تتضمن عملية البثق العزل وإنتاج الغلاف. تشمل طرق إنتاج العزل الطلاء، التغليف، البثق، ومجموعات منها. في الوقت الحالي، يشمل إنتاج العزل بشكل أساسي الطلاء (للف الأسلاك، التي لم تعد خاضعة للوائح ترخيص الإنتاج) والبثق (للأسلاك والكابلات).
I. عملية بثق البلاستيك
1. طريقة البثق المستمر
معدات البثق بشكل عام عبارة عن آلة بثق أحادية اللولب. قبل البثق، يجب فحص البلاستيك بحثًا عن الرطوبة والشوائب. يتم بعد ذلك تسخين المسمار قبل إضافته إلى القادوس. أثناء البثق، يدخل البلاستيك الموجود في القادوس إلى البرميل عن طريق الجاذبية أو برغي التغذية. تحت ضغط المسمار الدوار، يتم دفعه للأمام بشكل مستمر، ويتحرك تدريجيًا من قسم التسخين المسبق إلى قسم التجانس.
في الوقت نفسه، يتم تحريك البلاستيك وقذفه بواسطة المسمار، وتحت الحرارة الخارجية للبرميل واحتكاك القص بين البلاستيك والمعدات، فإنه يتحول إلى حالة تدفق لزجة، مما يشكل تدفقًا مستمرًا وموحدًا في القناة اللولبية. تحت درجة الحرارة المحددة، يتحول البلاستيك من الحالة الصلبة إلى مادة منصهرة قابلة للطرق. يتم دفعه أو تحريكه بواسطة برغي، ويتم دفع البلاستيك الملدن بالكامل إلى رأس القالب. يمر تدفق المواد الذي يصل إلى رأس القالب عبر الفجوة الحلقية بين قلب القالب وغطاء القالب، ويتم قذفه من فتحة جلبة القالب، مما يغلف الموصل أو قلب السلك لتشكيل طبقة أو غمد عازل مستمر وكثيف. بعد التبريد والتصلب، يصبح منتجًا للأسلاك والكابلات.
ثانيا. ثلاث مراحل لعملية البثق
الأساس الأكثر أهمية لقذف البلاستيك هو لدونة البلاستيك. تعد عملية التلدين في جهاز البثق عملية فيزيائية معقدة، بما في ذلك الخلط والسحق والصهر والتلدين والتفريغ والضغط والتشكيل النهائي. غالبًا ما يتم تقسيم عملية البثق المستمر بشكل مصطنع إلى مراحل مختلفة بناءً على التفاعلات المختلفة للبلاستيك:
1. مرحلة التلدين (خلط وصهر وتجانس البلاستيك)
يتم إكمال ذلك داخل برميل الطارد. من خلال دوران المسمار، يتحول البلاستيك من مادة صلبة حبيبية إلى سائل بلاستيكي لزج. يتلقى البلاستيك الحرارة أثناء مرحلة التلدين من مصدرين: التسخين الكهربائي الخارجي للبرميل وحرارة الاحتكاك الناتجة عن دوران المسمار.
2. مرحلة التشكيل (تشكيل البلاستيك بالبثق)
تتم هذه المرحلة داخل رأس القالب. بسبب دوران المسمار والضغط، يتم دفع السائل اللزج نحو رأس القالب. من خلال القالب الموجود داخل رأس القالب، يتم تشكيل السائل اللزج إلى مواد مقذوفة ذات أحجام وأشكال مختلفة، مما يغطي قلب السلك أو الموصل.
3. مرحلة التشكيل (تبريد ومعالجة الطبقة البلاستيكية)
تتم هذه المرحلة في خزان مياه التبريد أو أنابيب التبريد. بعد التبريد، تتغير الطبقة البلاستيكية المقذوفة من الحالة البلاستيكية غير المتبلورة إلى الحالة الصلبة.
ثالثا. التغيرات في تدفق البلاستيك خلال مرحلة التلدين
أثناء مرحلة التلدين، عندما يتحرك البلاستيك على طول المحور اللولبي باتجاه رأس القالب، فإنه يخضع لتغيرات في درجة الحرارة، الضغط، اللزوجة، وحتى التركيب الكيميائي. تختلف هذه التغييرات في أقسام مختلفة من المسمار. بناءً على تغيرات الحالة الفيزيائية أثناء تدفق البلاستيك، يتم تقسيم مرحلة التلدين بشكل مصطنع إلى المراحل الثلاث التالية.
1. في قسم التغذية:
أولاً، يوفر درجة حرارة تليين للبلاستيك الصلب الحبيبي. ثانيًا، يعمل إجهاد القص المتولد بين المسمار الدوار والبرميل الثابت على الحبيبات البلاستيكية، مما يؤدي إلى تكسير البلاستيك الملين. والأهم من ذلك، أن دوران اللولب يولد قوة دفع كبيرة ومستمرة ومستقرة وقوة احتكاك عكسي لتشكيل ضغط قذف مستمر ومستقر. وهذا يحقق تقليب وتجانس البلاستيك المكسور، ويبدأ التبادل الحراري الأولي، وبالتالي وضع الأساس للبثق المستمر والمستقر. يؤثر الدفع المتولد في هذه المرحلة بشكل مباشر على جودة البثق والإخراج.
