Якщо ви коли-небудь спостерігали за роботою добре налаштованої лінії екструзії листів ПЕТ , ви знаєте, що це один із найбільш задоволених процесів у виробництві пластмас: висушені гранули ПЕТ надходять у бункер, а через кілька хвилин бездоганний кришталево чистий лист скочується з моталки зі швидкістю 20 метрів за хвилину. Але між цими двома точками лежить послідовність точно контрольованих теплових і механічних етапів. Пропустіть будь-яку з них, і аркуш, який зірветься з лінії, розповість всю історію у формі туманності, смуг, варіації калібру або ще гірше.
Після чотирьох десятиліть введення в експлуатацію, налагодження та оптимізації цих ліній на п’яти континентах я хочу ознайомити вас із усім процесом — поетапно — з такими деталями, які важливі для операторів, інженерів-технологів і всіх, хто бере участь у визначенні цього обладнання.
Етап 1: Підготовка та сушіння сировини
Все починається ще до того, як смола навіть торкнеться екструдера. Гранули ПЕТ є гігроскопічними, тобто вони поглинають атмосферну вологу зі швидкістю, яка б шокувала будь-кого, хто не знайомий з полімером. При типових заводських рівнях вологості (50-60% відносної вологості) ПЕТ може поглинати 0,3-0,5% вологи за вагою лише за кілька годин відкритого зберігання. Це може здатися незначним, але 0,05% залишкової вологи в розплаві достатньо, щоб запустити гідроліз — хімічну реакцію, яка буквально розриває полімерні ланцюги, руйнуючи внутрішню в’язкість і механічні властивості.
Належний Машина для екструзії листів ПЕТ завжди поєднується з осушувальною бункерною сушаркою. Стандартна специфікація сушіння для ПЕТ становить 160–170°C протягом 4–6 годин, досягнення точки роси -40°C або нижче в повітрі для сушіння та кінцевого вмісту вологи нижче 50 ppm (0,005%). У сушарці використовуються шари осушувача — як правило, молекулярні сита або активований оксид алюмінію — для видалення вологи з повітря, що переробляється для сушіння, у безперервному циклі.
Одна деталь, на яку багато людей не звертають уваги: шлях передачі між вихідним отвором сушарки та бункером екструдера також має бути підігрітий та герметичний. Я бачив заводи, де 2-метрової неопалюваної транспортувальної трубки було достатньо, щоб повторно наситити висохлу смолу, перш ніж вона досягне горловини подачі. Сам бункер повинен мати сорочку з підігрівом для підтримки температури пелет протягом часу перебування в зоні подачі.
Етап 2: Подача та плавлення
Висушені гранули надходять у живильну горловину екструдера, де обертовий шнек починає транспортувати їх у нагріту бочку. Стовбур поділено на кілька температурних зон — як правило, від 5 до 7 для одного екструдера — кожна з яких контролюється незалежно. Температурний профіль для ПЕТ-листів зазвичай слідує градієнту від нижчих температур на кінці подачі (близько 240 °C) до вищих температур на кінці матриці (270–285 °C).
Тут справжню роботу виконує гвинт. У правильно сконструйованому ПЕТ-шнеку зона подачі подає гранули вперед із мінімальним стисненням. Зона стиснення (або перехідна зона) поступово зменшує глибину каналу, ущільнюючи плавиться полімер і покращуючи тепловіддачу від стінки стовбура. Зона дозування забезпечує послідовний гомогенізований потік розплаву до матриці.
Для високої прозорості листів конструкція бар’єрного шнека відокремлює твердий шар від ванни розплаву, проштовхуючи весь матеріал через вузький зазор, де він повністю розплавляється, перш ніж досягти секції змішування. Змішувальний елемент Maddock або штифтовий змішувальний елемент на кінчику шнека поглинає будь-які зміни температури або в’язкості, що залишилися, надаючи термічно рівномірний розплав до матриці.
