Prelucrarea Prin Extrudare

Procedee de prelucrare

Este necesară convertirea polimerilor în produse finite,ele constînd în conducte ,filme,fibre sau articole turnate.Cele mai multe dintre aceste materiale sunt produse dintr-un singur polimer,dar se mai folosesc si amestecuri,polimeri de umplutură și materiale compozite.

Pot rezulta o varietate de structuri fizice în funcție de tipul de polimer și aditivi utilizați,cât și pe modul în care aceste materiale sunt procesate.

Deoarece structura finală obținută determina propietățile fizice ale produsului ,procesul utilizat trebuie ales cu grijă.

Cele mai utilizate metode de prelucrare a polimerilor sunt:

– extruderea

– prelucrarea prin injecție

Cei mai mulți polimeri sunt comercializați sub formă de peleți,este neceară folosirea unui extruder pentru topirea,omogenizarea și pomparea materialului termoplastic.

Produsele finite precum turile,tijele,foile plate pot fi facute prin extrudare,extruder-ul

poate fi adesea cuplat cu alte utilaje de prelucrare de polimeri.

Extrudarea este un proces cu operare continuă,spre deosebire de aceasta turnarea prin injecție este o operațiune ciclică folosită pentru a face o varietate de articole de joasă și înaltă tehnologie utilizate de zi cu zi .

In prezent este de asemenea folosită pentru a fabrica componente ceramice termice,care au forme complexe și sunt utile pentru aplicații cu temeratură înaltă.

Ceramica, cum ar fi carbonatul de siliciu și nitrura de siliciu sunt materiale dure,materiale refractare.Turnarea prin injecție este unul dintre puținele procese care pot fi folosite în scopul producției de masă.

Filare fibrelor nu este studiată numai pentru ca este ramura industriei textile sintetice,dar și pentru că este folosită pentru creeare fibrelor noi din polomeri lichizi-cristalini ,grafit,sticlă și ceramică pentru utilizarea în materiale compozite.

De asemenea este un proces în care elasticitatea polimerului devine importantă datorită extensiuni fluxului de câmp.

Prelucrarea prin extrudare

Aceasta este ce mai comună operație a prelucrarii polimerilor,ea este în general utilazată pentru a topi și pompa polimeri termoplastici printr-o matriță ,care dă forma dorită a extrudatului ,o formă schematică a extruderului poate fi observată în figura 3.11

Extrudarea mai poate fi realizată prin utilizarea presiuni și prin folosirea dispozitivelor bazate pe piston,extruderul are forma unui șurub elicoidal, el poate folosit aproape universal în toate aplicațiile industriale.

Extruderele pot conține din punct de vedere constructiv mai multe șuruburi elicoildale,ele rotindu-se intr-un cillindru orizontal.Extruderul este alimentat în general cu polimer sub formă de pelete printr-un canal ce duce la canalul format între șurub și cilindru.

Dacă polimerul este prelucrat higroscopic,el va fi uscat în prealabil iar în cilindrul extruderului se va introduce un gaz inert uscat,cum ar fi azotul.

Deși cilindrul este încâlzit la o temperatură deasupra punctului de topire a polimerului,regiunea apropiată de baza cilindrului este răcită cu apă pentru a preveni topirea polimerului în cilindru și formând un dop solid,care ar bloca intrarea polimerului suplimentar în extruder

Rotația surubului forțează polimerul să se deplaseze de-a lungul canalului ca un solid ,apoi ca un semisolid,și în cele din urmă ca o topitură. Adâncimea canalului este de obicei destul de mare în zona de transport a solidului,scăzând progresiv în timp ce polimerul se topește, și în cele din urmă devine constantă în zona de topire.

