए रखा जाता है। वर्तमान अंत गर्मी के बाद भी चिपचिपा घर्षण द्वारा आयोजित किया जाता है और कोई बैरल हीट इनपुट की आवश्यकता नहीं होती है, पोस्ट हीटर की आवश्यकता हो सकती है। सबसे महत्वपूर्ण अपवाद स्लेटेड फ़ीड कारतूस है, जो लगभग विशेष रूप से HDPE के लिए है।

स्क्रू रूट की सतह को फ़ीड द्वारा भी ठंडा किया जाता है और प्लास्टिक फ़ीड कणों (और कणों के बीच हवा) द्वारा बैरल की दीवार से अछूता है। यदि स्क्रू अचानक बंद हो जाता है, तो फ़ीड भी बंद हो जाता है, और जैसे ही गर्मी गर्म सामने के छोर से वापस जाती है, फ़ीड ज़ोन में पेंच की सतह गर्म हो जाती है। यह जड़ों पर कणों के आसंजन या ब्रिजिंग का कारण बन सकता है।

5. खिला क्षेत्र में, सिलेंडर से चिपके रहें और पेंच पर स्लाइड करें

एकल स्क्रू एक्सट्रूडर के चिकनी बैरल फ़ीड ज़ोन में ले जाने वाले ठोस पदार्थों की मात्रा को अधिकतम करने के लिए, कणों को बैरल से चिपके रहना चाहिए और स्क्रू पर स्लाइड करना चाहिए। यदि कण पेंच की जड़ से चिपक जाते हैं, तो कुछ भी उन्हें नीचे खींचता है; मार्ग की मात्रा और ठोस की मात्रा कम हो जाती है। जड़ों के लिए खराब आसंजन का एक और कारण यह है कि प्लास्टिक यहां गर्म हो सकता है और जैल और इसी तरह के दूषित कणों का उत्पादन कर सकता है, या रुक -रुक कर आउटपुट स्पीड में परिवर्तन के साथ टूट सकता है।

अधिकांश प्लास्टिक स्वाभाविक रूप से जड़ों पर स्लाइड करते हैं क्योंकि वे प्रवेश करते समय ठंडे होते हैं, और घर्षण जड़ों को दीवारों के रूप में गर्म नहीं करता है। कुछ सामग्रियों को दूसरों की तुलना में अधिक पालन करने की संभावना है: अत्यधिक प्लास्टिसाइज्ड पीवीसी, अनाकार पालतू, और कुछ पॉलीओलेफिन-आधारित कॉपोलिमर के साथ चिपकने वाले गुणों के साथ अंत उपयोग के लिए वांछित।

बैरल के लिए, प्लास्टिक के लिए यहां पालन करना आवश्यक है ताकि इसे स्क्रैप किया जाए और स्क्रू थ्रेड द्वारा आगे बढ़ाया जाए। कणिकाओं और बैरल के बीच घर्षण का एक उच्च गुणांक होना चाहिए, और घर्षण का गुणांक पीछे बैरल के तापमान से दृढ़ता से प्रभावित होता है। यदि कण नहीं छड़ी करते हैं, तो वे बस आगे बढ़ने के बिना जगह में घूमते हैं - यही कारण है कि चिकनी खिलाना अच्छा नहीं है।

भूतल घर्षण फ़ीड को प्रभावित करने वाला एकमात्र कारक नहीं है। कई कण कभी भी बैरल या स्क्रू की जड़ को नहीं छूते हैं, इसलिए कणों के अंदर घर्षण और यांत्रिक और चिपचिपापन लिंकेज होना चाहिए।

