Sejarah Mesin Penyemperitan Plastik

Penyemperitan plastik ialah proses pembuatan volum tinggi di mana plastik mentah dicairkan dan dibentuk menjadi profil berterusan. Penyemperitan menghasilkan barangan seperti paip/tiub, longkang cuaca, pagar, pagar geladak, bingkai tingkap, filem dan kepingan plastik, salutan termoplastik, dan penebat wayar.
Proses ini bermula dengan memasukkan bahan plastik (pelet, butiran, kepingan atau serbuk) daripada corong ke dalam tong penyemperit. Bahan ini secara beransur-ansur dicairkan oleh tenaga mekanikal yang dihasilkan dengan memutar skru dan oleh pemanas yang disusun di sepanjang tong. Polimer cair kemudiannya dipaksa ke dalam dadu, yang membentuk polimer menjadi bentuk yang mengeras semasa penyejukan.

SEJARAH

Penyemperitan paip
Pelopor pertama kepada extruder moden telah dibangunkan pada awal abad ke-19. Pada tahun 1820, Thomas Hancock mencipta "masticator" getah yang direka untuk menuntut semula sisa getah yang diproses, dan pada tahun 1836 Edwin Chaffee membangunkan mesin dua rol untuk mencampurkan bahan tambahan ke dalam getah. Penyemperitan termoplastik pertama adalah pada tahun 1935 oleh Paul Troester dan isterinya Ashley Gershoff di Hamburg, Jerman. Tidak lama selepas itu, Roberto Colombo dari LMP membangunkan penyemperit skru berkembar pertama di Itali.

PROSES
Dalam penyemperitan plastik, bahan sebatian mentah biasanya dalam bentuk nurdles (manik kecil, selalunya dipanggil resin) yang disalurkan graviti daripada corong yang dipasang atas ke dalam tong penyemperit. Bahan tambahan seperti pewarna dan perencat UV (sama ada dalam bentuk cecair atau pelet) sering digunakan dan boleh dicampur ke dalam resin sebelum tiba di corong. Proses ini mempunyai banyak persamaan dengan pengacuan suntikan plastik dari sudut teknologi penyemperit, walaupun ia berbeza kerana ia biasanya merupakan proses yang berterusan. Walaupun pultrusion boleh menawarkan banyak profil serupa dalam panjang berterusan, biasanya dengan pengukuhan tambahan, ini dicapai dengan menarik produk siap keluar daripada dadu dan bukannya menyemperit cair polimer melalui dadu.

Bahan masuk melalui tekak suapan (bukaan berhampiran bahagian belakang tong) dan bersentuhan dengan skru. Skru berputar (biasanya berputar pada cth 120 rpm) memaksa manik plastik ke hadapan ke dalam tong yang dipanaskan. Suhu penyemperitan yang diingini jarang sama dengan suhu set tong kerana pemanasan likat dan kesan lain. Dalam kebanyakan proses, profil pemanasan ditetapkan untuk tong di mana tiga atau lebih zon pemanas kawalan PID bebas secara beransur-ansur meningkatkan suhu tong dari belakang (tempat plastik masuk) ke hadapan. Ini membolehkan manik plastik cair secara beransur-ansur apabila ia ditolak melalui tong dan mengurangkan risiko terlalu panas yang boleh menyebabkan degradasi dalam polimer.

Haba tambahan disumbangkan oleh tekanan kuat dan geseran yang berlaku di dalam tong. Malah, jika talian penyemperitan menjalankan bahan tertentu dengan cukup pantas, pemanas boleh dimatikan dan suhu cair dikekalkan oleh tekanan dan geseran sahaja di dalam tong. Dalam kebanyakan penyemperit, kipas penyejuk hadir untuk mengekalkan suhu di bawah nilai yang ditetapkan jika terlalu banyak haba dihasilkan. Jika penyejukan udara paksa terbukti tidak mencukupi maka jaket penyejuk tuang masuk digunakan.

