あなたはおそらく今日、気づかずに 6 個の押出プラスチック製品を使用したことがあるでしょう。車のドアのトリム、誰かの家の芝生の下を通る灌漑パイプ、食料品に巻かれているラップフィルムさえも、-それらのほとんどは、金型を通って押し出されるポリマーの熱い流れとして始まりました。
プラスチックの押出成形は、無菌で完全に自動化された「消灯」プロセスであると想像されることがあります。-そうではありません。押出ラインの近くに 10 分間立っていると、駆動モーターの騒音、冷却タンクから時折聞こえるシューという音、そしてオペレーターが些細なように見えて絶対に重要な設定を調整していることに気づくでしょう。押し出しは原理的には簡単ですが、-そしてほとんどの災害-は細部に問題が潜んでいます。
全体が実際にどのように機能するか
ペレットからメルトへ
原料は通常、ペレット状で提供されます。-見た目はそれほど大きくない小さなガラス質のビーズです。ホッパーに落とし込み、加熱されたバレルに滑り込ませると、すべてがすぐに変わります。そのバレルの内部には回転スクリュー (業界関係者は単に「スクリュー」と呼びます) があり、これが基本的に押出プロセス全体の中心となります。
ネジは単に材料を前方に押し出すだけではありません。ポリマーを圧縮、溶解、混合し、安定化させます。形状-ピッチ、飛行深さ、圧縮率-は、溶融品質において驚くほど大きな役割を果たします。同じ材料を 2 つのスクリューで実行すると、まったく異なる表面仕上げやスループット レートが得られます。オペレーターが、あるスクリューの設計に固執しながら、別のスクリューの設計が「怒っている」と不平を言っているのを見たことがあります。これは、溶融圧力の変動が大きすぎるという彼らの何気ない言い方です。
圧力、流量、およびダイ
溶融ポリマーがバレルの端に近づくと、圧力が高まります。次に、すべては押出ダイ-製品に輪郭を与える成形された開口部にあります。型は外側から見ると単純に見えますが、型を開けると内部の流路は迷路と水力彫刻の中間のようなものになります。
ポリマーは連続的な形状でダイから出ますが、まだ柔らかく、温度に非常に敏感です。-冷却は、プロファイルを固定するのに十分な速度で行う必要がありますが、内部応力を回避できるように十分に制御する必要があります。温度ウィンドウは寛大ではありません。熱すぎるとポリマーが劣化します。寒すぎると流れが不安定になります。
温度管理が止まらない理由
最新の押出ラインのほとんどは、ポリマーの挙動に合わせてそれぞれが慎重に調整された複数の加熱ゾーンを使用しており、{0}}場合によっては 6 か所、場合によっては 12 か所-あります。素材をHDPEからPVCに変更しますか?すべてを元に戻す計画を立ててください。たとえば、PVC はわずかな過熱でも塩化水素ガスを放出するため、機器だけでなくオペレーターにとっても厄介です。
プラスチック押出成形が製造業の主力となった理由
押出成形がプラスチック製造の大部分を引き継いだのは、単純な理由が 1 つあります。ラインにダイヤルインすると、ほとんど中断することなく、一貫した製品を数マイルも稼働させることができるからです。ほぼすべての熱可塑性プラスチック-ポリエチレン、ポリプロピレン、PVC、ABS、ポリスチレン-は、溶けて流動する限り押し出すことができます。
飛躍的な進歩は、押出ダイスが複雑な断面を形成できるようになったときに起こりました。-突然、メーカーはロッドとフラットシートに限定されなくなりました。窓枠、ケーブル導管、マルチチャネル プロファイル、-共押出製品-はすべて、金型の設計と溶融物の分配を改良することで可能になりました。
パイプおよびチューブの製造
穴あけ不要の中空: マンドレル ソリューション
パイプのような中空形状を製造するには、エンジニアは金型自体を再考する必要がありました。マンドレルに入ります。-ポリマーを周囲に強制的に流す中央のピンです。この革新により、パイプの連続押出が可能になりました。
大口径のパイプラインは印象的な機械です。-ダイだけでも食卓より広い場合があり、新たに押し出されたパイプを変形させずに支えるのは、それ自体が困難です。
真空サイジングタンク
完全な円形プロファイルを維持するために、メーカーは真空サイジングタンクを利用しています。ホットパイプは、精密サイジングスリーブを備えた水で満たされたチャンバーに入ります。-真空によりパイプが冷える間にスリーブの形状に合わせて外側に引き寄せられます。これは、大きなパイプを楕円形ではなく丸く保つ賢いシステムです。
インフレーションフィルム-見た目よりも複雑
インフレーションフィルムの押出ラインを見たことがない場合は、機械から真っすぐに立ち上る巨大な輝く泡を想像してみてください。最初はなんとなく危険そうに見えますが、これはビニール袋や軟包装フィルムの標準的な製造方法です。
バブル
垂直ダイは溶融したチューブを上方に押し出します。空気がチューブを膨張させて気泡を作り、エアリングによって継続的に冷却されます。気泡は希望の幅に達するまで伸び、上部のニップ ローラーで二層フィルムに潰され、ロールに巻き取られます。-
なぜコントロールがすべてなのか
