Postępy w ekstruzji tworzyw sztucznych umożliwiają produkcję długich elementów dla różnorodnych zastosowań

Od codziennych słomek do złożonych komponentów motoryzacyjnych, niezliczone produkty z tworzyw sztucznych opierają się na kluczowej technologii produkcji: formowaniu przez wytłaczanie tworzyw sztucznych. Od momentu powstania w 1935 roku proces ten odgrywa kluczową rolę w produkcji ze względu na swoje unikalne zalety w wytwarzaniu długich, wielkoseryjnych produktów z tworzyw sztucznych. Artykuł ten zagłębia się w zasady, dobór materiałów, zalety i wady oraz kwestie projektowe formowania przez wytłaczanie tworzyw sztucznych, stanowiąc kompleksowe odniesienie dla decydentów biznesowych i inżynierów.

Formowanie przez wytłaczanie tworzyw sztucznych to proces, w którym stopione tworzywo sztuczne jest w sposób ciągły przepychane przez matrycę w celu wytworzenia produktów o określonych kształtach przekroju poprzecznego. W porównaniu z innymi metodami formowania tworzyw sztucznych, wytłaczanie jest szczególnie odpowiednie do produkcji długich lub wielkopowierzchniowych produktów, takich jak rury, profile i arkusze. Jego zastosowania są ogromne, dotykając niemal każdego aspektu współczesnego życia:

• Infrastruktura: Stosowane do rur wodociągowych, gazociągów, systemów odwadniających i innych.
• Budownictwo: Produkuje profile okienne i drzwiowe, listwy dekoracyjne, uszczelki oraz izolację przewodów/kabli.
• Opakowania: Tworzy folie do pakowania żywności, butelki na napoje i pojemniki.
• Rolnictwo: Produkuje rury irygacyjne i folie rolnicze.
• Dobra konsumpcyjne: Produkuje słomki, przybory kuchenne, zabawki i inne przedmioty codziennego użytku.

System wytłaczania składa się głównie z wytłaczarki, matrycy i urządzeń pomocniczych. Wytłaczarka topi i transportuje materiał z tworzywa sztucznego do matrycy, która kształtuje produkt końcowy. Urządzenia pomocnicze obejmują systemy chłodzenia, jednostki odciągowe i noże do kontrolowania szybkości chłodzenia, dokładności wymiarowej i długości cięcia.

Pod względem kosztów, wytłaczanie tworzyw sztucznych zależy od wyboru materiału i złożoności sprzętu. Koszty materiałów wynoszą średnio około 1000 USD za produkt, podczas gdy sprzęt do wytłaczania kosztuje od 7000 USD do 90 000 USD w zależności od skali produkcji i złożoności części.

Dobór materiału z tworzywa sztucznego bezpośrednio wpływa na wydajność i zastosowania wytłaczanego produktu. Kluczowe kwestie to:

• Środowisko: Czy produkt będzie narażony na działanie warunków zewnętrznych, promieniowanie UV lub ekstremalne temperatury?
• Ekspozycja chemiczna: Czy będzie miał kontakt z kwasami, zasadami lub innymi substancjami żrącymi?
• Wymagania mechaniczne: Czy musi wytrzymać duże uderzenia lub naprężenia rozciągające?
• Wymagania estetyczne: Czy potrzebne są określone kolory lub wykończenia?

Typowe materiały do wytłaczania i ich właściwości:

Wszechstronne tworzywo sztuczne o doskonałej odporności chemicznej, elastyczności i trwałości przy niskich kosztach. Stosowane do rur i opakowań. Polietylen o niskiej gęstości (LDPE) oferuje doskonałą elastyczność dla folii, podczas gdy polietylen o wysokiej gęstości (HDPE) zapewnia większą wytrzymałość dla pojemników i rur.

Termoplast pochodzenia kopalnego o wysokiej temperaturze topnienia, dobrej wytrzymałości i odporności na uderzenia. Stosowany do części samochodowych, tekstyliów i opakowań. Dostępny w wielu kolorach.

Ekonomiczny i trwały. Sztywny PVC jest odporny na promieniowanie i uderzenia w oknach/rurach, podczas gdy elastyczny PVC oferuje wytrzymałość na rozciąganie dla izolacji przewodów i wodoodporności.

Sztywne tworzywo sztuczne do pakowania i izolacji, łatwo formowane w złożone kształty.

Popularny do drukowania 3D i wytłaczania, ceniony za walory estetyczne w obudowach i częściach dekoracyjnych.

Doskonałe właściwości mechaniczne, w tym odporność na ciepło/chemikalia. Stosowany w komponentach motoryzacyjnych i tekstyliach, z dobrą odpornością na zużycie dla łożysk i kół zębatych.

Wysoka sztywność, odporność na ciepło i trwałość przy wyższych kosztach. Stosowany do części samochodowych i obudów elektroniki, z przezroczystością idealną do sprzętu ochronnego.

Powszechny w pojemnikach na żywność/napoje, zastosowaniach inżynieryjnych i włóknach. Oferuje wytrzymałość, przejrzystość i możliwość recyklingu.

• Ekonomiczne: Zazwyczaj tańsze niż inne metody formowania tworzyw sztucznych.
• Produkcja ciągła: Umożliwia dużą wydajność przy niższym ryzyku zapasów.
• Regulacja: Produkty mogą być modyfikowane przed schłodzeniem/utwardzeniem.
• Różnorodność kształtów: Różne matryce/wytłaczarki tworzą różnorodne formy i rozmiary.
• Elastyczność materiałowa: Większość termoplastów jest kompatybilna z wytłaczaniem.

• Rozszerzalność: Chłodzenie może powodować odchylenia wymiarowe.
• Ograniczenia materiałowe: Nie wszystkie tworzywa sztuczne nadają się do wytłaczania; niektóre produkty nie mogą być w ten sposób wytwarzane.
• Wysokie koszty sprzętu: Wytłaczarki i matryce stanowią znaczną inwestycję.
• Wyzwania związane z recyklingiem: Wytłaczarki często nie mogą przetwarzać tworzyw sztucznych z recyklingu ze względu na wymagania dotyczące filtracji zanieczyszczeń.

Aby zapobiec problemom w formowaniu przez wytłaczanie tworzyw sztucznych, należy wziąć pod uwagę następujące wytyczne dotyczące projektowania:

• Utrzymuj jednolitą grubość ścianek: Niespójne ścianki powodują nierównomierne chłodzenie, prowadząc do wypaczeń. Minimalna zalecana grubość: 0,025 cala.

Chociaż wytłaczanie może nie dorównywać precyzji formowania wtryskowego, odlewania ciśnieniowego lub druku 3D, nowoczesny sprzęt znacznie poprawił kontrolę wymiarową. Poprzez odpowiedni dobór materiału, konstrukcję matrycy i zarządzanie procesem, producenci mogą wykorzystać mocne strony wytłaczania do produkcji wysokiej jakości, ekonomicznych produktów z tworzyw sztucznych.