私が心に残ったことから始めましょう。
去年私が訪れたのは、プロファイルの製造東莞の工場。ワークショップの監督である周老は、稼働中の押出機を指さして私にこう言いました。「これが見えますか? 原理は至ってシンプルです。歯磨き粉をチューブから絞り出すのと何ら変わりません。」
彼は冗談を言っているのだと思いました。
実際にこの業界に入ってみると、少なくとも中心的なコンセプトに関しては間違っていなかったことがわかりました。-押出成形は、その名前が示すように、開口部から物質を押し出して形状を形成することを含みます。ちょうど歯磨き粉のチューブの端を絞ると、押し出された歯磨き粉があの小さな丸い穴のような形になります。プラスチック押出成形の原理は似ていますが、指の代わりに回転ネジが使用され、歯磨き粉が溶融プラスチックになり、チューブの開口部が精密に機械加工された金型になる点が異なります。-
しかし、工業生産について話す場合、「単純」という言葉の意味は大きく異なります。
では、ここで具体的に何を押し出しているのでしょうか
異形押出は、押出によって連続的なプラスチック形状を作成するプロセスです。シートやフィルム製品は含まれません。多くの人が、一般的な概念としての「押し出し」と、特に「プロファイル押し出し」を混同しています。プラスチック押出成形は、インフレーション フィルム、キャスト フィルム、シート押出などすべてを含む大規模な製品です。-ただし、プロファイル押し出しとは、特に一貫した断面を持つ製品を指します。-。窓の周りの PVC フレーム、病院の点滴チューブ、マクドナルドの飲み物のストローでさえ、-長さのどこで切断しても、断面形状は変わりません。-それがプロフィールです。
異形押出によって作られる製品は、ビニールサイディングのように固体である場合もあれば、ストローのように中空である場合もあります。
中空のものはどうやって作るのですか？製品が崩れないように、金型の内側にピンまたはマンドレルを配置し、中心に空気を吹き込む必要があります。初めてこれを聞いたとき、少し考えざるを得ませんでしたが、それは理にかなっていました。-何かを中空にして内側から支えていないと、当然、陥没してしまいます。
ネジ1本でできること
押出機の心臓部はそのスクリューです。面白いのは、このような大規模な業界にとって、最も重要なコンポーネントが特大の木ネジのように見えることです。
スクリューは制御された速度 (通常は最大 120 rpm) で回転し、プラスチック ペレットをバレルを通して前方に押し出します。バレルは、使用するポリマーに応じて 200 度から 275 度の範囲の必要な融解温度まで加熱されます。
しかし、そのネジは単に材料を前に押し出すだけではありません。搬送、圧縮、溶解、均質化を同時に行っています。プラスチックペレットがホッパーから落ちると、固体になります。スクリューがバレルを前方に押すと、バレルの外部ヒーターによって加熱されると同時に、スクリューのフライトとバレルの壁の間で剪断が加えられます。フロントエンドに到達するまでに、完全に溶けています。
ここで見落とされがちな点があります。バレル温度は主に剪断加熱の結果であり、場合によっては実際にプラスチックを処理ウィンドウ内に保つために追加の冷却が必要になることがあります。
ほとんどの人は、押出機はプラスチックを溶かすために外部ヒーターを使用しているだけだと考えています。実際には、せん断加熱がエネルギー入力のかなりの部分を占めます。私は、経験豊富なオペレーターが実際にヒーターの出力を下げ、せん断に多くの作業を行わせることで機械を調整しているのを見てきました。-確かに電力は節約されますが、より重要なのは、せん断による溶解がより均一になる傾向があるということです-。
あのダイについて
金型は、本当のエンジニアリングの魔法が起こる場所です。私は花言葉が好きではありませんが、-金型がシステム全体の中で最も技術的に要求の高いコンポーネントであることは事実です。
考えてみてください。溶けたプラスチックは流体です。ダイから出ると膨らみます（ダイスウェルと彼らは呼んでいます）。冷えると縮みます。部品ごとに冷却速度が異なるため、収縮は均一ではありません。設計仕様に一致する最終製品を得るには、ダイのフロー チャネルがそのすべてを考慮する必要があります。
そして、金型は穴が開けられた単なる鋼の塊ではありません。良好な寸法制御には、バランスの取れた金型が不可欠です。 「バランスのとれた」とは、断面全体にわたってほぼ同じ速度で溶融物の流れを作ることを意味します。-。流れが不均一な場合、プロファイルの片側が厚く反対側が薄くなったり、一方の部分が先に他方の部分が冷えたりして、問題が発生します。
私は複雑なプロファイルを製造する工場を知っています。彼らは試験だけで 3 か月を費やしました。 -断面には7、8個の不規則な溝があり、最も薄い壁は1mm未満、最も厚い壁は8mm近くでした。このようなバリエーションがあると、フローのバランスを達成するのは悪夢です。
寒くなるまで完成しない
