Metody przetwórstwa
Metody przetwórstwa
Fizyczno chemiczne II rodzaju
Tą grupą metod przetwarza się ponad 75% ogólnej masy wszystkich tworzyw. Najważniejszą metodą tej grupy jest wytłaczanie. Aktualnie tą metodą przetwarza się ponad 35% masy wszystkich tworzyw.
Wytłaczanie polega na wprowadzeniu tworzywa w postaci proszku lub granulatu do leja zasypowego wytłaczarki, a następnie na jego uplastycznieniu w sutek ciepła generowanego przez ślimak, a także dostarczonego ze źródła zewnętrzne-go (grzejników). Pod wpływem ruchu obrotowego ślimaka tworzywo przemieszcza się wzdłuż cylindra. Przemieszczając się kolejno przez strefę zasypu, zasilania, przemiany i dozowania. W trakcie ruchu tworzyw w cylindrze zachodzą dwa podstawowe procesy: uplastycznianie tworzywa oraz jego miesza-nie. W procesach wytłaczania mamy do czynienia z przemianą CS-CP-CS.
Tworzywo na końcu cylindra wtłaczane jest do głowicy, na końcu której znajdują się elementy wymienne zwane dyszą bądź ustnikiem. Elementy te nadają ostateczny kształt wytłoczonemu wytworowi. Głowica wyposażona jest w szereg grzejników współpracujących z regulatorami temperatury celem utrzymania dokładnej jej wielkości. Wyposażona jest również w czujniki ciśnienia, które włączone są w obwód zabezpieczenia maszyny przed przeciążeniem. W przypadku zbyt dużego wzrostu ciśnienia sygnał z tego czujnika wyłączy maszynę (nadmierny wzrost ciśnienia zarówno w cylindrze wytłaczarki jak i w głowicy powoduje wzrost oporu ślimaka i może doprowadzić do jego zniszczenia - ukręcenia). W trakcie ruchu tworzywa w cylindrze wytłaczarki następuje wzrost jego ciśnienia i temperatury, która powoduje częste uwalnianie się związków lotnych z tworzywa, w związku z tym stosuje się często tzw. układy odgazowywania polegają one na tym, że w strefie sprężania wiercony jest otwór w cylindrze, który ma swobodny wypływ, bądź który podłączony jest do układu próżniowego celem zapobieżenia wypływu tworzywa przez ten otwór w miejscu tego otworu zwiększa się głębokość zwojów ślimaka, a także odległość między nimi. Powoduje to, że na krótkim odcinku leżącym pod otworem odgazowania ciśnienie stopionego tworzywa spada do zera i nie wykazuje ono skłonności do wypływu przez ten otwór, natomiast części gazowe swobodnie przedostają się przez ten otwór na zewnątrz.
Problem odgazowania tworzywa jest bardzo ważny gdyż w przeciwnym razie znajdujące się w nim sprężone cząsteczki gazu powodują nierówny wypływ z głowicy (plucie) oraz powstawanie w tworzywie przestrzeni wypełnionych gazem co pogarsza jakość wytworu.
Przy pomocy wytłaczarek Wytwarza się 4 rodzaje wytworów:
a) rury, profile, pręt, płyty - w przypadku tych wytworów przesuw wytworu jest poziomy, tzn. następne elementy linii technologicznej ustawione są szeregowo, elementami tymi są: wanna chłodząca, odciągi wraz z kalibratorami, znaczniki, przecinarka + układarka.
W przypadku takich elementów jak rury, pręty lub profile głowica zawiera ustniki i dysze formujące te wytwory. Mają one na ogół kształt pierścieniowy. Natomiast głowice do płyt są głowicami szczelinowymi, umożliwiają one uzyskiwanie płyt o szerokości do 4m największe średnice rur wytłaczanych sięgają do 600 mm.
b) folia
Głowica jest bardziej skomplikowana i ustawiona jest w taki sposób, że rękaw folii skierowany jest do góry (głowica kątowa), do głowicy tej doprowadzone jest powietrze rozdmuchowe, które powoduje, że w rękawie wytłoczonej folii panuje nadciśnienie, wielkość tego nadciśnienia reguluje tzw. stopień rozdmuchu ( stosunek max średnicy rękawa do średnicy rękawa opuszczającego głowicę 38). Rękaw posuwa się do góry w wierzy chłodniczej, na końcu której znajdują się walce odciągu. Na drodze między głowicą a odciągiem następuje nadmuch powietrza, które chłodzi tą folię. Najbardziej skomplikowana jest głowica obrotowe tzn. wykonująca cykliczny ruch obrotowy po to aby wszelkie nierówności grubości folii rozkładały się w miarę równomiernie na jej obwodzie, w przeciwnym razie nierówności te powodowałyby wadliwy nawój bobiny.
c) Wytłaczanie z rozdmuchiwaniem
Głowica kontowa umieszczona wyżej, dołem głowicę opuszcza wąż, doprowadzone powietrze rozdmuchuje wąż do gniazda formy.
Wytłacza się tą metodą 10% masy wszystkich tworzyw.
d) koekstluzja - polega na wytłaczaniu tworzywa z kilku wytłaczarek do jednej głowicy i w skutek tego można uzyskać rury, płyty, folie wielowarstwo-we, w których każda warstwa jest zbudowana z innego tworzywa. Ta metoda stosowana jest szeroko przy wytłaczaniu folii spożywczych, w których warstwy: wewnętrzna musi być obojętna w stosunku do żywności, środkowa zapewnia odpowiednią przepuszczalność, zewnętrzną stanowi zabezpieczenie mechaniczne.
