Η διαδικασία εξώθησης περιλαμβάνει μόνωση και παραγωγή περιβλήματος. Οι μέθοδοι παραγωγής μόνωσης περιλαμβάνουν επίστρωση, περιτύλιξη, εξώθηση και συνδυασμούς τους. Επί του παρόντος, η παραγωγή μόνωσης περιλαμβάνει κυρίως επίστρωση (για σύρματα περιέλιξης, τα οποία δεν υπόκεινται πλέον στους κανονισμούς αδειών παραγωγής) και εξώθηση (για σύρματα και καλώδια).
Ι. Διαδικασία Πλαστικής Εξώθησης
1. Μέθοδος Συνεχούς Εξώθησης
Ο εξοπλισμός εξώθησης είναι γενικά ένας εξωθητήρας μονής βίδας. Πριν από την εξώθηση, το πλαστικό πρέπει να ελεγχθεί για υγρασία και ακαθαρσίες. Στη συνέχεια, η βίδα προθερμαίνεται πριν προστεθεί στη χοάνη. Κατά την εξώθηση, το πλαστικό στη χοάνη εισέρχεται στο βαρέλι με τη βαρύτητα ή τη βίδα τροφοδοσίας. Κάτω από την ώθηση της περιστρεφόμενης βίδας, προωθείται συνεχώς προς τα εμπρός, μετακινώντας σταδιακά από το τμήμα προθέρμανσης στο τμήμα ομογενοποίησης.
Ταυτόχρονα, το πλαστικό αναδεύεται και εξωθείται από τη βίδα και κάτω από την εξωτερική θερμότητα της κάννης και την τριβή διάτμησης μεταξύ πλαστικού και εξοπλισμού, μετατρέπεται σε κατάσταση ιξώδους ροής, σχηματίζοντας μια συνεχή και ομοιόμορφη ροή στο κανάλι του κοχλία. Κάτω από την καθορισμένη θερμοκρασία, το πλαστικό μετατρέπεται από στερεή κατάσταση σε λιωμένη, εύπλαστη ουσία. Οδηγούμενο ή αναδευόμενο από μια βίδα, το πλήρως πλαστικοποιημένο πλαστικό ωθείται στην κεφαλή της μήτρας. Η ροή υλικού που φθάνει στην κεφαλή της μήτρας περνά μέσα από το δακτυλιοειδές διάκενο μεταξύ του πυρήνα της μήτρας και του περιβλήματος της μήτρας και εξωθείται από το άνοιγμα του καλουπιού, περικλείοντας τον αγωγό ή τον πυρήνα του σύρματος για να σχηματίσει ένα συνεχές, πυκνό μονωτικό στρώμα ή θήκη. Μετά την ψύξη και τη στερεοποίηση, γίνεται προϊόν σύρματος και καλωδίου.
II. Τρία στάδια της διαδικασίας εξώθησης
Η πιο σημαντική βάση για την πλαστική εξώθηση είναι η πλαστικότητα του πλαστικού. Η διαδικασία πλαστικοποίησης σε έναν εξωθητή είναι μια πολύπλοκη φυσική διαδικασία, που περιλαμβάνει ανάμειξη, σύνθλιψη, τήξη, πλαστικοποίηση, απαέρωση, συμπίεση και τελική διαμόρφωση. Αυτή η διαδικασία συνεχούς εξώθησης συχνά χωρίζεται τεχνητά σε διαφορετικά στάδια με βάση τις διαφορετικές αντιδράσεις του πλαστικού:
1. Στάδιο πλαστικοποίησης (Ανάμιξη, τήξη και ομογενοποίηση πλαστικού)
Αυτό ολοκληρώνεται μέσα στην κάννη του εξωθητήρα. Μέσω της περιστροφής της βίδας, το πλαστικό μετατρέπεται από κοκκώδες στερεό σε πλαστικό, παχύρρευστο ρευστό. Το πλαστικό δέχεται θερμότητα κατά το στάδιο της πλαστικοποίησης από δύο πηγές: εξωτερική ηλεκτρική θέρμανση της κάννης και θερμότητα τριβής που παράγεται από την περιστροφή του κοχλία.
2. Στάδιο καλουπώματος (χύτευση με εξώθηση πλαστικών)
Αυτό το στάδιο λαμβάνει χώρα μέσα στην κεφαλή της μήτρας. Λόγω της περιστροφής της βίδας και της πίεσης, το παχύρρευστο υγρό ωθείται προς την κεφαλή της μήτρας. Μέσω του καλουπιού μέσα στην κεφαλή της μήτρας, το παχύρρευστο ρευστό διαμορφώνεται σε εξωθημένα υλικά διαφόρων μεγεθών και σχημάτων, καλύπτοντας τον πυρήνα του σύρματος ή τον αγωγό.
3. Στάδιο διαμόρφωσης (Ψύξη και ωρίμανση του πλαστικού στρώματος)
Αυτό το στάδιο λαμβάνει χώρα σε δεξαμενή νερού ψύξης ή σωλήνες ψύξης. Μετά την ψύξη, το εξωθημένο πλαστικό στρώμα αλλάζει από άμορφη πλαστική κατάσταση σε διαμορφωμένη στερεά κατάσταση.
III. Αλλαγές στην πλαστική ροή κατά το στάδιο της πλαστικοποίησης
Κατά το στάδιο της πλαστικοποίησης, καθώς το πλαστικό κινείται κατά μήκος του άξονα της βίδας προς την κεφαλή της μήτρας, υφίσταται αλλαγές στη θερμοκρασία, την πίεση, το ιξώδες, ακόμη και τη χημική δομή. Αυτές οι αλλαγές διαφέρουν σε διαφορετικά τμήματα της βίδας. Με βάση τις αλλαγές της φυσικής κατάστασης κατά τη ροή του πλαστικού, το στάδιο πλαστικοποίησης χωρίζεται τεχνητά στα ακόλουθα τρία στάδια.
