Kézművesség
A műanyag elektromos vezetékek és kábelek fő szigetelése és burkolata a műanyag. A hőre lágyuló műanyagok kiváló tulajdonságokkal és jó feldolgozási teljesítménnyel rendelkeznek, különösen egyszerűvé téve a vezetékek és kábelek szigetelő- és burkolati rétegeinek előállítását. A vezetékek és kábelek műanyag szigetelésének és burkolatának előállításának alapvető módja a folyamatos extrudálás egyetlen-csavaros extruder segítségével. Az extruder folyamatos jellege miatt a műanyag szigetelés és burkolat gyártási folyamata is folyamatos. A huzal- és kábelgyártás során a termékspecifikációk és az extrudálási alkatrészek különbségei gyakran meghatároznak bizonyos változtatásokat a berendezésekben és a folyamatparaméterekben. Általánosságban elmondható, hogy a különböző termékek és alkatrészek extrudálási folyamata hasonló. Az alábbiakban az extrudálás alapjait, folyamatait és formatípusait mutatjuk be, főként általánosságban, néhány részlettel. Első szakasz műanyag extrudálás 1. A műanyag extrudálás alapelvei Az extruder működési elve: egy meghatározott alakú csavar segítségével, amely egy fűtött hordóban forog, a műanyagot előre tolja a garatból, biztosítva a műanyag egyenletes lágyulását (azaz megolvadását). A szerszámfejen és a különböző alakú formákon keresztül a műanyagot folyamatos rétegekké extrudálják, és a magok és kábelek köré alkalmazzák. 1. Műanyag extrudálási eljárás A vezetékek és kábelek műanyag szigetelését és burkolatát általában folyamatos extrudálással állítják elő, általában egyetlen-csavaros extruder használatával. Az extrudálás előtt fontos ellenőrizni, hogy a műanyagon nincs-e nedvesség vagy egyéb szennyeződés, majd melegítse elő a csavart, mielőtt az anyagot a garatba helyezi. Az extrudálás során a tölcsérben lévő műanyag gravitáció vagy adagolócsiga segítségével a hordóba kerül, majd a forgócsiga előrenyomja, fokozatosan haladva az előmelegítő részből a homogenizáló szakaszba. Ezzel egyidejűleg a műanyagot a csavar összekeveri és nyomja, és a műanyag és a berendezés közötti külső melegítés és nyírósúrlódás hatására viszkózus áramlássá alakul, folyamatos és egyenletes anyagáramlást hozva létre a csavarhornyokban. A megadott eljárási hőmérsékleten a műanyag szilárdból olvadt, lágyított állapotba megy át, majd a csavar benyomja a szerszámfejbe. Az anyag belép a szerszámmag és a szerszámpersely közötti gyűrű alakú résbe, a szerszám hüvely nyílásán keresztül extrudálva, beburkolja a vezetőt vagy a magot, és egy folytonos és tömör szigetelő- vagy köpenyréteget képez, amelyet azután lehűlnek és megszilárdulnak, így keletkezik a huzal vagy kábel . 2. A műanyag extrudálás három szakasza A műanyag extrudálás fő elve. Az extruderben történő képződés összetett fizikai folyamat, amely magában foglalja a keverést, bontást, olvasztást, lágyítást, légtelenítést, préselést és végső formázást. Fontos megjegyezni, hogy ez a folyamat folyamatosan megy végbe. A folyamatos folyamatot azonban szokás az anyag reakciói alapján szakaszokra osztani: lágyító szakasz (keverés, olvasztás, homogenizálás); alakító szakasz (extrudálásos formázás); és kötési szakasz (a műanyag réteg hűtése és megszilárdítása). Az első szakasz a lágyító szakasz, amelyet kompressziós szakasznak is neveznek. Az extruder hordójában történik, ahol a csavar forgása a műanyagot szilárd pelletből viszkózus, képlékeny állapotúvá alakítja. A lágyító hő két forrásból származik: a hordó külső elektromos fűtéséből és a csavar forgásakor keletkező súrlódási hőből. Kezdetben a hő a külső elektromos fűtőtestekből származik, de normál működés közben a súrlódás, az összenyomott, nyírt és kevert anyag és a hordófal közötti súrlódás, valamint az anyagmolekulák közötti belső súrlódás következtében hő keletkezik.
