Как да се решават често срещаните проблеми с качеството при екструзията на пластмасови тръби?

Основни причини за дефекти в качеството при екструзията на пластмасови тръби

Влага, термично разлагане и нестабилност на течното състояние. Останалата влагата в пластмасовите гранули предизвиква образуване на пара по време на екструзията, което води до възникване на мехурчета и празнини в продукта. Ако температурната устойчивост на пластмасата бъде надвишена, полимерните вериги могат да се разградят и пластмасата може да промени цвета си. Влагата, температурата и формата на гранулите могат да причинят различни видове повърхностни дефекти. Според публикацията в списанието „Polymer Processing Journal“ около 37 от 100 проблема при екструзията се дължат на проблеми, свързани с материала.

Фактори, свързани с оборудването: износване на матрицата, лоша подравненост на инструментите и мръсни вакуумни калибриращи кутии

Промяната в зазора на матрицата поради износването ѝ води до непостоянна и променлива дебелина на стената на ПВЦ тръбите с повече от 0,3 мм. Осевото несъвпадение на инструментите дори с само 0,5 градуса нарушава радиалното разпределение на масата; по същия начин мръсните или запушените вакуумни калибриращи кутии не осигуряват подходяща вакуумна сила за контролиране на формирането. Това е проблемно както за обемното калибриране, така и за крайния вид на повърхността на продукта. Според индустриални доклади около 3 от 5 дефекта в размерите на продукт се дължат на оборудването, а почти 30 % от повърхностните дефекти се дължат на неудовлетворителни вакуумни системи. Механичните проблеми изискват производителите да планират навременно корекции, наблюдение на износването, поддръжка и почистване.

Повърхностни дефекти при екструзията на пластмасови тръби и решения

Явления на разрушаване на течната фаза: „кожа на акула“, „портокалова кора“ и замърсяване на устата на матрицата

Дефектите на повърхността, наподобяващи кожата на акула и кората на портокал, възникват при изхода от матрицата поради еластичното възстановяване и нестабилностите в течението. Проблемите в областта на устата на матрицата, причинени от замърсяване и неравномерно разпределение на топлината по матрицата, могат да се засилят. Когато се случи разлагане на полимера поради топлина и прекомерно срязване, дефектите стават по-изразени. Според най-новите индустриални доклади от Plastics Today през 2023 г. една трета от линиите за производство на HDPE съобщават за тези дефекти в качеството. За щастие, съществуват възможности за намаляване на тези дефекти, но ще трябва да разгледаме тези възможности подробно.

Коригиращите възможности включват:

1. Полиране на устата на матрицата, за да се премахнат наслояванията и да се възстанови ламинарното течение
2. Намаляване на скоростта на линията, за да се намали срязващото напрежение, без да се засегне производителността
3. По-строг контрол на температурата на течната маса, така че тя да се поддържа в рамките на ±5 °C в различните зони на матрицата
4. Реалновременен мониторинг на реоложките характеристики на течната маса, интегриран в системите за управление, е показал намаляване с 40 % на честотата на възникване на фрактури в течната маса в пилотни проучвания.

Механични дефекти от вибрации: трептящи пръстени и жлебове поради проблеми с вакуумната и охладителната система

Трептящите пръстени и спираловидните жлебове сочат механичен резонанс, най-често предизвикан от неправилно подравнени вакуумни калибратори или турбулентни потоци в охладителната система. Според проучване от 2023 г. в отрасъла 68 % от посочените по-горе дефекти са били причинени от несъвпадаща синхронизация на изтеглящите устройства и лагери на вакуумните помпи, което е довело до циклични колебания на налягането.

Някои от мерките, които могат да се предприемат, включват:

- Лазерно подравняване на калибриращите ръкави и вакуумните калибратори

- Монтиране на амортисьори за пулсации върху вакуумните подаващи линии

- Елиминиране на турбулентността чрез оптимизиране на скоростта на потока и разпределението на охлаждащата течност

Поддържането на вакуумното налягане в рамките на диапазон от ±0,5 бара стабилизира намаляването на бракуваните изделия, свързани с жлебовете, до 75 %. Размерни несъответствия при екструзията на пластмасови тръби

Причини и процесен контрол

Вариациите във външния диаметър (OD) и дебелината на стената могат значително да усложнят оценката на налягането и монтажа на обекта. Основните причини за тези проблеми са: пулсиране на обемната подаване, което предизвиква колебания в налягането по време на топене; неравномерно охлаждане, водещо до различни скорости на свиване на отделните части; и несъосаност на износени матрици. Всички тези фактори допринасят за проблемна геометрия. Освен това нестабилността на всмукването във вакуумната система кара цевта да се отмества надлъжно. Изследвания в областта на екструзионното инженерство са показали, че преминаването към гравиметрично подаване намалява вариабилността при подаване и материалните несъответствия до 70%. За екструзионните компании, които целят по-високо качество на екструзията, здравият процесен контрол е от решаващо значение.