Penyemperit plastik dipotong separuh untuk menunjukkan komponen
Di bahagian hadapan tong, plastik cair meninggalkan skru dan bergerak melalui pek skrin untuk mengeluarkan sebarang bahan cemar dalam cair. Skrin diperkuat oleh plat pemutus (kepingan logam tebal dengan banyak lubang digerudi melaluinya) kerana tekanan pada ketika ini boleh melebihi 5,000 psi (34 MPa). Pemasangan pek skrin/plat pemutus juga berfungsi untuk mencipta tekanan belakang dalam tong. Tekanan belakang diperlukan untuk pencairan seragam dan pencampuran polimer yang betul, dan berapa banyak tekanan yang dijana boleh "diubahsuai" dengan mengubah komposisi pek skrin (bilangan skrin, saiz tenunan wayarnya dan parameter lain). Kombinasi plat pemutus dan pek skrin ini juga menghapuskan "memori putaran" plastik cair dan sebaliknya mencipta, "memori membujur".
Selepas melepasi plat pemutus, plastik cair masuk ke dalam acuan. Die adalah apa yang memberikan produk akhir profilnya dan mesti direka bentuk supaya plastik cair mengalir sama rata dari profil silinder, ke bentuk profil produk. Aliran tidak sekata pada peringkat ini boleh menghasilkan produk dengan tegasan sisa yang tidak diingini pada titik tertentu dalam profil yang boleh menyebabkan meledingkan apabila disejukkan. Pelbagai bentuk boleh dibuat, terhad kepada profil berterusan.

Produk kini mesti disejukkan dan ini biasanya dicapai dengan menarik extrudat melalui mandi air. Plastik adalah penebat haba yang sangat baik dan oleh itu sukar untuk disejukkan dengan cepat. Berbanding dengan keluli, plastik mengalirkan habanya 2,000 kali lebih perlahan. Dalam saluran penyemperitan tiub atau paip, tab mandi air yang tertutup digerakkan oleh vakum yang dikawal dengan teliti untuk memastikan tiub atau paip yang baru terbentuk dan masih cair daripada runtuh. Untuk produk seperti kepingan plastik, penyejukan dicapai dengan menarik melalui satu set gulungan penyejuk. Untuk filem dan kepingan yang sangat nipis, penyejukan udara boleh berkesan sebagai peringkat penyejukan awal, seperti dalam penyemperitan filem yang ditiup.
Penyemperit plastik juga digunakan secara meluas untuk memproses semula sisa plastik kitar semula atau bahan mentah lain selepas pembersihan, pengasingan dan/atau pengadunan. Bahan ini biasanya diekstrusi ke dalam filamen yang sesuai untuk mencincang ke dalam stok manik atau pelet untuk digunakan sebagai pendahulu untuk pemprosesan selanjutnya.

REKA BENTUK SKRU
Terdapat lima zon yang mungkin dalam skru termoplastik. Memandangkan terminologi tidak diseragamkan dalam industri, nama yang berbeza mungkin merujuk kepada zon ini. Jenis polimer yang berbeza akan mempunyai reka bentuk skru yang berbeza, sesetengahnya tidak menggabungkan semua zon yang mungkin.