एक ग्रूव्ड सिलेंडर एक विशेष मामला है। गर्त फ़ीड ज़ोन में है और फ़ीड ज़ोन बैरल के शेष भाग से थर्मल रूप से अछूता है और गहरा पानी ठंडा होता है। धागा कणों को खांचे में धकेलता है और अपेक्षाकृत कम दूरी पर बहुत उच्च दबाव बनाता है। यह एक ही आउटपुट पर एक ही स्क्रू के निचले आउटपुट के काटने की सहिष्णुता को बढ़ाता है, ताकि सामने के छोर पर उत्पन्न घर्षण गर्मी कम हो जाए और पिघला हुआ तापमान कम हो। इसका मतलब कूलिंग-लिमिटेड ब्लो फिल्म लाइनों में तेजी से उत्पादन हो सकता है। टैंक विशेष रूप से एचडीपीई के लिए उपयुक्त है, जो फ्लोराइनेटेड प्लास्टिक को छोड़कर सबसे चिकनी आम प्लास्टिक है।

6. सबसे महंगी सामग्री

कुछ मामलों में, सामग्री की लागत अन्य सभी कारकों की तुलना में उत्पादन की लागत का 80% हो सकती है, जो उन उत्पादों को छोड़कर हैं जो गुणवत्ता और पैकेजिंग में विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं, जैसे कि मेडिकल कैथेटर। यह सिद्धांत स्वाभाविक रूप से दो निष्कर्षों की ओर जाता है: प्रोसेसर को कच्चे माल के स्थान पर स्क्रैप और स्क्रैप का पुन: उपयोग करना चाहिए, और लक्ष्य मोटाई और उत्पाद की समस्याओं से विचलन से बचने के लिए जितना संभव हो उतना सहनशीलता का सख्ती से पालन करना चाहिए।

7. ऊर्जा की लागत अपेक्षाकृत महत्वहीन है

यद्यपि किसी कारखाने की आकर्षण और वास्तविक समस्याएं बढ़ती ऊर्जा लागत के समान स्तर पर हैं, एक एक्सट्रूडर को चलाने के लिए आवश्यक ऊर्जा अभी भी कुल उत्पादन लागत का एक छोटा सा अंश है। यह हमेशा मामला होता है क्योंकि सामग्री की लागत बहुत अधिक होती है और एक्सट्रूडर एक प्रभावी प्रणाली है। यदि बहुत अधिक ऊर्जा पेश की जाती है, तो प्लास्टिक जल्दी से इतना गर्म हो जाएगा कि इसे ठीक से संसाधित नहीं किया जा सकता है।

8. पेंच के अंत में दबाव बहुत महत्वपूर्ण है

यह दबाव स्क्रू के नीचे की ओर सभी वस्तुओं के प्रतिरोध को दर्शाता है: फ़िल्टर स्क्रीन और दूषित श्रेडर प्लेट, एडाप्टर ट्रांसफर ट्यूब, फिक्स्ड स्टिरर (यदि कोई हो), और मोल्ड स्वयं। यह न केवल इन घटकों की ज्यामिति पर निर्भर करता है, बल्कि सिस्टम में तापमान पर भी निर्भर करता है, जो बदले में राल चिपचिपाहट और थ्रूपुट को प्रभावित करता है। यह स्क्रू डिज़ाइन पर निर्भर नहीं करता है, सिवाय इसके कि जब यह तापमान, चिपचिपाहट और थ्रूपुट को प्रभावित करता है। सुरक्षा कारणों से, तापमान को मापना महत्वपूर्ण है - यदि यह बहुत अधिक है, तो मरने और मोल्ड विस्फोट कर सकते हैं और आस -पास के लोगों या मशीनों को नुकसान पहुंचा सकते हैं।

दबाव आंदोलन के लिए फायदेमंद है, विशेष रूप से एकल स्क्रू सिस्टम (मीटरिंग ज़ोन) के अंतिम क्षेत्र में। हालांकि, उच्च दबाव का मतलब यह भी है कि मोटर को अधिक ऊर्जा का उत्पादन करना है - और इस प्रकार पिघल तापमान अधिक है - जो दबाव सीमा को निर्धारित कर सकता है। एक ट्विन स्क्रू में, एक दूसरे के साथ दो शिकंजा की सगाई एक अधिक कुशल आंदोलनकारी है, इसलिए इस उद्देश्य के लिए कोई दबाव आवश्यक नहीं है।