Етап 3: Фільтрація
Між екструдером і матрицею розплав проходить через сітчастий пакет, розміщений у пристрої зміни сіток. Для первинного ПЕТ може вистачити відносно грубе сито (60/80 меш). Для переробленого ПЕТ або сумішей із високим рівнем забруднення більш тонкі багатоступінчасті упаковки (40/80/120 або навіть 40/100/150 меш) затримують гелі, нерозплавлені частки, волокна паперу та інші сторонні матеріали.
Безперервна зміна екрану дозволяє замінювати пакет екрану без зупинки лінії — критична функція для 24-годинного виробництва. Найбільш поширеними є гідравлічні шиберно-пластинчасті або поворотні конструкції. Відстежується перепад тиску на екрані; коли він перевищує встановлений поріг (зазвичай 150-250 бар), сигнал тривоги сигналізує оператору ініціювати зміну екрана.
Етап 4: Кубок
Пласка матриця, яку іноді називають Т-подібною матрицею або матрицею для вішалок, є компонентом, який перетворює циліндричний потік розплаву з екструдера на широку тонку полімерну завісу. Усередині матриці ретельно розроблений колектор рівномірно розподіляє розплав від центру до обох країв. Регульовані гвинти (зазвичай 30-50 по ширині) дозволяють операторам точно регулювати місцевий опір потоку та виправляти будь-які відхилення профілю товщини.
Сучасні лінії часто включають автоматичну систему регулювання матриці, пов’язану з товщиноміром, що знаходиться далі. Система замкнутого циклу виконує мікрокоригування конкретних болтів матриці в режимі реального часу, підтримуючи однорідність калібру в межах ±2-3% по всій ширині листа.
Матриця також повинна підтримувати надзвичайно рівномірну температуру. Внутрішні картриджні нагрівачі з незалежними ПІД-контролерами підтримують корпус матриці в межах ±1°C по всій ширині. Зміни температури безпосередньо впливають на зміни в’язкості, що призводить до проблем із товщиною.
Етап 5: каландрування та охолодження
Це, мабуть, найважливіший етап для якості ПЕТ-листів. Екструдована завіса розплаву з матриці потрапляє в зазор між першим і другим валками тривалкового каландрового стосу (також званого полірувальним стосом або охолоджуючим валком). Три рулони розташовані у вертикальному стосі або іноді в похилій чи горизонтальній конфігурації залежно від площі та вимог до товщини листа.
Для аморфного листового ПЕТ — а це те, що потрібно для прозорих марок термоформування — рулони мають надзвичайно швидко відводити тепло. ПЕТ кристалізується приблизно від 120°C до 200°C, і якщо лист перебуває в цьому діапазоні занадто багато часу, утворюються сфероліти, які розсіюють світло та створюють каламутний, непрозорий вигляд. Тому рулони охолоджуються до 15–25°C, а геометрія контакту забезпечує проходження листа через небезпечну зону кристалізації за частки секунди.
Важлива синхронізація швидкості руху. Навіть невідповідність швидкості між валками на 0,1% викликає внутрішні напруги, які спричиняють короблення під час подальшого термоформування. Сучасні приводи використовують серводвигуни з електронним кулачком для підтримки ідеальної синхронізації.
Оздоблення поверхні рулону визначає кінцевий вигляд листа. З дзеркально відполірованих хромованих рулонів виготовляють високоглянцевий лист для чашок і контейнерів-розкладачок. Матове або вигравіруване покриття надає матовому вигляду, який використовується для косметичної упаковки преміум-класу. Деякі лінії включають змінні тиснені ролики для текстурованих аркушів, які використовуються в нековзних лотках.
Етап 6: відведення, різання та намотування
Після виходу зі стосу каландра охолоджений лист проходить через блок відведення, який підтримує постійний натяг полотна. Притискні ролики з прогумованим покриттям захоплюють лист і подають його вперед зі швидкістю, що відповідає виходу каландра. Точний контроль натягу запобігає розтягуванню (що спричиняє тонкі плями) або провисанню (що спричиняє зморшки та хвилястість країв).