Skru penyemperitan plastik ringkas

Skru penyemperit Daripada Boston Matthews
Kebanyakan skru mempunyai tiga zon ini:
● Zon suapan (juga dikenali sebagai zon penghantar pepejal): zon ini menyuap resin ke dalam penyemperit, dan kedalaman saluran biasanya sama di seluruh zon.
● Zon lebur (juga dipanggil zon peralihan atau mampatan): kebanyakan polimer cair dalam bahagian ini, dan kedalaman saluran menjadi semakin kecil.
● Zon pemeteran (juga dipanggil zon penghantar cair): zon ini mencairkan zarah terakhir dan bercampur kepada suhu dan komposisi yang seragam. Seperti zon suapan, kedalaman saluran adalah malar di seluruh zon ini.
Di samping itu, skru berventilasi (dua peringkat) mempunyai:
● Zon penyahmampatan. Dalam zon ini, kira-kira dua pertiga ke bawah skru, saluran tiba-tiba menjadi lebih dalam, yang melegakan tekanan dan membenarkan sebarang gas yang terperangkap (kelembapan, udara, pelarut, atau bahan tindak balas) dikeluarkan melalui vakum.
● Zon pemeteran kedua. Zon ini serupa dengan zon pemeteran pertama, tetapi dengan kedalaman saluran yang lebih besar. Ia berfungsi untuk menekan semula cair untuk mendapatkannya melalui rintangan skrin dan acuan.
Selalunya panjang skru dirujuk kepada diameternya sebagai nisbah L:D. Sebagai contoh, skru diameter 6 inci (150 mm) pada 24:1 akan berukuran 144 inci (12 kaki) panjang dan pada 32:1 ia adalah 192 inci (16 kaki) panjang. Nisbah L:D 25:1 adalah perkara biasa, tetapi sesetengah mesin meningkat kepada 40:1 untuk lebih banyak adunan dan lebih banyak keluaran pada diameter skru yang sama. Skru dua peringkat (bolong) biasanya 36:1 untuk mengambil kira dua zon tambahan.
Setiap zon dilengkapi dengan satu atau lebih termokopel atau RTD dalam dinding tong untuk kawalan suhu. "Profil suhu" iaitu, suhu setiap zon adalah sangat penting kepada kualiti dan ciri extrudat akhir.

BAHAN-BAHAN PENYEMPIT TYPICAL

Paip HDPE semasa penyemperitan. Bahan HDPE datang dari pemanas, ke dalam acuan, kemudian ke dalam tangki penyejuk. Paip konduit Acu-Power ini diekstrusi bersama - bahagian dalam berwarna hitam dengan jaket oren nipis, untuk menandakan kabel kuasa.
Bahan plastik biasa yang digunakan dalam penyemperitan termasuk tetapi tidak terhad kepada: polietilena (PE), polipropilena, asetal, akrilik, nilon (poliamida), polistirena, polivinil klorida (PVC), akrilonitril butadiena stirena (ABS) dan polikarbonat.[4 ]

JENIS MATI
Terdapat pelbagai acuan yang digunakan dalam penyemperitan plastik. Walaupun terdapat perbezaan yang ketara antara jenis dan kerumitan die, semua die membenarkan penyemperitan berterusan cair polimer, berbanding pemprosesan tidak berterusan seperti pengacuan suntikan.
Penyemperitan filem yang ditiup

Penyemperitan tiupan filem plastik

Pembuatan filem plastik untuk produk seperti beg membeli-belah dan pelapis berterusan dicapai menggunakan garisan filem yang ditiup.
Proses ini adalah sama seperti proses penyemperitan biasa sehingga mati. Terdapat tiga jenis acuan utama yang digunakan dalam proses ini: annular (atau kepala silang), labah-labah, dan lingkaran. Die anulus adalah yang paling mudah, dan bergantung pada penyaluran cair polimer di sekeliling keseluruhan keratan rentas die sebelum keluar dari die; ini boleh mengakibatkan aliran tidak sekata. Mati labah-labah terdiri daripada mandrel tengah yang dipasang pada cincin mati luar melalui beberapa "kaki"; manakala aliran adalah lebih simetri daripada cetakan anulus, beberapa garisan kimpalan dihasilkan yang melemahkan filem. Mati lingkaran menghilangkan isu garisan kimpalan dan aliran tidak simetri, tetapi setakat ini adalah yang paling kompleks.

Leburan disejukkan sedikit sebelum meninggalkan acuan untuk menghasilkan tiub separa pepejal yang lemah. Diameter tiub ini dikembangkan dengan cepat melalui tekanan udara, dan tiub ditarik ke atas dengan penggelek, meregangkan plastik dalam kedua-dua arah melintang dan lukis. Lukisan dan tiupan menyebabkan filem menjadi lebih nipis daripada tiub tersemperit, dan juga lebih suka menjajarkan rantai molekul polimer ke arah yang melihat ketegangan plastik yang paling banyak. Jika filem dilukis lebih daripada ditiup (diameter tiub akhir adalah hampir dengan diameter tersemperit) molekul polimer akan sangat sejajar dengan arah lukisan, menjadikan filem yang kuat ke arah itu, tetapi lemah dalam arah melintang. . Filem yang mempunyai diameter yang jauh lebih besar daripada diameter tersemperit akan mempunyai lebih kekuatan dalam arah melintang, tetapi kurang dalam arah seri.
Dalam kes polietilena dan polimer separa kristal yang lain, apabila filem itu menyejuk ia menghablur pada apa yang dikenali sebagai garis fros. Apabila filem itu terus menyejuk, ia ditarik melalui beberapa set penggelek nip untuk meratakannya ke dalam tiub rata, yang kemudiannya boleh diputar atau dibelah menjadi dua atau lebih gulung kepingan.