金型から出たプラスチックはまだ柔らかいです。温かいチーズのような感じ。その形状を素早く固定する必要があります。
最も一般的なアプローチは水冷です。プロファイルはダイから直接水槽に送られます。タンク内には、硬化するまでまだ柔らかいプロファイルの形状を保持するサイジング治具があります。-より厳しい公差が必要な製品の場合は、真空校正を追加します。-柔らかいプロファイルが校正器を通過し、外側に真空が適用され、周囲の小さな穴がプラスチックを外側に向かって校正器の壁に吸い込みます。基本的には連続真空成形です。
冷却はプロセスの中で退屈な部分のように見えますが、それを台無しにする方法はたくさんあります。冷却が早すぎると、内部と外部の温度勾配により内部応力が発生し、後で反りが発生します。-冷却が遅すぎると出力速度が低下します。さらに、引き手で掴むとプロファイルがまだ柔らかいため、伸びてしまいます。
水温、流量、キャリブレーターの長さ、引き揚げ速度-すべてを調整する必要があります。
引き抜きは、金型からプロファイルを引き抜く速度を制御および調整します。{0}その速度は押し出し速度と一致する必要があります。速すぎるとプロファイルが薄く伸びます。遅すぎると、材料が金型出口に溜まってしまいます。単純そうに聞こえます。チューニングこそがすべての詳細です。
素材について一言
押出成形業界の人々は、「私たちはプラスチックを押し出していますが、実際に失われるのは髪の毛です。」と冗談を言うのが好きです。公式を間違えると、すべてが横道に逸れてしまいます。
一般的な材料には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセタール、アクリル、ナイロン、ポリスチレン、PVC、ABS、ポリカーボネートなどがあります。とりわけ。
名前はたくさんありますが、実際の制作では、ほとんどの場合、少数の名前を扱います。
PVCプロフィール界の王様です。僅差の2位はなし。建物の窓、排水管、ケーブル ダクト-はどこにでもあります。塩素含有量が高いため、PVC は発火しにくくなり、熱の放出が制限されます。自己消火性があるため、着火源を取り除くと燃焼が止まります。建築材料にとって、その耐火性は非常に大きなものです。さらに、PVC は安価で耐食性があり、可塑剤を添加することで剛性や柔軟性を高めることができます。-もちろん、処理ウィンドウが狭すぎる、熱安定性が低いという欠点もあります。{10}配合物に安定剤を添加する必要があります。そうしないと、型から出る前に安定剤が劣化してしまいます。
PE主にパイプ用です。ガスラインにはポリエチレンが使用されています。これは、ガスと地下環境の両方からの腐食に耐性があるためです。水道本管でも同じ理由で使用されており、水をきれいに保つのに役立ちます。柔軟性に優れているため、地盤の沈下にも対応できます。熱融着接合部はパイプ自体よりも強度が高くなります。-
ABSブタジエン成分により、低温でも耐衝撃性に優れています。ただし、紫外線にさらされると微小亀裂が発生するため、屋外での使用には注意が必要です。
ASA屋外での使用や、長時間日光にさらされるプロファイルに最適な素材です。これを知らない人も多いでしょう。基本的には ABS でブタジエンをアクリル酸エステルに置き換えたもので、耐候性が大幅に向上しています。
配合に含まれるその他の成分については、外観を保つための着色剤、光劣化を防ぐための UV 安定剤、老化を遅らせるための酸化防止剤、流れを改善し摩擦を減らすための潤滑剤、可燃性を減らすための難燃剤などがあります。また、熱安定剤、充填剤、強化剤、加工助剤... 成熟した配合物には十数の成分があり、それぞれが広範な試行錯誤を経て調整されます。
共-押出には別のセクションが必要です
共押出-では、複数の層の材料を同時に押し出します。 2 台以上の押出機を使用して、異なるプラスチックを制御された速度で 1 つのダイヘッドに供給し、それらを組み合わせて目的の形状にします。
なぜわざわざ？
なぜなら、現実世界の多くの用途では、単一のポリマーですべての要件を満たすことはできないからです。{0}たとえば、外側の層が硬く、耐摩耗性があり、見た目が良い-一方、内側の層は柔らかく、弾力性があり、シールを形成できる必要があるプロファイルが必要だとします。 1 つの素材で両方の機能を実現することはできません。共押出では、2 つの材料を同時に実行し、ダイ内でそれらを結合し、単一の統合された部品として取り出すことができます。{6}}
デュアル デュロメータ共押出では、異なる硬度ゾーンを持つ 2 つの材料を同じ金型で融合し、製品に構造的な剛性と柔軟性の両方を与えます。{0}}ドアや窓のシール、家電製品のガスケット、さまざまな工業用シール用途-にこれが現れます。
車のドアシールはその典型的な例です。板金にクリップする部分は硬いです。ガラスやボディパネルと接触する部分は柔らかいです。 2 つの材料のうち、1 つは金型を通過します。別々に作って接着しようとすると、コストが高くなり、接着の信頼性も低くなります。