Для аркушів, які продаватимуться у вигляді рулонів (типово для подальших операцій термоформування), автоматичний намотувач створює рулони з контрольованим натягом, придатні для подачі в машини для вакуумного формування. Для аркушів, які продаються в розрізаній формі, літаючі ножиці або роторний різак розрізають аркуш до певних розмірів.
Оздоблення країв видаляється протягом усього процесу. Обрізані краї зазвичай гранулюють і переробляють назад у потік живлення, хоча відсоток повторного помелу, який можна повторно додати, залежить від ваших вимог до якості та Температурна екструзії листів ПЕТ . чутливість вашого продукту
Етап 7: Забезпечення якості
На виробничій лінії безперервно здійснюється поточний моніторинг якості. Бета-вимірювач або безконтактний лазерний сканер вимірює товщину аркуша в багатьох точках полотна, повертаючи дані в систему автоматичного налаштування матриці та записуючи дані SPC для якісної документації. Деякі лінії також включають онлайн-вимірювання помутніння, вимірювачі блиску та колориметри для застосувань, де чітко визначені оптичні властивості.
Для повного огляду технології екструзії листів див керівництво машини для екструзії пластикових листів .
Часті запитання
Чому ПЕТ потрібно сушити перед екструзією? ПЕТ є гігроскопічним і реагує з водою за температури обробки шляхом гідролізу. Ця реакція розриває полімерні ланцюги, зменшуючи молекулярну масу, внутрішню в’язкість і механічну міцність. У результаті виходить крихкий лист із поганою прозорістю. Належне сушіння до рівня вологи нижче 50 ppm має важливе значення — дивіться наш детальний посібник із сушіння ПЕТ смоли.
Яка різниця між аморфним і кристалічним листом ПЕТ? Аморфний ПЕТ-лист швидко охолоджується в діапазоні температур кристалізації, утворюючи прозорий, гнучкий матеріал, ідеальний для термоформованої упаковки. Кристалічний лист ПЕТ повільно охолоджується або відпалюється, утворюючи непрозорий, жорсткий, термостійкий матеріал, який використовується для панелей приладів і промислових компонентів. Різниця повністю контролюється швидкістю охолодження в каландрі.
Як швидко працює лінія екструзії листів ПЕТ? Швидкість лінії залежить від товщини та ширини листа. Для листа товщиною 0,3 мм і шириною 1000 мм типова швидкість становить 15–30 м/хв, продуктивність 300–600 кг/год. Для листа товщиною 1,0 мм при тій самій ширині швидкість падає до 5–10 м/хв. Обмежуючим фактором зазвичай є холодопродуктивність — валки каландра можуть відводити лише кінцеву кількість тепла за одиницю часу.
Чи може лінія ПЕТ листів використовувати перероблений матеріал? Так, і більшість комерційних ліній так і роблять. Перероблений ПЕТ (rPET) можна змішувати з натуральною смолою або використовувати на 100% перероблений вміст після відповідної підготовки. Необхідно покращити фільтрацію, можливо, потрібно подовжити час сушіння, а стабільність внутрішньовенного введення слід контролювати ретельніше. Лінії, призначені для екструзії переробленого листового ПЕТ, включають вдосконалені системи вентиляції та фільтрації.
Що викликає риб’ячі очі або частинки гелю в ПЕТ листі? Частинки гелю зазвичай походять із недиспергованих високомолекулярних фракцій у смолі, забрудненого повторного подрібнення або термічної деградації в стовбурі. Рішення включають більш тонку фільтрацію розплаву, оптимізоване шнекове змішування та скорочення часу перебування в стовбурі шляхом забезпечення відповідної швидкості шнека та продуктивності.
