당신은 아마도 깨닫지도 못한 채 오늘날 6개의 압출 플라스틱 제품을 사용했을 것입니다. 자동차 문 장식, 누군가의 잔디밭 아래로 흐르는 관개 파이프, 심지어 식료품을 감싸는 접착 필름까지-대부분은 다이를 통과하는 뜨거운 폴리머 흐름으로 시작되었습니다.
사람들은 때때로 플라스틱 압출을 멸균되고 완전 자동화된 '소광-' 공정으로 상상합니다. 그렇지 않습니다. 압출 라인 근처에 10분 동안 서 있으면 구동 모터의 윙윙거리는 소리, 가끔 냉각 탱크에서 쉭쉭거리는 소리가 들리고 운전자가 사소해 보이지만 절대적으로 중요한 설정을 조정하는 것을 볼 수 있습니다. 압출은 원칙적으로 간단하지만 -악마와 대부분의 재난은-세부 사항에 있습니다.
모든 것이 실제로 어떻게 작동하는지
펠렛에서 용융까지
원료는 일반적으로 별로 좋아 보이지 않는 작은 유리 구슬인 펠릿-으로 제공됩니다. 일단 호퍼에 떨어지고 가열된 배럴로 미끄러지면 모든 것이 빠르게 변합니다. 배럴 내부에는 기본적으로 전체 압출 공정의 핵심인 회전 스크류(업계에서는 간단히 "스크류"라고 부름)가 있습니다.
나사는 단지 재료를 앞으로 밀어내는 것이 아닙니다. 이는 폴리머를 압축하고, 녹이고, 혼합하고, 안정화시킵니다. 형상-피치, 비행 깊이, 압축비-는 용융 품질에 놀라울 정도로 큰 역할을 합니다. 두 개의 나사에 동일한 재료를 사용하면 완전히 다른 표면 마감이나 처리 속도를 얻을 수 있습니다. 나는 작업자들이 한 스크류 설계에 대해 욕을 하면서 다른 스크류 설계는 "화가 난다"고 불평하는 것을 본 적이 있습니다. 이는 용융 압력이 너무 많이 변동한다는 일상적인 표현입니다.
압력, 흐름 및 다이
용융된 폴리머가 배럴 끝에 접근하면 압력이 증가합니다. 그런 다음 모든 것이 제품의 프로필을 제공하는 모양의 개구부인 압출 다이-로 귀결됩니다. 다이는 외부에서 단순해 보일 수 있지만, 다이를 열면 내부 흐름 채널이 미로와 수력학적 조각품 사이의 무언가와 유사할 수 있습니다.
폴리머는 연속적인 형태로 다이에서 빠져나오며 여전히 부드럽고 온도에 매우 민감합니다-. 냉각은 프로파일을 잠글 수 있을 만큼 빨라야 하지만 내부 응력을 피할 수 있을 만큼 충분히 제어되어야 합니다. 온도 창이 넉넉하지 않습니다. 너무 뜨거우면 폴리머가 분해됩니다. 너무 차갑고 흐름이 일정하지 않게 됩니다.
온도 제어가 멈추지 않는 이유
대부분의 최신 압출 라인은 폴리머의 거동에 맞게 세심하게 조정된 여러 가열 영역({0}}때로는 6개, 때로는 12개-)을 사용합니다. HDPE에서 PVC로 재질을 변경하시겠습니까? 모든 것을 다시 조정할 계획을 세우세요. 예를 들어, PVC는 염화수소 가스를 방출하여 약간의 과열이라도 처벌합니다. 이는 장비만큼이나 작업자에게도 해롭습니다.
플라스틱 압출이 제조업의 주력이 된 이유
압출은 한 가지 간단한 이유 때문에 플라스틱 제조의 큰 부분을 차지했습니다. 일단 라인에 전화를 걸면 거의 중단 없이 수 마일에 걸쳐 일관된 제품을 실행할 수 있습니다. 거의 모든 열가소성 수지-폴리에틸렌, 폴리프로필렌, PVC, ABS, 폴리스티렌-은 녹고 흐르는 한 압출이 가능합니다.