A második szakasz a formáló szakasz. A gépfej belsejében történik. A csavar forgása és a nyomás hatására a viszkózus folyadék a gépfej felé tolódik, áthalad a fej belsejében lévő formán, és különböző szükséges méretű és formájú extrudált anyaggá alakul, bevonva a magot vagy a vezetőt. A harmadik szakasz a beállítási szakasz. Ez egy hűtővíztartályban vagy hűtőcsőben fordul elő. A műanyag extrudált réteg lehűlése után amorf képlékeny állapotból szilárd állapotba változik. 3. A műanyag áramlás változása a lágyítási szakaszban A lágyítási szakaszban a műanyag a csavar tengelye mentén a gépfej felé tolódik, és hőmérséklet-, nyomás-, viszkozitás-, sőt kémiai szerkezetváltozást tapasztal, amely a csavar különböző szakaszaiban változik. A lágyítási szakaszt mesterségesen három szakaszra osztják a képlékeny áramlás állapotának változása alapján, nevezetesen a betáplálási szakaszra, az olvasztási szakaszra és a homogenizálási szakaszra. Ez a hagyományos módszer az extrudáló csiga szegmentálására is, ahol az egyes szakaszok eltérően befolyásolják a műanyag extrudálást, és a műanyagot különböző formában jelenítik meg, ezáltal kifejezve a műanyag extrudálási jellemzőit. Az adagolási szakaszban az első feladat a szemcsés tömör műanyag lágyulási hőmérsékletének biztosítása, a második pedig a forgócsiga és a rögzített henger között keletkező nyírófeszültség felhasználása a műanyag részecskéken a meglágyult műanyag összetörésére. A legfontosabb feladat az, hogy a csiga forgásából elegendő folyamatos és stabil tolóerőt és fordított súrlódást hozzunk létre, hogy folyamatos és stabil extrudálási nyomás alakuljon ki, amely felkavarja és összekeveri a zúzott műanyagot és kezdetben hőcserét végez, megalapozva a folyamatos és stabil extrudálást. A tolóerő folytonossága és stabilitása, a nyírófeszültség, valamint a zúzás és keverés egyenletessége közvetlenül befolyásolja az extrudálás minőségét és teljesítményét. Az olvasztási szakaszban az elő-zúzott, meglágyított és kezdetben összekevert műanyag a csavartolóerő hatására a csavarhorony mentén a gépfej felé mozog, és az adagolási szakaszból az olvasztási szakaszba kerül. Ebben a szakaszban a műanyag magas hőmérsékletű hővel{14}}találkozik, mind a hordó külső melegítéséből, mind a csavar forgásából származó súrlódási hővel. A betáplálási fokozatból származó tolóerő és a homogenizáló fokozatból származó reakcióerő visszaáramlást hoz létre a csavarhoronyban és a csavar és a henger közötti résben. Ez a visszaáramlás tovább keveri az anyagot, és fokozza a hőcserét, ezáltal eléri a felületi hőegyensúlyt. Mivel ebben a szakaszban a hőmérséklet meghaladja a műanyag előremenő hőmérsékletét és az időtartam jelentős, a műanyag állapotot vált. A felmelegített hordóval érintkező anyag olvadni kezd, polimer filmet képezve a hordó belső felületén. Amikor ez a film meghaladja a csavarmenet csúcsa és a henger közötti hézagot, a forgó menet lekaparja, és az előrehaladó menet előtt felhalmozódik, olvadékmedencét képezve. A henger és a csavar gyökere közötti relatív mozgás keringő anyagáramlást hoz létre az olvadékmedencében. A csavarszárny mögött egy tömör műanyag ágy található. A csavarhorony mentén történő előremozgása során, ahogy az olvadékfokozat horonymélysége fokozatosan csökken a homogenizáló szakasz felé, a tömör ágy a hordó falához nyomódik, felgyorsítva a hőátadást a hordóból a tömör ágyba. A csavar forgása az olvadékfilmet is nyírja a hordó falán, megolvasztja az anyagot a fólia és a szilárd ágy közötti határfelületen, fokozatosan csökkentve a szilárd ágy szélességét, amíg teljesen eltűnik, és szilárdból viszkózus áramlásba alakul át. Ezen a ponton a műanyag molekulaszerkezete alapvetően megváltozik, az intermolekuláris feszültség nagymértékben ellazul, és a kristályos nagy polimereknél a kristályos régiók csökkennek, míg az amorf régiók nőnek. A nagyon nagy molekulákon kívül a fő test befejezi a lágyítást, amelyet „kezdeti lágyításnak” neveznek. Nyomás alatt a szilárd anyagban korábban lévő levegő kiürül, elérve a kezdeti sűrűsödést.