気泡は常に重力、気圧、冷却空気の流れ、ライン速度と交渉しています。空気が多すぎると、泡が仕様を超えて膨れ上がったり、破裂したりします。-少なすぎるとフィルムにしわが寄ってしまいます。自動化は役立ちますが、経験豊富なオペレーターは、センサーがそれをキャッチするずっと前に、何かが「違和感」があることを認識します。
フィルムの特性は、ダイの直径と比較して気泡がどの程度膨張するかという-膨張率-に大きく依存します。買い物袋、農業用フィルム、包装用フィルム-それらはすべて異なる比率を必要とするため、異なる機械的特性が必要になります。
キャスト フィルム-精度へのよりまっすぐな道
すべてのフィルムが吹き飛ばされているわけではありません。キャストフィルムの押し出しでは気泡を完全にスキップします。フラット ダイからシートが押し出され、冷却ローラー上に到達し、フィルムの厚さ、透明度、表面仕上げが決まります。
キャストフィルムラインは一般に、インフレーションフィルムよりもはるかに厳密なゲージ制御を実現します。走る速度も速くなります。そのため、多方向の強度よりも均一性が重視される食品包装-では、キャスト フィルムが重視されています。-トレードオフは？-キャストフィルムは、全方向にわたって機械的なバランスがあまり取れません。
コーティングとオーバーエクストルージョンの用途-
押出成形は、コーティングに使用するとその多用途性を発揮します。電線、ファイバー ケーブル、通信線はすべて、絶縁体とジャケットを形成するために過剰押出に依存しています。{1}
圧力とチューブダイスの関係
2 つのダイ タイプが主流です。
加圧ダイスポリマーを導体の周囲にしっかりと接着します。{0}}絶縁には不可欠です。
チューブダイスわずかな隙間を残すため、接着を必要としない保護ジャケットに適しています。
ワイヤーコーティングラインは毎分 2,000 フィートを超える速度で稼働します。このような速度では、溶融温度や金型の形状のわずかな変化が表面欠陥として即座に現れるため、オンラインのレーザーまたは X 線ゲージで壁の厚さを常に監視しています。-
本当に重要な詳細
材料の選択
それぞれのポリマーには独自の個性があります。
HDPE: 広い処理ウィンドウ、寛容性、あらゆる場所で使用されます。
LDPE: 流れやすく、フィルムに最適です。
PVC：制御すると安定しますが、過熱すると厄介です。
ABS: せん断と温度に敏感です。
ポリプロピレンでは良好に機能するネジでも、PVC では不均一な溶融が発生する可能性があります。
金型設計
最新の金型ではシミュレーション ソフトウェアが使用されていますが、手作業による改良がまだ多く残っています。{0}溶融物は金型のすべての部分に同時に到達する必要があります。そうしないと、プロファイルが歪んだり、寸法がずれたりします。
冷却方法
製品ごとに必要な冷却方法も異なります。
軽量プロファイル用の空冷
中重量押出成形用ウォーターバス-
パイプの真空サイジング
特殊なポリマーの特殊な冷却 (ミスト、冷却ローラー、極低温バス法も)
冷却戦略は、多くの新人エンジニアが予想している以上に寸法安定性に影響を与えます。
押し出しにはまだ限界がある
押し出しは、連続した一定の断面の製品に最適です。-しかし、それは簡単には処理できません。
長さに沿った可変形状
複雑な3D形状
非常に厚い部分が不均一に冷却される
そして、ラインが金型や材料を変更するたびに、初期不良が発生することが予想されます。多品種少量生産は、押出ラインでは必ずしも経済的に合理的であるとは限りません。-
さまざまな癖や制約があるにもかかわらず、プラスチック押出成形は依然として、原料ポリマーを使用可能な製品に変える最もコスト効率の高い方法の 1 つです。{0} -パイプ、プロファイル、フィルム、トリム、断熱材、パッケージを見回してください。 Extrusion はバックグラウンドで静かに実行され、ほとんどの人が思っている以上に現代世界を形作っています。
プラスチック押出成形に関するよくある質問
1. プラスチック押出成形で最も一般的に作られる製品は何ですか?
意外と範囲が広いですね。連続した断面を持つものであれば、-PVC パイプ、ポリエチレン チューブ、窓枠、ウェザーストリップ、ケーブル絶縁体、シート フィルム、包装フィルム、点滴灌漑ライン、さらに一部の自動車トリム コンポーネントなども候補となります。-長くて反復的で均一な製品の場合、通常、押出成形が最も経済的な製造方法です。
2. 押出スクリューがそれほど重要なのはなぜですか?
スクリューは、ポリマーがどのように溶解、混合、加圧されるかを決定します。圧縮比やチャネルの深さがわずかに異なると、溶融安定性が完全に変化する可能性があります。特定のスクリュー形状は、特定の材料でよりスムーズな流れを実現したり、圧力スパイクを軽減したりするため、多くのオペレーターが「お気に入り」を開発しています。
3. 押出金型の内部はなぜ複雑なのでしょうか?
ポリマー溶融物は自然には均一に分布しないためです。ダイ内の内部流路は、プロファイルのすべてのセクションに等しい圧力と流量を供給するように設計されています。マルチチャンバーの窓枠-などの複雑な形状-の場合、内部の金型構造は驚くほど複雑になる場合があります。