2. في قسم الذوبان:
في هذا القسم يواجه البلاستيك درجة حرارة أعلى وهي مصدر الحرارة. بالإضافة إلى نقطة التسخين خارج البرميل، تلعب حرارة الاحتكاك الناتجة عن دوران المسمار دورًا أيضًا. يؤدي الدفع من قسم التغذية وقوة رد الفعل من قسم التجانس إلى ارتداد البلاستيك أثناء حركته للأمام. لا يؤدي هذا الارتجاع إلى زيادة تجانس المادة فحسب، بل يزيد أيضًا من التبادل الحراري للبلاستيك، مما يحقق التوازن الحراري للسطح. نظرًا لأن درجة حرارة التشغيل في هذه المرحلة تتجاوز درجة الحرارة الريولوجية للبلاستيك، ووقت التشغيل طويل نسبيًا، فإن البلاستيك يمر بمرحلة انتقالية. تبدأ المادة الملامسة للبرميل الساخن في الذوبان، وتشكل طبقة بوليمر مصهورة على السطح الداخلي للبرميل. عندما يتجاوز سمك طبقة الذوبان الفجوة بين طرف المسمار والبرميل، يتم كشطه بواسطة المسمار الدوار ويتراكم أمام المسمار المتقدم، مما يشكل بركة منصهرة.
نظرًا للحركة النسبية بين البرميل وجذر المسمار، يولد المجمع المنصهر تدفقًا متداولًا للمواد. يوجد خلف طرف المسمار سرير صلب (من البلاستيك الصلب). مع تحرك المادة للأمام على طول القناة اللولبية، يتناقص عمق القناة اللولبية في قسم الذوبان تدريجيًا نحو قسم التجانس. يتم ضغط الطبقة الصلبة بشكل مستمر نحو الجدار الداخلي للبرميل، مما يسرع عملية نقل الحرارة من البرميل إلى الطبقة الصلبة. في نفس الوقت، يؤدي دوران المسمار إلى تأثير قص على طبقة الذوبان على الجدار الداخلي للبرميل، مما يتسبب في ذوبان المادة الموجودة في السطح البيني بين طبقة الذوبان والطبقة الصلبة. ويتناقص عرض الطبقة الصلبة تدريجياً حتى تختفي تماماً، أي أنها تتحول من الحالة الصلبة إلى حالة الجريان اللزج. في هذه المرحلة، يخضع التركيب الجزيئي للبلاستيك لتغيير جذري. التوتر بين الجزيئات مريح للغاية. إذا كان بوليمرًا بلوريًا، تبدأ المناطق البلورية في التناقص، وتزداد المناطق غير المتبلورة. باستثناء الجزيئات الكبيرة جدًا، فقد اكتمل الجزء الأكبر من عملية التلدين، وهو ما يسمى "التلدين الأولي". علاوة على ذلك، تحت الضغط، يتم طرد الغاز الموجود في المادة الصلبة، مما يحقق الضغط الأولي.
3. في قسم التجانس:
يحتوي هذا القسم على أقل عمق لسن اللولب، مما يعني أن حجم قناة اللولب هو الأصغر. لذلك، هذا هو القسم الذي يكون فيه الضغط بين المسمار والبرميل هو الأعلى. بالإضافة إلى ذلك، فإن الدفع الناتج عن المسمار وقوى التفاعل من لوحة الغربلة، وما إلى ذلك، هي منطقة الاتصال المباشرة بين البلاستيك والبرميل. يتمتع هذا القسم أيضًا بأعلى درجة حرارة للبثق، وبالتالي فإن الضغوط الشعاعية والمحورية على البلاستيك هي الأكبر في هذه المرحلة. هذا الضغط العالي كافٍ لطرد كل الغاز الموجود داخل البلاستيك وضغط الذوبان، مما يجعله كثيفًا. ولهذا السبب يسمى هذا القسم "قسم تجانس الضغط".
رابعا. حالة تدفق البلاستيك أثناء البثق
أثناء البثق، يؤدي دوران المسمار إلى دفع البلاستيك للأمام، بينما يظل البرميل ثابتًا. وهذا يخلق حركة نسبية بين المسمار والبرميل، مما يولد احتكاكًا يسحب البلاستيك للأمام. علاوة على ذلك، فإن المقاومة من القالب، والشاشة المثقبة، والمرشح الموجود في رأس القالب تخلق قوة رد فعل على البلاستيك أثناء تحركه للأمام، مما يزيد من تعقيد تدفق البلاستيك داخل المسمار والبرميل. تعتبر حالة تدفق البلاستيك بشكل عام تتكون من أنماط التدفق الأربعة التالية:
1. التدفق الأمامي: يشير هذا إلى تدفق البلاستيك على طول الأخدود اللولبي باتجاه رأس القالب. يتم إنشاؤه بواسطة قوة دفع المسمار الدوار وهو الأكثر أهمية بين أنماط التدفق الأربعة. يحدد حجم التدفق الأمامي بشكل مباشر حجم البثق.