A homogenizáló szakaszban számos kiemelkedő folyamatjellemző van: ebben a szakaszban a legkisebb csavarmenetmélység, vagyis a csavarhorony térfogata a legkisebb, tehát ez az a munkaszakasz, ahol a legnagyobb a nyomás a csavar és a henger között; ezenkívül a csavar tolóereje és a szitalapból származó reakcióerők ott vannak, ahol a műanyag közvetlenül érintkezik; ezen a szakaszon a legmagasabb az extrudálási folyamat hőmérséklete is, így a műanyag itt tapasztalja a legnagyobb radiális és axiális nyomást, amely elegendő a műanyagban lévő összes gáz eltávolításához, tömöríti és tömöríti az olvadékot. Ezért nevezik „nyomáskiegyenlítő szakasznak”. A magas hőmérsékletnek köszönhetően az olvasztási szakaszban nem teljesen lágyított polimerek itt készülnek el, eltávolítják a "részecskéket", és biztosítják a műanyag teljes és egyenletes lágyulását, mielőtt szabályozott mennyiségben és nyomással egyenletesen extrudálják a szerszámból.
A műanyag folyási állapota extrudálás közben: Az extrudálás során a csavar forgása mozgatja a műanyagot, miközben a henger álló helyzetben marad, relatív mozgást hozva létre a henger és a csavar között. Ez a relatív mozgás súrlódást okoz, előrehúzva a műanyagot. Ezenkívül a szerszám, a több-lyukú szitalap és a szerszámban lévő szűrő ellenállása reakcióerőket okoz, amikor a műanyag előremozdul, megnehezítve az áramlást a csavaron és a hengeren belül. A műanyag áramlás általában négy típusból áll: 1) Előre irányuló áramlás -, amely a műanyagnak a csavarhornyok mentén a szerszám felé történő mozgására utal. A forgó csavar nyomóereje hozza létre, és a négy áramlási típus közül a legfontosabb. Az előremenő áramlás mértéke közvetlenül meghatározza az extrudálási teljesítményt. 2) Visszaáramlás - más néven fordított áramlás, az előre áramlással ellentétes irányban mozog, amit a szerszám, a szitalemezek és a szűrők ellenállása okoz a szerszámban, nyomást generálva a szerszám területén (a műanyag előrefelé irányuló mozgásával ellentétes reakció). Ez „nyomással{11}}vezérelt visszaáramlást” képez a szerszámból a betáplálónyílásba, más néven „ellennyomásos áramlást”, ami termelési veszteséget okozhat. 3) Keresztirányú áramlás - a műanyag tengely mentén, a csavarhornyokra merőleges áramlása, amelyet szintén a forgó csavar nyomása okoz. Mozgásának a horony oldalfalai ellenállnak, és az ellentétes menetek kölcsönhatása miatt a forgó csavar hatására a műanyag átfordul a hornyon belül, körkörös áramlást hozva létre. Így a keresztirányú áramlás lényegében körkörös áramlás, ami elengedhetetlen a műanyag hordóban lévő keveréséhez és lágyulásához, elősegíti a hőcserét és javítja az extrudálás minőségét, bár csekély hatással van az extrudálási sebességre. 4) Szivárgási áramlás -, amelyet a szerszám, a szitalemezek és a szűrő ellenállása is okoz. Ez azonban nem a csavar hornyában, hanem a csavar és a henger közötti résben fordul elő, és fordított áramlást képez. A termelési teljesítményt is csökkentheti. Mivel a csavar és a henger közötti rés általában nagyon kicsi, normál körülmények között a szivárgási áramlás sokkal kisebb, mint az előre vagy visszaáramlás. Az extrudálás során a szivárgó áramlás befolyásolja a kimenetet, és a szivárgási áramlás növekedése csökkenti az extrudálás mennyiségét. Ez a négy áramlási állapot nem jelenik meg külön; adott műanyag részecskék esetében nincs valódi visszaáramlás vagy zárt körkörös áramlás. A gyakorlatban az olvadékáramlás a csavarhoronyban e négy állapot kombinációja, spirális pályán haladva előre.
