Procesul de extrudare a cauciucului: cum funcționează liniile de producție

Ambele procese împing materialul printr-o matriță pentru a crea un profil continuu, dar extrudarea cauciucului necesită o etapă ulterioară de vulcanizare (întărire) pe care extrudarea plasticului nu o face. Cauciucul rămâne termorezistent după vulcanizare - nu poate fi topit și reformat - în timp ce profilele termoplastice pot fi reprocesate. Extrudoarele de cauciuc funcționează, de asemenea, la viteze mai mici ale șuruburilor și la presiuni mai mari, iar vâscozitatea Mooney a compusului la temperatura de procesare este de obicei mult mai mare decât topiturile de plastic.

Timpul de configurare depinde în mare măsură de complexitatea schimbării matriței, de asemănarea noului compus cu cel anterior și de dacă linia utilizează un sistem de gestionare a rețetelor. O simplă schimbare a profilului pe o linie bine organizată cu prevederi de preîncălzire poate dura până la 20-30 de minute. O co-extrudare complexă cu un sistem compus complet diferit, care necesită spălare și purjare compusă, poate dura 3-4 ore. Investiția în cleme de matriță cu schimbare rapidă și rețete standardizate de rampă de temperatură reduce semnificativ timpul de schimbare.

Umflarea matriței (numită și umflare post-extruziune sau efect Barus) este recuperarea elastică a compusului de cauciuc pe măsură ce acesta iese din constricția matriței. Cauciucul este vâscoelastic - stochează deformarea elastică în timpul curgerii prin terenul matriței și acea deformare se recuperează odată ce constrângerea este îndepărtată, determinând umflarea extrudatului dincolo de dimensiunile matriței. Umflarea matriței poate varia de la câteva procente până la peste 30%, în funcție de elasticitatea compusului, lungimea terenului matriței și temperatura de procesare. Se compensează prin proiectarea deschiderii matriței mai mici decât dimensiunile profilului dorite - factorul de compensare exact este determinat empiric pentru fiecare combinație compus- matriță și ajustat prin modificarea geometriei terenului matriței.

Da, dar cu modificări. Cauciucul siliconic de înaltă consistență (HCR) are un comportament reologic foarte diferit față de cauciucurile organice umplute cu negru de fum - are vâscozitate mult mai mică la temperatura de procesare și mai sensibil la captarea aerului. Liniile de silicon folosesc de obicei extrudere cu alimentare la rece cu rapoarte L/D mai mari (până la 20:1) și aerisire cu vid pentru a preveni porozitatea. Tunelul de întărire pentru silicon utilizează în mod obișnuit aer cald la 200–220°C, mai degrabă decât abur, deoarece siliconul nu este potrivit pentru întărirea cu abur. Post-întărirea (cuptor secundar) la 200°C timp de câteva ore este, de asemenea, necesară pentru a finaliza reticularea și îndepărtarea produselor secundare volatile.

Rezultatul depinde în mare măsură de dimensiunea profilului, compus și metoda de întărire. O linie EPDM de alimentare la rece de 90 mm care produce o bandă de protecție auto de complexitate medie poate rula la 8–15 m/min cu un debit de 150–350 kg/h. O linie mică de tuburi din silicon medical (extruder de 30 mm) poate rula la 2–6 m/min, dar produce un produs foarte ușor. Liniile de rulare mari a anvelopelor pot atinge rate de producție de peste 2.000 kg/h pe extrudere cu țevi de 200 mm. Viteza liniei este limitată în cele din urmă de lungimea zonei de întărire și de timpul minim de permanență necesar pentru vulcanizarea completă a compusului.

Scorch este vulcanizarea prematură a compusului în timp ce acesta se află încă în interiorul cilindrului sau al matriței extruderului - înainte de a fi modelat și întărit în mod intenționat. Apare ca suprafață aspră, bulgări sau particule dure în extrudat. Arderea este declanșată de o temperatură excesivă a compusului (de obicei peste 120–130°C pentru sistemele întărite cu sulf), timpul de rezidență excesiv (de exemplu, când linia este oprită cu compus fierbinte în butoi) sau siguranța insuficientă la ars în formularea compusului. Prevenirea implică: menținerea temperaturilor butoiului și matriței în cadrul specificațiilor, utilizarea compușilor formulați cu un timp de ardere Mooney adecvat (t5) pentru condițiile de proces și purjarea rapidă a butoiului în timpul oricărei opriri prelungite.

Vehiculele electrice creează noi cerințe pentru liniile de producție de extrudare a cauciucului, dincolo de benzile tradiționale. Modulele de baterii necesită etanșări perimetrale cu rezistență foarte mare la compresiune (pentru a menține forța de etanșare de-a lungul deceniilor), garnituri de canal de management termic și izolație pentru cabluri de înaltă tensiune extrudată din silicon ignifug sau compuși EPDM specializați. Unele capace pentru baterii EV folosesc etanșări EPDM coextrudate cu straturi conductoare integrate pentru împământare, o funcție care nu este necesară pentru vehiculele cu motor cu ardere internă. Piața vehiculelor electrice stimulează cererea pentru toleranțe dimensionale mai strânse și specificații îmbunătățite de performanță a compusului în extrudarea cauciucului.

Pe linii de micro-extrudare de precizie, cabluri de cauciuc și tuburi cu diametre exterioare cât mai mici 0,3–0,5 mm poate fi produs, de obicei din silicon, pentru aplicații medicale sau senzoriale. Liniile de producție standard manipulează profile până la aproximativ 2 mm secțiuni transversale fără dificultate semnificativă. Profilele foarte mici sunt limitate de prelucrabilitatea matriței, stabilitatea dimensională la tragere și dificultatea de a menține avansuri consistente la viteze foarte mici de producție.

Un program de întreținere structurat include în mod obișnuit: inspecția zilnică a șuruburilor și a orificiului cilindrului pentru uzură (documentată cu calibre sau boroscop); ungerea săptămânală a lanțurilor de transmisie de tracțiune și a rolelor de decolare; calibrarea lunară a senzorilor de temperatură și traductoarelor de presiune; inspecția trimestrială a jocului șurub-cilindr (toleranța normală la uzură este de până la 0,003 × D înainte de a se recomanda înlocuirea); și revizia anuală a uleiului de transmisie al extruderului și verificări ale rulmenților motorului. Frecvența curățării matrițelor depinde de compus - compușii umpluți cu negru de fum pot necesita curățarea matriței la fiecare 4-8 ore de funcționare, în timp ce compușii mai curățați pot funcționa 24 de ore între curățări.

Între capul extruderului și matriță este instalată o pompă cu angrenaje de topire (numită și pompă cu angrenaje din cauciuc sau pompă de rapel). Oferă un flux volumetric constant, fără pulsații de compus către matriță, independent de fluctuațiile vitezei șurubului sau de variația contrapresiunii. Aceasta decuplă funcția de plastificare a extruderului de funcția de măsurare a debitului matriței, reducând de obicei variația dimensională cu 50–70% și permițând extruderului să funcționeze la presiuni mai mici și mai stabile - ceea ce prelungește durata de viață a șurubului și a cilindrului și reduce riscul de arsuri. Pompele cu angrenaje sunt cele mai eficiente din punct de vedere al costurilor pentru profilele de înaltă precizie sau de mare valoare, unde variația dimensională cauzează în mod direct rebuturi.