Fig.3.11 Reprezentare schematică a extruderului[]

1-buncăr de alimentare;2-gură de încărcare.3-canal agent de răcire;4-melc;5- încălzitor al cilindrului;6-cilindru;7-căptușeala cilindrului;8-termocuplu;9- filtru;10-placă de frânare,11-adaptor;12-termocuplu pentru topitură;13-filieră

Extruderea foliilor

Foliile se obțin prin extrudere cu cap de filare cu duză lată,extrudarea polimerului se va face la temperaturi mai mari pentru a reduce vâscozitatea topiturii la minim,grosimea unei folii poate ajunge până la dimensiunea de 0,2-0,3;răcirea foliei se va realiza cu aer,apa sau direct pe cilindri

Schema instalației de extrudere cu fantă lată, cu răcirea foliei cu aer

1 – extruder; 2 – cap de filare cu duză lată; 3 – sistem de răcire cu aer; 4 – tambur de răcire; 5 – role de netezire; 6 – sistem de înfășurare.

Extruderea plăcilor

Prin extrudarea în plăci se pot obține plăci de diferite grosimi,ele pot fi utilizate pentru obținerea de ambalaje prin termoformare ,polimeri folosiți la acesta extrudare sunt polistirenul,polipropilena,polietilena etc.

fig. Schema instalației de extrudere a plăcilor subțiripentru netezirea plăcilor;

1-extruder;2-cap de filare cu fanta lată;3-placa extrudata;4-sistem de role pentru netezirea plăcilor 5 – conveior cu role; 6 – bandă continuă clin fibre de sticlă țesute;7,8,9,12-role conductoare;10 role de tragere cauciucate;11-sistem de tăiere

Extruderea foliilor și a filmelor suflate

Este un proces cu extruderea continuă a unui tub cu pereți subțiri ;tubul este ulterior "umflat" cu ajutorul unei suprapresiuni de gaz,

Raportul dintre diametrul tubului suflat și cel al fantei de extrudere este de 2:1 – 3:1(uzual)- ieșirea foliilor va fi asigurată de rolele de tragere și aplatizare

El este unu din cele mai simple, productive și economice procedee de fabricare a foliilor,diametrul foliilor poate varia de la câțiva cm până la 24 m iar grosimea poate varia de la câțiva microni la zecimi de mm, procedeul poate fi utilizat pentru filme din polipropilena

Fig. Schema linie pentru extruderea filmelor cu preluarea tubului suflat pe verticală

1-extruder,2-plan de răcire,3-film suflat,4-panouri de ghidaj;5-cilindri de închidere a filmului;-6dispozitiv de înfășurare a filmului ;7- inel de răcire;8-intrarea aerului pentru dilatarea filmului

Extrudere prin suflare

Extrudarea prin suflare este tot o tehnică de prelucrare a polimerilor,el producând piese cu goluri prin forțarea materialului pe pereții matriței prin utilizarea presiuni aerului.

Acesta este principalul proces ce este utilizat pentru a creerea de recipiente și a altor tipuri de corpuri goale la interior

În figură sunt reprezentate etapele extrudării prin suflare

Prima etapă a procesului constă în debitarea continuă a unui semifabricat sub formă de tub(A) ,urmând a fii introdus în matrița goală pentru a i se defini conturul exterior dorit.

Prin închiderea matriței(B) se închide și totodată și capătul tubului debitat,prin interiorul tubului se va sufla aer comprimat dilatând tubul până la atingerea pereților matricei unde se vă răcii.

Pasul final (C)constă în deschiderea matriței și scoaterea piesei

Polimeri utilizați la fabricare sunt PE, PP, PVC, PET, PS etc.

Fig.Schema extrudării prin suflare

Prelucrarea prin compresie

La baza acestui procedeu, polimerul este topit și apoi preset în matriță.

Etapele elaborării prin compresie sunt:

A-pentru a se scurta ciclul de formare polimerul poate fi/ este preîncălzit, apoi este plasat într-o cavitate deschisă a matriței.

B-matrița este închisă cu o forță superioară, se încălzește polimerul uniform, iar apoi se aplică o presiune pentru ca materialul să intre în contact cu toate zonele matriței.

C-obiectul format prin presare se răcește până temperatura specificată pentru scoatere.