5. Az extrudálás minősége Az extrudálás minősége elsősorban arra vonatkozik, hogy a műanyag megfelelően van-e lágyítva, és hogy a geometriai méretek konzisztensek-e, azaz egyenletes-e a sugárirányú vastagság és egyenletes-e az axiális külső átmérő. A lágyulást befolyásoló tényezők magán a műanyagon kívül főként a hőmérséklet, a nyíró alakváltozási sebesség és a hatás időtartama. A túl magas extrudálási hőmérséklet nemcsak az extrudálási nyomás ingadozását okozza, hanem a műanyag bomlásához is vezethet, és akár berendezés-balesetekhez is vezethet. A horonymélység csökkentése és a csavar hosszának-az-átmérőjéhez viszonyított arányának növelése elősegítheti a hőcserét és meghosszabbíthatja a melegítési időt, megfelelve az egységes lágyítási követelményeknek, de ez hatással lesz az extrudálási sebességre, és megnehezíti a csavargyártást és -összeszerelést. Ezért a lágyítás biztosításának kulcsa a műanyagon a csavar forgása által generált nyírófeszültség növelése, egyenletes mechanikai keveredés és kiegyensúlyozott hőcsere elérése, így biztosítva az egyenletes lágyulást. Ennek az alakváltozási sebességnek a nagyságát a csavar és a henger közötti nyírófeszültség határozza meg, a nyíró alakváltozási sebesség a következőképpen számítható ki: Ahol: Δ ―― nyírási alakváltozási sebesség (1/perc) D ―― csavarátmérő (cm) N ―― csavar forgási sebessége (r/perc) extrudálási sebesség, a horony mélysége növelhető, miközben növeli a forgási sebességet. Ezenkívül a csavar és a henger közötti rés szintén befolyásolja az extrudálás minőségét. Ha a rés túl nagy, a műanyag visszaáramlás és a szivárgás megnövekszik, ami nemcsak az extrudálási nyomás ingadozását okozza, és befolyásolja az extrudálási sebességet, hanem a megnövekedett recirkuláció miatt túlmelegíti a műanyagot, ami perzselődéshez vagy rossz penészedéshez vezet. 2. Műanyag extruderek működési eljárásai Egy műanyag extruder egységből és több fő extruder egységből áll. A gyártás során a kezelőknek szorosan együtt kell működniük. A kezelőknek ismerniük kell a növekedési folyamatot és a működési eljárásokat. 1. Műanyag extruderek extrudálási folyamata A műanyag extruderek melegextrudáló berendezések. A kábeltekercseket vagy -magokat a kifizetőeszközre helyezik, biztosítva a megfelelő feszültséget. A feszítő és egyengető eszközön való áthaladás után az anyag belép az extruderfejbe, hogy extrudálja a szigetelő- vagy köpenyréteget. A műanyag pelleteket a garaton keresztül táplálják be az extruder hordójába. A csavar forgása miatt az anyag bejut a kamrába, felmelegszik, és a csavar megkeveri, elősegítve a lágyulást és a présszerszámhoz nyomva, szorosan és folyamatosan extrudálva a huzal- vagy kábelmagokra. A műanyag réteg vastagságának és az extrudálási nyomás szabályozásához állítsa be a gyűrű alakú rést a szerszámmag és a szerszámpersely között az egyenletes műanyag fedettség érdekében. Az egységben minden gép külön hajtásrendszerrel rendelkezik, az egységek közötti működési sebesség egyedileg állítható. A csavart és a vontatási sebességet össze kell hangolni, hogy biztosítsák az egyenletes külső átmérőt és a kábelek műanyag rétegvastagságát, megfelelve a folyamat specifikációinak. Az egyéb minőségi problémák elkerülése érdekében a fizetési-és átvételi{25}}sebességnek meg kell egyeznie a vezetékek és kábelek gyártási sebességével. A hőmérsékletet a folyamat specifikációi szerint kell szabályozni, a megfelelő formákat kell kiválasztani, és gyakran ellenőrizni kell a fűtési rendszer, a külső átmérő és a sebesség változásait, hogy elkerüljük az excentrikus rétegek kialakulását, a perzselést és a gyenge lágyulást.