Рутинните инспекции на матриците и лазерните корекции за поддържане на цялостността на разстоянието между матриците, както и обратната връзка в реално време за дебелината на стената и автоматичната корекция на болтовете на матрицата чрез линейна лазерна микрометрия, са станали отраслови стандарти. Инженерно проектираното охлаждане (чрез вакуумни калибриращи кутии) с изравнители на потока и сегментирани зони за воден поток също допринасят за постигане на изискваното качество.

Заедно тези мерки постоянно осигуряват спазване на размерните допуски в рамките на ±0,5 % и намаляват брака с повече от 30 %.

Аварии в системата за термично управление по време на екструзията на пластмасови тръби

Диференциално загряване и охлаждане: Прегряването води до разрушаване на термичната полимерна верига и отделяне на ПВЦ полимер, който предизвиква жълтеникави и тъмни петна от ПЕ. Вътрешни напрежения се образуват при недостатъчно охлаждане, а когато термопластичният материал се обработва или съхранява, той се деформира и става овален. Количеството отпадъчен термопластичен материал надвишава 30 %, ако температурата се поддържа над или под 8 °C в секциите за охлаждане и/или загряване по време на екструзионния процес. Това се дължи на факта, че променливите температурни диапазони водят до неравномерно течение на материала в различните секции и до неравномерно и непълно затвърдяване на термопласта, което също предизвиква диференциално течение на материала между различните секции на матрицата. Проблемите, свързани с температурата, не са лесни за откриване или отстраняване, но могат да бъдат свързани с един или повече от често срещаните проблеми при контрола на процеса.

Идентифициране на горещи точки чрез инфрачервено топлинно картиране на преходите на цилиндъра и зоната(ите) на матрицата.

Визуализация на потока и CFD анализ на хидравликата на охлаждащата(те) вана(и) за елиминиране на мъртви зони и постигане на равномерно гасене.

Годишна верификация на температурния контролер според стандарти NIST, проследими до ±1%.

Специфично за зона настройване на ПИД-регулатора и регулиране на потока на охлаждаща вода въз основа на динамиката на температурата на разтопената маса позволяват постигането и възстановяването на топлинно равновесие (предотвратяване на деградация, деформация и запазване на размерите).

Често задавани въпроси

Какви са причините за дефекти, свързани с влага, при екструзията на пластмасови тръби?

Дефектите, предизвикани от влага, възникват, когато влагата в пластмасовите гранули се превръща в пара по време на екструзията, което води до образуване на мехурчета/празнини в крайния продукт.

Какво е оборудването-свързаните проблеми водят до дефекти в процеса на екструзия?

Дефектите, предизвикани от износване на екструзионната матрица, неправилна подравняване на инструментите и замърсяване на вакуумната кутия за калибриране, водят до непостоянна дебелина на стената, неточности в калибрирането и неравномерност на повърхността(ите).

Какви дефекти се наблюдават по повърхността на пластмасовите тръби при екструзия?

Повърхностните дефекти включват феномени на разрушаване на течността: „кожа на акула“, „пореста повърхност“ и механични вибрации, треперещи пръстени и механични бразди.

Какво обяснява размерните несъответствия, които възникват по време на процеса на екструзия?

Размерните несъответствия включват неравномерно обемно подаване на суровината, нееднородно охлаждане и нестабилност на вакуумната система. Тези несъответствия влияят върху външния диаметър, овалността и дебелината на стената.

Топлинният мениджмънт влияе върху качеството на пластмасовите тръби.

Неефективният топлинен мениджмънт може да причини прегряване, промяна на цвета, деформация или дори температурен дисбаланс, което може да доведе до увеличаване на процентите на бракуване на продукта по време на производството и да повлияе върху размерната точност.