압출 다이가 복잡한 단면을 형성할 수 있게 되면서 비약적인 발전이 이루어졌습니다.- 갑자기 제조업체가 막대와 플랫 시트에만 국한되지 않게 되었습니다. 창틀, 케이블 도관, 다중-채널 프로파일, 공{4}}공압출 제품-모두 다이 설계 및 용융물 분배의 개선으로 가능해졌습니다.
파이프 및 튜브 생산
드릴링 없는 중공: 맨드릴 솔루션
파이프와 같은 속이 빈 모양을 생산하려면 엔지니어가 다이 자체를 다시 생각해야 했습니다. 폴리머가 그 주위로 흐르도록 하는 중앙 핀인 맨드릴-을 입력합니다. 이러한 혁신으로 연속 파이프 압출이 가능해졌습니다.
대구경-파이프 라인은 인상적인 기계입니다. 다이 자체만으로도 식탁보다 더 넓을 수 있으며 새로 압출된 파이프를 변형하지 않고 지지하는 것은 그 자체로 어려운 일입니다.
진공 사이징 탱크
완벽한 원형 프로파일을 유지하기 위해 제조업체는 진공 사이징 탱크를 사용합니다. 뜨거운 파이프는 정밀 크기 조정 슬리브가 포함된 물-이 채워진 챔버로 들어갑니다. 진공은 파이프가 냉각되는 동안 슬리브의 모양에 맞게 파이프를 바깥쪽으로 끌어 당깁니다. 대형 파이프를 타원형이 아닌 원형으로 유지하는 영리한 시스템입니다.
블로운 필름-보기보다 더 복잡함
끊어진 필름 압출 라인을 본 적이 없다면 기계에서 곧바로 솟아오르는 거대한 빛나는 거품을 상상해 보십시오. 처음에는 막연하게 위험해 보이지만 비닐봉지와 연포장 필름을 생산하는 표준 방법입니다.
버블
수직 다이는 용융된 튜브를 위쪽으로 압출합니다. 공기는 튜브를 거품으로 팽창시키고 공기 링에 의해 지속적으로 냉각됩니다. 기포는 원하는 너비에 도달할 때까지 늘어나고, 상단의 닙 롤러는 기포를 이중-층 필름으로 접어서 롤에 감습니다.
통제가 전부인 이유
버블은 중력, 기압, 냉각 기류 및 라인 속도를 지속적으로 협상합니다. 공기가 너무 많아 거품 풍선이 사양을 벗어나거나-터집니다. 너무 적으면 필름이 주름집니다. 자동화가 도움이 되지만 숙련된 운영자는 센서가 감지하기 훨씬 전에 무언가 "이상한 느낌"이 드는 시점을 여전히 알고 있습니다.
필름 특성은 다이 직경에 비해 기포가 얼마나 팽창하는지-확대율-에 크게 좌우됩니다. 식료품 봉지, 농업용 필름, 포장 필름-모두 서로 다른 비율이 필요하므로 기계적 특성도 다릅니다.
캐스트 필름-정밀성을 향한 더욱 직선적인 길
모든 필름이 깨지는 것은 아닙니다. 캐스트 필름 압출은 기포를 완전히 건너뜁니다. 플랫 다이는 필름의 두께, 투명도 및 표면 마감을 설정하는 냉각 롤러에 착지되는 시트를 압출합니다.
캐스트 필름 라인은 일반적으로 블로운 필름보다 훨씬 더 엄격한 게이지 제어를 달성합니다. 그들은 또한 더 빨리 달립니다. 이것이 바로{2}}다방향 강도보다 균일성이 더 중요한-식품 포장-이 캐스트 필름에 크게 의존하는 이유입니다. 절충-? 캐스트 필름은 방향에 따라 기계적으로 균형이 덜 잡혀 있습니다.
코팅 및 오버{0}}압출 응용분야
압출은 코팅에 사용될 때 실제로 그 다양성을 보여줍니다. 전선, 섬유 케이블 및 통신선은 모두 과압출에 의존하여 절연체와 재킷을 형성합니다.
압력 대 튜빙 다이
두 가지 다이 유형이 지배적입니다.
압력 다이절연에 필수적인 도체-주위에 폴리머를 단단히 결합합니다.
튜브 다이약간의 간격을 두고 접착이 필요하지 않은 보호 재킷에 적합합니다.