D-ejectarea piesei din matriță cu ajutorul unui aruncător.

Avantaje folosiri procedeului de prelucrare prin compresie sunt: obținerea de obiecte de mari dimensiuni; pierderi scăzute de polimer;precizie și continuitate dimensională excelentă; reducere scăzută și reproductibilă; suprafața obiectelor formate prezintă o bună finisare eficacitate ridicată a procedeelor moderne care îmbină cele două procedee, prin compresie cu injecție sau extrudare.

Dezavantaje ale procedeului de prelucrare prin compresie sunt: tehnologia clasică oferă un randament scăzut procedeul nu este indicat pentru obținerea de obiecte fragile sau cu forme complexe ;adâncimea cavității este limitată la 2-3 ori diametrul acesteia;cantitatea de material introdus în matrice trebuie strict controlat

Formarea prin turnare centrifugală

Procedeul de formare prin centrifugare reprezentat în figură este unul relativ simplu,el folosește temperaturi de topire foarte mari și matrițe cu pereți subțiri din metal sau material compozit,folosește o rotație biaxială în două axe perpendiculare,uniformizează pulberea și polimeri lichzi,răcirea efectuându-se cu aer sau apă,creerea de piese fără puncte de sudură

Turnare prin rotație are patru pași de bază :

A – introducerea unei cantități de pulbere sau lichid ,cântărită în prealabil într-o formă metalică goală ce este montată pe brațul unei mașini de turnare.

B – matrița va fii închisă cu clame sau șuruburi urmând a fi supusă unei rotații biaxiale și mutată într-un cuptor unde este inclazită

În cazul materialelor sub formă de pulbere aceste se vor topii în straturi succesive pentru a forma piesă în timp ce în fază lichidă, materialele reacționează chimic pentru a creea forma.

C- atunci când materialul să topit sau a reacționat și a fost consolidat pentru a avea propietățile necesare forma este mutată într-o stație de răcire unde aerul său apă este utilizată pentru răcirea formei.

D- după răcirea formei piesa este mutată la stația de descărcare unde piesa este îndepărtată.

Fig .Schema formării prin centrifugare

Avantaje folosiri procedeului de formare prin centrifugare sunt: obținerea de obiecte complicate ca design, cu volume foarte variate (5 – 25.000 ), posibilitatea varierii grosimii peretelui formei în funcție de necesități, rezistență la fisurare și la coroziune datorită absenței stresului intern

Dezavantaje ale procedeului de formare prin centrifugare sunt : consumurile energetice ridicate la încălzirea sau răcirea matriței,temperatură ridicată din cuptor pot determina degradarea termică a polimerului,oxigenul poate determina degradare termo-oxidativă

Termoformarea

Procedeul de termoformarea permite obținerea obiectelor sau semi-fabricatelor din plăci sau folii din materiale plastice.

Procedeul formează obiecte la temperaturi ridicate (sub temperatura de curgere) ca urmare a deformării înalt elastice a termoplastelor.

Prezintă câteva avantaje fața de formarea prin injecție având o arie de aplicabilitate mai largă datorită matrițelor mai ieftine, presiunii și a temperaturii mai scăzute o formarea ușoară a articolelor cu pereți subțiri, dificil de realizat prin alte tehnici productivitate foarte ridicată și investiții de capital mai mic

Termoformarea sub vacuum

-foarte utilă pentru farfurii și pahare de unică folosință.

Termoformarea în flux

-placa din material plastic este debitată direct din extruder

-trece printr-un cuptor pentru menținerea ei la temperatura de formare

-intră în instalația de termoformare

-operațiile secundare (printare, ștanțare, debavurare etc) sunt incluse în flux

-toate etapele procesului de formare trebuie să fie sincronizate cu viteza de

debitare a plăcii de către extruder

-proces mult mai greu de controlat comparativ cu alte procedee de termoformare.