Penyemperitan helaian/filem
Penyemperitan kepingan/filem digunakan untuk menyemperit kepingan plastik atau filem yang terlalu tebal untuk ditiup. Terdapat dua jenis acuan yang digunakan: berbentuk T dan penyangkut baju. Tujuan acuan ini adalah untuk mengorientasikan semula dan membimbing aliran cair polimer daripada keluaran bulat tunggal daripada penyemperit kepada aliran satah yang nipis dan rata. Dalam kedua-dua jenis acuan memastikan aliran seragam yang berterusan merentasi seluruh kawasan keratan rentas acuan. Penyejukan biasanya dengan menarik melalui satu set gulung penyejuk (kalender atau gulung "sejuk"). Dalam penyemperitan kepingan, gulungan ini bukan sahaja memberikan penyejukan yang diperlukan tetapi juga menentukan ketebalan kepingan dan tekstur permukaan.[7] Selalunya penyemperitan bersama digunakan untuk menggunakan satu atau lebih lapisan di atas bahan asas untuk mendapatkan sifat khusus seperti penyerapan UV, tekstur, rintangan resapan oksigen, atau pantulan tenaga.
Proses pasca penyemperitan biasa untuk stok kepingan plastik ialah thermoforming, di mana helaian dipanaskan sehingga lembut (plastik), dan dibentuk melalui acuan menjadi bentuk baharu. Apabila vakum digunakan, ini sering digambarkan sebagai pembentukan vakum. Orientasi (iaitu keupayaan/ketumpatan yang ada pada helaian untuk dilukis ke dalam acuan yang boleh berbeza dalam kedalaman dari 1 hingga 36 inci biasanya) adalah sangat penting dan sangat mempengaruhi masa kitaran pembentukan untuk kebanyakan plastik.

Penyemperitan tiub
Tiub tersemperit, seperti paip PVC, dihasilkan menggunakan acuan yang hampir sama seperti yang digunakan dalam penyemperitan filem tiupan. Tekanan positif boleh digunakan pada rongga dalaman melalui pin, atau tekanan negatif boleh digunakan pada diameter luar menggunakan penyair vakum untuk memastikan dimensi akhir yang betul. Lumen atau lubang tambahan boleh diperkenalkan dengan menambahkan mandrel dalam yang sesuai pada acuan.

Talian Penyemperitan Perubatan Boston Matthews
Aplikasi tiub berbilang lapisan juga pernah wujud dalam industri automotif, industri paip & pemanasan serta industri pembungkusan.

Penyemperitan lebih jaket
Penyemperitan lebih jaket membenarkan penggunaan lapisan luar plastik pada wayar atau kabel sedia ada. Ini adalah proses biasa untuk wayar penebat.
Terdapat dua jenis perkakas die yang digunakan untuk menyalut wayar, tiub (atau jaket) dan tekanan. Dalam perkakasan jaket, leburan polimer tidak menyentuh wayar dalam sehingga sejurus sebelum bibir die. Dalam perkakas tekanan, leburan menyentuh wayar dalam lama sebelum ia mencapai bibir cetakan; ini dilakukan pada tekanan tinggi untuk memastikan lekatan cair yang baik. Jika sentuhan atau lekatan intim diperlukan antara lapisan baru dan wayar sedia ada, alat tekanan digunakan. Jika lekatan tidak diingini/diperlukan, peralatan jaket digunakan sebaliknya.