와이어 코팅 라인은 분당 2,000피트 이상의 속도로 작동할 수 있습니다. 이러한 속도에서는 용융 온도 또는 다이 형상의 작은 변화가 즉각적으로 표면 결함으로 나타나므로 온라인 레이저 또는 X{3}}레이 게이지가 벽 두께를 지속적으로 모니터링합니다.
실제로 중요한 세부 사항
재료 선택
각 폴리머에는 고유한 특성이 있습니다.
HDPE: 넓은 처리창, 관용성, 어디에서나 사용 가능.
LDPE: 흐름이 쉽고 영화에 적합합니다.
PVC: 제어하면 안정적이지만 과열되면 문제가 발생합니다.
ABS: 전단력과 온도에 민감합니다.
폴리프로필렌과 뛰어난 성능을 발휘하는 스크류는 PVC와는 일관되지 않은 용융을 생성할 수 있습니다.
다이 디자인
최신 다이는 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하지만 아직 -개선 작업이 많이 필요합니다. 용융물은 다이의 모든 부분에 동시에 도달해야 합니다. 그렇지 않으면 프로파일이 휘어지거나 치수가 변하게 됩니다.
냉각 방법
제품마다 다른 냉각이 필요합니다.
조명 프로필을 위한 공기 냉각
중간-중량 압출용 수조
파이프의 진공 사이징
특이한 폴리머에 대한 특수 냉각(미스트, 냉각 롤러, 극저온 수조 방법)
냉각 전략은 많은 신입 엔지니어가 기대하는 것보다 치수 안정성에 더 많은 영향을 미칩니다.
압출에 여전히 한계가 있는 경우
압출은 연속적이고 일정한 -단면 제품에 탁월합니다. 하지만 다음을 쉽게 처리할 수 없습니다.
길이에 따른 가변 기하학
복잡한 3D 모양
고르지 않게 냉각되는 매우 두꺼운 부분
그리고 라인이 다이나 재료를 변경할 때마다 약간의 스타트업 스크랩이 예상됩니다. 높은-혼합, 낮은-볼륨 생산이 압출 라인에서 항상 재정적으로 타당한 것은 아닙니다.
모든 기이함과 제약에도 불구하고 플라스틱 압출은 여전히 원시 폴리머를 사용 가능한 제품으로 전환하는{0}}가장 비용 효율적인 방법 중 하나입니다. 파이프, 프로파일, 필름, 트림, 단열재, 포장재를-둘러보세요. 압출은 백그라운드에서 조용히 실행되어 대부분의 사람들이 생각하는 것보다 더 많은 현대 세계를 형성합니다.
플라스틱 압출에 관한 FAQ
1. 플라스틱 압출을 통해 가장 일반적으로 생산되는 제품은 무엇입니까?
놀라울 정도로 넓은 범위. 연속적인 단면을 갖는 모든 것이-후보입니다.-PVC 파이프, 폴리에틸렌 튜브, 창틀, 비바람막이, 케이블 단열재, 시트 필름, 포장 필름, 점적 관개 라인 및 심지어 일부 자동차 트림 구성 요소도 있습니다. 길이가 길고 반복적이며 균일한 경우 일반적으로 압출이 가장 경제적인 생산 방법입니다.
2. 압출 스크류가 왜 그렇게 중요한가요?
스크류는 폴리머가 녹고, 혼합되고, 가압되는 방식을 결정합니다. 약간 다른 압축비나 채널 깊이가 용융 안정성을 완전히 바꿀 수 있습니다. 특정 나사 형상이 특정 재료에 대해 더 부드러운 흐름을 제공하거나 더 적은 압력 스파이크를 제공하기 때문에 많은 작업자가 "선호하는" 나사를 개발합니다.
3. 압출용 다이의 내부는 왜 이렇게 복잡해 보일까요?
폴리머 용융물은 자연적으로 균일하게 분포되지 않기 때문입니다. 다이 내부의 내부 흐름 채널은 프로파일의 모든 섹션에 동일한 압력과 흐름을 제공하도록 설계되었습니다. 다중-챔버 창틀-과 같은 복잡한 모양의 경우-내부 다이 구조가 놀라울 정도로 복잡할 수 있습니다.