Uwaga:
W przypadku folii do opakowań spożywczych jej właściwości barierowe są bardzo ważne
Wtryskiwanie
Za pomocą tej techniki przetwarza się ponad 30% masy wszystkich tworzyw. Wtryskiwanie ma z jednej strony wiele cech podobnych do wytłaczania, a z drugiej występuje istotna różnica między tymi dwoma technikami.
Cykl przemian CS-CP-CC-CP-CS
Podstawowymi różnicami tych dwóch procesów są:
a) inny przebieg przemian stanów skupienia (w przypadku wtryskiwania
przechodzimy przez fazę ciekłą, w przypadku wytłaczania tylko plastyczną)
b) wytłaczanie jest procesem ciągłym
wtryskiwanie jest procesem periodycznym
Konstrukcja cylindra i ślimaka wtryskarki jest podobna do konstrukcji jaka występuje w wytłaczarce. Natomiast istotną różnicą jest to, że ślimak w cylindrze wtryskarki oprócz ruchu obrotowego wykonuje również ruch posuwisto zwrotny.
Przebieg procesu wtryskiwania jest następujący:
- zasyp tworzywa
- wymuszony ruch tworzywa pod wpływem obrotów ślimaka, uplastycznianie tworzywa
- docisk układu uplastyczniającego do formy
- początek ruchu posuwistego ślimaka i następnie otwarcie zaworu wtryskowego
- wtrysk
- powrót ślimaka do pozycji wyjściowej i proces chłodzenia folii
- otwarcie formy i usunięcie wytrysku.
Z zasady pracy wtryskiwarki wynika, że jej napęd oraz cały układ kinematyczny jest znacznie bardziej złożony niż w przypadku wytłaczarki. Wynika to z tego, że układ ten oprócz ruchu obrotowego ślimaka, jak w wytłaczarce, musi jeszcze zapewnić:
- ruch posuwisto zwrotny ślimaka, dojazd i docisk układu uplastyczniającego do formy (lub od formy)
- dojazd i odjazd oraz otwarcie i zamknięcie formy.
Dlatego w wtryskarkach stosowane są układy hydrauliczne wymuszające te ruchy. Parametrami eksploatacyjnymi wtryskarek są objętość wtryskarki, ciśnienie i temperatura wtrysku, czas cyklu. Na ogół operacją decydującą o czasie cyklu jest czas chłodzenia wypraski w formach. Rozważając formy wtryskarek jedno gniazdowe ( w przyp. dużych elementów jak np. kontenerki)
oraz form wielo gniazdowych w przypadku elementów mniejszych problem projektowania form wielo gniazdowych jest niezwykle trudny. W skrajnych przypadkach mamy formy do 50 gniazd. Szczególnym problemem podczas konstruowania form jest zapewnienie równomiernego spadku ciśnienia w kanałach dolotowych do poszczególnych gniazd oraz równomiernej temperaturze.
Kalandrowanie
Jest to metoda polegająca na przepuszczaniu tworzywa przez kolejne pary walców obracających się współbieżnie. Przy czym między walcami każdej pary występuje na ogół niewielka różnica prędkości obrotowych, taka że tworzywo jest między walcami uciskane, co powoduje jego uplastycznianie. W kolejnych parach walców szczelina między walcami jest coraz mniejsza walce te są ogrzewane celem ułatwienia uplastycznienia tworzywa metodą tą wytwarza się płyty i folie (w tym bardzo cienkie), a także tapety tworzywowe (z PVC Wąbrzeźnie). Metoda kalandrowania wymaga bardzo drogich walców i jest metodą mniej powszechną niż wytłaczanie lub wtryskiwanie.
Spienianie tworzyw
Jest to metoda polegająca na wprowadzeniu tworzywa do formy, a wraz z nią środka poroforującego (porofora), po zamknięciu formy następuje ogrzanie jej, co powoduje z jednej strony zlepianie się granulek tworzywa, a z drugiej strony uwolnienie poroforu do postaci gazowej. W skutek tego otrzymujemy materiał wypełniony kawernami gazowymi. Tą metodą otrzymuje się styropian.
Prasowanie
Polega na wprowadzeniu tworzywa, często w postaci tabletek, do odpowiedniej formy, a następnie poddania go działaniu ciepła (ogrzanie) i ciśnienia wywieranego przez tłok prasy, w ten sposób uzyskuje się elementy odpowiadające kształtowi formy.
Ważną dziedziną przetwórstwa jest kształtowanie powierzchni wytworów. Stosować to można zarówno przez nanoszenie odpowiednich lakierów ochronnych jak również przez oddziaływanie czynnikami fizycznymi na warstwę wierzchnią wytworu tworzywowego.
Uszlachetnianie powierzchni jest często operacją wstępną przed procesami drukowani, klejenia laminowania, zdobienia i metalizowania. Operacja ta jest niezbędna z tego względu, że większość tworzyw, a w szczególności poliolefiny są hydrofobowe i mają niewielką swobodną energię powierzchniową. Z tego względu klej i farby drukarskie nie przylegają dobrze do tej powierzchni.
Celem obróbki powierzchniowej jest zwiększenie swobodnej energii powierzchniowej, dokładne oczyszczenie powierzchni, zwiększenie chropowatości. Te trzy czynniki powodują, że tworzywo może być zadrukowane bądź sklejone.