Penyemperitan bersama
Coextrusion ialah penyemperitan pelbagai lapisan bahan secara serentak. Penyemperitan jenis ini menggunakan dua atau lebih penyemperit untuk mencairkan dan menghantar keluaran isipadu yang mantap bagi plastik likat yang berbeza kepada satu kepala penyemperitan (mati) yang akan menyemperit bahan dalam bentuk yang dikehendaki. Teknologi ini digunakan pada mana-mana proses yang diterangkan di atas (filem yang ditiup, overjacketing, tiub, lembaran). Ketebalan lapisan dikawal oleh kelajuan dan saiz relatif bagi penyemperit individu yang menghantar bahan.

5:5 Lapisan penyemperitan bersama tiub "picit" kosmetik
Dalam banyak senario dunia sebenar, satu polimer tidak dapat memenuhi semua permintaan aplikasi. Penyemperitan kompaun membolehkan bahan campuran disemperit, tetapi penyemperitan bersama mengekalkan bahan yang berasingan sebagai lapisan berbeza dalam produk tersemperit, membenarkan penempatan bahan yang sesuai dengan sifat yang berbeza seperti kebolehtelapan oksigen, kekuatan, kekakuan dan rintangan haus.
Salutan penyemperitan
Salutan penyemperitan menggunakan proses filem tiupan atau tuang untuk menyalut lapisan tambahan pada rollstock kertas, kerajang atau filem sedia ada. Sebagai contoh, proses ini boleh digunakan untuk memperbaiki ciri-ciri kertas dengan menyalutnya dengan polietilena untuk menjadikannya lebih tahan air. Lapisan tersemperit juga boleh digunakan sebagai pelekat untuk menyatukan dua bahan lain. Tetrapak ialah contoh komersial bagi proses ini.

PENYEMPAT KOMPAUN
Penyemperitan kompaun adalah proses yang mencampurkan satu atau lebih polimer dengan bahan tambahan untuk memberikan sebatian plastik. Suapan mungkin berupa pelet, serbuk dan/atau cecair, tetapi produk biasanya dalam bentuk pelet, untuk digunakan dalam proses pembentukan plastik lain seperti penyemperitan dan pengacuan suntikan. Seperti penyemperitan tradisional, terdapat pelbagai saiz mesin bergantung pada aplikasi dan daya pemprosesan yang dikehendaki. Walaupun sama ada penyemperit skru tunggal atau dua kali boleh digunakan dalam penyemperitan tradisional, keperluan pencampuran yang mencukupi dalam penyemperitan gabungan menjadikan penyemperit skru berkembar semuanya wajib.

JENIS-JENIS EXRUDER
Terdapat dua subjenis penyemperit skru berkembar: putaran bersama dan putaran balas. Tatanama ini merujuk kepada arah relatif setiap skru berputar berbanding yang lain. Dalam mod putaran bersama, kedua-dua skru berputar sama ada mengikut arah jam atau lawan jam; dalam pusingan balas, satu skru berputar mengikut arah jam manakala satu lagi berputar melawan arah jam. Telah ditunjukkan bahawa, untuk kawasan keratan rentas tertentu dan darjah pertindihan (intermeshing), halaju paksi dan darjah pencampuran adalah lebih tinggi dalam penyemperit kembar berputar bersama. Walau bagaimanapun, pembentukan tekanan adalah lebih tinggi dalam penyemperit putaran balas. Reka bentuk skru biasanya modular kerana pelbagai elemen penyampai dan pencampuran disusun pada aci untuk membolehkan konfigurasi semula pantas untuk perubahan proses atau penggantian komponen individu akibat haus atau kerosakan yang menghakis. Saiz mesin berkisar dari sekecil 12 mm hingga sebesar 380mm

KELEBIHAN
Kelebihan besar penyemperitan ialah profil seperti paip boleh dibuat pada sebarang panjang. Jika bahannya cukup fleksibel, paip boleh dibuat pada panjang yang panjang walaupun bergulung pada kekili. Kelebihan lain ialah penyemperitan paip dengan pengganding bersepadu termasuk pengedap getah.