खोखले भागों के निर्माण में, जैसे कि कोष्ठक का उपयोग करके मकड़ी-केंद्रित स्पाइडर मोल्ड से बनी ट्यूब, अलग-अलग धाराओं के पुनर्संयोजन में सहायता के लिए मोल्ड के भीतर उच्च दबाव बनाया जाना चाहिए। अन्यथा, वेल्ड लाइन के साथ उत्पाद कमजोर हो सकता है और उपयोग के दौरान समस्याएं हो सकती हैं।

9. आउटपुट = अंतिम थ्रेड का विस्थापन / - दबाव प्रवाह और रिसाव

अंतिम धागे के विस्थापन को सकारात्मक प्रवाह कहा जाता है और केवल पेंच की ज्यामिति, पेंच गति और पिघल घनत्व पर निर्भर करता है। यह प्रेशर स्ट्रीम द्वारा नियंत्रित किया जाता है और वास्तव में एक ड्रैग प्रभाव शामिल होता है जो आउटपुट को कम करता है (उच्चतम दबाव द्वारा इंगित) और फ़ीड में किसी भी ओवरबिटिंग प्रभाव जो आउटपुट को बढ़ाता है। धागे पर रिसाव दो दिशाओं में हो सकता है।

यह आरपीएम (रोटेशन) प्रति आउटपुट की गणना करने के लिए भी उपयोगी है क्योंकि यह एक समय में स्क्रू की पंपिंग क्षमता में किसी भी गिरावट का प्रतिनिधित्व करता है। एक अन्य संबंधित गणना प्रति हॉर्सपावर या किलोवाट का उपयोग किया जाता है। यह दक्षता का प्रतिनिधित्व करता है और किसी दिए गए मोटर और ड्राइव की उत्पादन क्षमता का अनुमान लगाने में सक्षम है।

10. कतरनी दर चिपचिपापन में एक प्रमुख भूमिका निभाती है

सभी सामान्य प्लास्टिक में कतरनी-कम करने वाले गुण होते हैं, जिसका अर्थ है कि चिपचिपाहट कम हो जाती है क्योंकि प्लास्टिक तेजी से और तेजी से चलता है। कुछ प्लास्टिक का यह प्रभाव विशेष रूप से ध्यान देने योग्य है। उदाहरण के लिए, कुछ पीवीसी प्रवाह दर को 10 या उससे अधिक के कारक से बढ़ाते हैं जब जोर दोगुना हो जाता है। इसके विपरीत, LLDPE कतरनी बल बहुत कम नहीं होता है, और प्रवाह की दर केवल 3 से 4 गुना बढ़ जाती है जब तर्क दोगुना हो जाता है। कम कतरनी कमी प्रभाव का अर्थ है एक्सट्रूज़न की स्थिति के तहत उच्च चिपचिपाहट, जिसका मतलब है कि अधिक मोटर शक्ति की आवश्यकता होती है। यह समझा सकता है कि LLDPE LDPE की तुलना में अधिक तापमान पर क्यों काम करता है। प्रवाह दर कतरनी दर में व्यक्त की जाती है, स्क्रू चैनल में लगभग 100 एस -1, सबसे अधिक मरने वाले प्रोफाइल में 100 और 100 एस -1 के बीच, और थ्रेड्स और दीवार और कुछ छोटे के बीच के अंतराल में 100 एस -1 से अधिक डाई अंतराल। पिघल गुणांक चिपचिपाहट का एक आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला माप है, लेकिन उलट है (जैसे कि जोर/प्रवाह के बजाय प्रवाह/जोर)। दुर्भाग्य से, माप 10 एस -1 या उससे कम की कतरनी दर और एक बहुत तेजी से पिघल प्रवाह दर के साथ एक एक्सट्रूडर में एक सच्चा माप नहीं है।

11. मोटर सिलेंडर के विपरीत है, और सिलेंडर मोटर के विपरीत है।

सिलेंडर का नियंत्रण प्रभाव हमेशा उम्मीद के मुताबिक क्यों नहीं होता है, खासकर माप क्षेत्र में? यदि सिलेंडर को गर्म किया जाता है, तो सिलेंडर