2. التدفق الخلفي (التدفق المضاد): اتجاهه معاكس تمامًا للتدفق الأمامي. يحدث ذلك بسبب الضغط (قوة رد الفعل للحركة الأمامية للبلاستيك) المتولد في منطقة رأس القالب بسبب المقاومة من القالب والشاشة والمرشح في رأس القالب. 3. **التدفق العكسي تحت الضغط:** هذا هو تدفق البلاستيك على طول المحور، بشكل عمودي على الأخاديد اللولبية. يتم تشكيله أيضًا من خلال عملية الدفع للمسمار الدوار. يتم إعاقة تدفقه بسبب مقاومة الجدران الجانبية للأخدود اللولبي. بسبب المقاومة المتبادلة للخيوط على كلا الجانبين، والمسمار الدوار الذي يتسبب في تعثر البلاستيك داخل الأخاديد، يتم تشكيل تدفق دائري. ولذلك، فإن التدفق المتقاطع هو في الأساس تدفق دائري.
لا يمكن فصل التدفق المتداول عن خلط البلاستيك وتنعيمه إلى حالة منصهرة داخل البرميل. يعمل التدفق الدائري على تحريك وخلط المواد الموجودة في البرميل وتسهيل التبادل الحراري بين البرميل والمادة، وهو أمر مهم لتحسين جودة البثق، ولكن له تأثير ضئيل على معدل تدفق البثق.
4. تدفق التسرب: يحدث هذا أيضًا بسبب مقاومة القالب والشاشة والمرشح في رأس القالب. ومع ذلك، فهو ليس التدفق داخل أخاديد المسمار، بل هو تدفق عكسي يتكون في الفجوة بين المسمار والبرميل. كما يمكن أن يسبب فقدان القدرة الإنتاجية. نظرًا لأن الفجوة بين البرغي والبرميل عادة ما تكون صغيرة جدًا، فإن معدل تدفق التسرب يكون أصغر بكثير من التدفق الأمامي والخلفي في الظروف العادية.
أثناء البثق، سوف يؤثر التسرب على حجم البثق؛ زيادة التسرب سوف يقلل من حجم البثق. لا تظهر حالات التدفق الأربع للبلاستيك بشكل منفصل. بالنسبة لجسيم بلاستيكي معين، لا يوجد تدفق عكسي حقيقي ولا دوران مغلق. التدفق الفعلي للبلاستيك المنصهر في الأخدود اللولبي هو مزيج من حالات التدفق الأربع المذكورة أعلاه، والتي تتدفق للأمام في مسار حلزوني.
5. جودة البثق
تشير جودة البثق بشكل أساسي إلى ما إذا كان البلاستيك ملدنًا جيدًا وما إذا كانت الأبعاد الهندسية موحدة، أي ما إذا كان السمك الشعاعي ثابتًا والقطر الخارجي المحوري موحدًا. العوامل التي تحدد عملية التلدين، إلى جانب البلاستيك نفسه، تشمل بشكل أساسي درجة الحرارة ومعدل إجهاد القص ووقت التطبيق. لا تتسبب درجات حرارة البثق المرتفعة بشكل مفرط في حدوث تقلبات في ضغط البثق فحسب، بل تؤدي أيضًا إلى تحلل البلاستيك وقد تتسبب أيضًا في وقوع حوادث للمعدات. في حين أن تقليل عمق أخدود اللولب وزيادة نسبة طول اللولب إلى القطر مفيد للتبادل الحراري وتمديد وقت التسخين، وبالتالي تلبية متطلبات التلدين الموحد، فإنه سيؤثر على حجم البثق ويخلق صعوبات في تصنيع اللولب وتجميعه.
ولذلك، فإن العامل الحاسم في ضمان التلدين الموحد هو زيادة معدل إجهاد القص الناتج عن دوران المسمار على البلاستيك. وهذا يحقق الخلط الميكانيكي الموحد والتبادل الحراري المتوازن أثناء البثق، وبالتالي ضمان التلدين الموحد. يتم تحديد حجم معدل الإجهاد هذا بواسطة قوة إجهاد القص بين المسمار والبرميل. لذلك، مع الحفاظ على حجم البثق المطلوب، يمكن زيادة عمق أخدود اللولب عن طريق زيادة سرعة اللولب.
علاوة على ذلك، فإن الخلوص بين المسمار والبرميل يؤثر أيضًا على جودة البثق. تؤدي الخلوص الزائد إلى زيادة التدفق العكسي وتسرب البلاستيك، مما يسبب تقلبات في ضغط البثق ويؤثر على حجم البثق. علاوة على ذلك، يمكن أن يؤدي هذا التدفق العكسي المتزايد إلى ارتفاع درجة حرارة البلاستيك، مما يؤدي إلى حرقه أو صعوبات في القولبة.