Procedeul este destinat fabricării ambalajelor alimentare cu pereți subțiri (farfurii, tăvi, cești, pahare etc).

Etape:

A- Placa din material plastic este supusă încălzirii (rezistență electrică sau IR)

B- Placa încălzită este plasată peste cavitatea concavă a matriței

C- Prin aplicarea vacuumului placa este trasă și ia forma matriței

D- Obiectul obținut este întărit prin contactul cu suprafața rece a matriței și apoi este extras din aceasta.

Se prelucrează cu succes materialele plastice amorfe: PVC, PS, ABS, PC, etc.

Fig. Schema termoformări sub vacum

Termoformare sub presiune

Procedeu similar cu termoformarea sub vid, cu deosebirea că vacuumul este înlocuit cu aer fierbinte sub presiune.

Fig.Schema termoformare sub presiune

Prelucrare prin laminare – Folii multistrat

Laminarea – procesul de unire a unei folii din material plastic cu altă folie prin intermediul căldurii și/sau presiunii, uzual utilizând un adeziv. Laminatul – două sau mai multe straturi – identice sau diferite

Scopul laminării: conferirea unor proprietăți specifice, indispensabile pentru ambalajele alimentare:

-impermeabilitatea față de apă

-permeabilitate selectivă pentru anumite gaze

-proprietăți mecanice – păstrarea formei ambalajului după umplere

Laminarea cu pelicule polimerice — pentru hârtie, carton și aluminiu.

Laminarea – Folii multistrat

Procedee combinate extrudere-laminare

-folia de polimer ce urmează a fi aplicată pe substratul de hârtie sau aluminiu este debitată cu ajutorul unui extruder cu fantă lată.

-folia în stare viscoelastică aderă de substrat fără să mai fie nevoie de adeziv, prin presarea între role

-se pot obține laminate cu folie de polimer pe o singură față sau pe ambele fețe.

Fig.Schema procedeului de extrudare-laminare

1 – substrat; 2 – extruder; 3 – folie de polimer; 4 – role de laminare;

5 – role conducătoare ; 6 – laminat.

Prelucrare prin injecție [13][PSAT]

Turnarea prin injecție este unul din procesele tehnice pentru convertirea termoplasticelor și mai recent a materialelor termorigide făcute din pulbere sau peleți într-o varietate de produse folositoare. Turnarea prin injectare constă în încălzirea pulberei sau a peleților până aceștia se topesc. Faza topită este apoi injectată și ținută într-o matriță răcită sub presiune până ce se răcește. Matrița se va deschide ulterior și se va înlătura produsul final. O mașină de injectare în matrița va trebui să îndeplinească în mod special trei funcții:

– A topiri plasticului până când acesta devine fluid sub presiune;

– A injectări materialului topit în matriță;

– Ținerea materialului topit în matrița rece până când acesta se răcește și înlătura plasticul solid.

Rezulatatul ideal pentru a avea un material de înaltă calitate și un cost de producție mic este de a avea un proces efectuat automat.

Mașina de injectare în matrița reprezentată în figurile 3.3/3.4 au în principal două faze de funcționare pentru procesul de injectare în matrițe, acestea fiind unitatea de injectare și unitatea de strângere.

Unitatea de injectare are două funcții: aceea de a topii pulberea sau peleții și aceea de a injecta faza topită în matrița.

Unitatea de strângere a mașini de injectare în matrița efectuează trei funcții: închide și deschide matrița la momentul potrivit în timpul ciclului de injecta

Fig.3.12 Schema instalatiei de turnare prin injecție [13]

1-cilindrul pistonului; 2-motor: 3 – angrenaj pentru rotirea melcului; 4-buncăr de alimentare; 5- încălzitoare; 6-melc cu mișcare alternativă de dute-vino; 7-cilindru; 8-ventil de reținere; 9-duză; 10-placă fixă; 11- matriță; 12- placă mobilă; 13-cilindrul pistonului de închidere (de strângere)

Fig .3.13 Reprezentarea unei mașini de injecție [13].