さらに複雑になります。トライ-押出は、医療機器やカテーテルによく使用される、1 つのダイを通して 3 つの異なる互換性のある材料を実行します。医療用チューブには厳しい要件があります。-内層は血液や薬剤と接触するため生体適合性が必要で、中間層は強度と耐キンク性が必要で、外層は挿入時に滑らかである必要があります。 3つの機能、3つの素材、ワンショット。
生産現場のラインナップ
完全なプロファイル押し出しラインは、最初から最後まで、おおよそ次のようになります。
材料保管/乾燥システム → 押出機 → スクリーンチェンジャー → 金型 → 校正/冷却タンク → 搬出 → カッター → 収集/積み重ね
すでにエクストルーダーをカバーしています。スクリーン チェンジャーはろ過用であり、-溶けていないビットや汚染物質を捕らえます。重要なのは、一対のローラーがプロファイルを一定の速度で前方に引っ張ることです。カッターには、製品に応じてさまざまな種類があります。-のこぎり、ハサミ、フライングカットオフなど。
柔軟なプロファイルは通常、専用のコイリングマシンで巻き取られます。硬いプロファイルは、長さに合わせて鋸で切断または切断されます。
一部の製品にはインライン処理も必要です。-パンチング、ドリル、溝加工が一般的な作業です。インクジェット印刷により、バッチおよび製品のマーキングが可能になります。 -ライン パンチングは、プロファイルがラインに沿って移動しているため、オフラインよりもはるかに効率的です。-パンチ ヘッドも一緒に移動し、打撃を受けて完了します。
品質に関する簡単なメモ
多くの工場では、適切な設定にはあまり注意を払っていません。-プロファイルが許容範囲に見える限り、押出機が正しく設定されているとみなします。
それは見事に的中しました。多くの工場では「出荷されれば問題ない」という考え方があり、機械がある程度正常な状態に達すると、誰もそれに手を出しません。--しかし、同じ製品の場合、パラメータを最適化することでエネルギー消費を 20% 削減し、一貫性を大幅に向上させることができます。
温度管理がすべてです。正確な温度制御により、優れた製品が生産され、エネルギーコストが最小限に抑えられます。熱電対は定期的なチェックが必要です。以前はバランスが取れていたダイが不均一なプロファイルを生成し始めた場合、多くの場合、熱電対がダイの温度を適切に制御できなくなっていることが原因です。熱電対は時間の経過とともにドリフトします。-表示は 180 度ですが、実際は 195 度である可能性があります。-問題は徐々に発生します。
すべてはどこへ行くのか
プロファイルはどこにでもあるので、この部分については詳しく説明する必要はありません。
異形押出は、プラスチック製造において最も生産量の多いプロセスの 1 つであり、パイプから窓、医療用チューブに至るまであらゆるものを製造します。{0}
建設が最も多く使用します。窓枠、ドア枠、羽目板、巾木、ケーブル チャンネル-はすべて押し出し成形です。
医療は最も精密なものを使用します。点滴チューブとカテーテルはプラスチック素材と補強材の複合体であり、製造後の滅菌が必要です。-
自動車は最も多様なものを使用しています。シール、トリム ストリップ、チューブ、ワイヤー ハーネス保護-1 台の車に数十の異なる押し出しプロファイルがある場合があります。
消費財は言うまでもありません。ストロー、ハンガー、荷造り紐、カーテンレール…。
最終的な考え
異形押出は、無駄が最小限で、低コスト、短納期、原材料の多用途性で知られる大量生産プロセスです。{0}また、難燃性、耐久性、耐薬品性、耐熱性などの特定の特性も実現できます。
教科書の箇条書きに関する限り、すべて真実です。しかし、このプロセスに本当に持続力を与えるのは、継続性だと私は思います。射出成形は、金型が開き、金型が閉じるサイクルで動作します。-ショット間にはデッドタイムが発生します。押し出しは材料を送り出し続けるだけです。必要に応じて、24 時間連続で実行することもできます。コスト面での継続性の利点は、大量生産の場合にはほぼ壊滅的です。-
もちろん制限はあります。一定断面積の製品のみを作成できます。-射出成形に比べて精度が劣ります。複雑な 3D ジオメトリは問題外です。しかし、その操舵室では、他に匹敵するものはありません。
技術と材料の進歩により、異形押出の状況は変わり続けています。高度な設計とシミュレーション ソフトウェアの統合、高性能-ポリマー-の開発はすべて、革新的で多機能なプロファイルの面で可能性を拡大します。
10年前には作成できなかったプロファイルが、今では作成できるようになりました。これまでベテランオペレーターの勘に頼っていたパラメータをソフトウェアでシミュレーションできるようになりました。業界は常に前進し続けています。基礎となる原則は 1 世紀の間あまり変わっていませんが、実現できる範囲は拡大し続けています。
あと一つ、メリークリスマス！