1. Στην ενότητα σίτισης:
Πρώτον, παρέχει μια θερμοκρασία μαλακώματος για το κοκκώδες συμπαγές πλαστικό. Δεύτερον, η διατμητική τάση που δημιουργείται μεταξύ της περιστρεφόμενης βίδας και της ακίνητης κάννης δρα στους πλαστικούς κόκκους, διασπώντας το μαλακωμένο πλαστικό. Το πιο σημαντικό, η περιστροφή του κοχλία δημιουργεί μια αρκετά μεγάλη, συνεχή και σταθερή δύναμη ώσης και αντίστροφης τριβής για να σχηματίσει μια συνεχή και σταθερή πίεση εξώθησης. Αυτό επιτυγχάνει ανάδευση και ομογενοποίηση του σπασμένου πλαστικού και ξεκινά την αρχική ανταλλαγή θερμότητας, θέτοντας έτσι τα θεμέλια για συνεχή και σταθερή εξώθηση. Η ώθηση που δημιουργείται σε αυτό το στάδιο επηρεάζει άμεσα την ποιότητα και την απόδοση της εξώθησης.
2. Στο τμήμα τήξης:
Σε αυτό το τμήμα, το πλαστικό συναντά υψηλότερη θερμοκρασία, που είναι η πηγή θερμότητας. Εκτός από τη σημειακή θέρμανση έξω από την κάννη, παίζει ρόλο και η θερμότητα τριβής από την περιστροφή της βίδας. Η ώθηση από το τμήμα τροφοδοσίας και η δύναμη αντίδρασης από το τμήμα ομογενοποίησης προκαλούν παλινδρόμηση του πλαστικού κατά τη διάρκεια της κίνησής του προς τα εμπρός. Αυτή η παλινδρόμηση όχι μόνο ομογενοποιεί περαιτέρω το υλικό αλλά αυξάνει και την ανταλλαγή θερμότητας του πλαστικού, επιτυγχάνοντας επιφανειακή θερμική ισορροπία. Επειδή η θερμοκρασία λειτουργίας σε αυτό το στάδιο υπερβαίνει τη ρεολογική θερμοκρασία του πλαστικού και ο χρόνος λειτουργίας είναι σχετικά μεγάλος, το πλαστικό υφίσταται μια μετάβαση φάσης. Το υλικό που έρχεται σε επαφή με το θερμαινόμενο βαρέλι αρχίζει να λιώνει, σχηματίζοντας μια μεμβράνη τήγματος πολυμερούς στην εσωτερική επιφάνεια του βαρελιού. Όταν το πάχος της μεμβράνης τήξης υπερβαίνει το κενό μεταξύ του άκρου της βίδας και της κάννης, αποξέεται από την περιστρεφόμενη βίδα και συσσωρεύεται μπροστά από τη βίδα προώθησης, σχηματίζοντας μια λιωμένη λίμνη.
Λόγω της σχετικής κίνησης μεταξύ του κυλίνδρου και της ρίζας της βίδας, η λιωμένη δεξαμενή δημιουργεί μια κυκλοφορούσα ροή υλικού. Πίσω από τη μύτη της βίδας υπάρχει ένα συμπαγές κρεβάτι (συμπαγές πλαστικό). Καθώς το υλικό κινείται προς τα εμπρός κατά μήκος του βιδωτού καναλιού, το βάθος του καναλιού του κοχλία στο τμήμα τήξης μειώνεται σταδιακά προς το τμήμα ομογενοποίησης. Η συμπαγής κλίνη συμπιέζεται συνεχώς προς το εσωτερικό τοίχωμα της κάννης, επιταχύνοντας τη διαδικασία μεταφοράς θερμότητας από την κάννη στη συμπαγή κλίνη. Ταυτόχρονα, η περιστροφή του κοχλία ασκεί μια επίδραση διάτμησης στο λειωμένο φιλμ στο εσωτερικό τοίχωμα του κυλίνδρου, προκαλώντας την τήξη του υλικού στη διεπιφάνεια μεταξύ του φιλμ τήγματος και της στερεής κλίνης. Το πλάτος του συμπαγούς στρώματος μειώνεται σταδιακά μέχρι να εξαφανιστεί τελείως, δηλαδή, από στερεή κατάσταση μεταβάλλεται σε κατάσταση ιξώδους ροής. Σε αυτό το στάδιο, η μοριακή δομή του πλαστικού υφίσταται μια θεμελιώδη αλλαγή. Η διαμοριακή τάση είναι εξαιρετικά χαλαρή. Εάν είναι ένα κρυσταλλικό πολυμερές, οι κρυσταλλικές περιοχές αρχίζουν να μειώνονται και οι άμορφες περιοχές αυξάνονται. Εκτός από τα πολύ μεγάλα μόρια, ο κύριος όγκος έχει ολοκληρώσει την πλαστικοποίηση, τη λεγόμενη «προκαταρκτική πλαστικοποίηση». Επιπλέον, υπό πίεση, το αέριο που περιέχεται στο στερεό υλικό αποβάλλεται, επιτυγχάνοντας προκαταρκτική συμπύκνωση.
3. Στην ενότητα ομογενοποίηση:
Αυτό το τμήμα έχει το μικρότερο βάθος σπειρώματος βίδας, που σημαίνει ότι ο όγκος του καναλιού βίδας είναι ο μικρότερος. Επομένως, αυτό είναι το τμήμα όπου η πίεση μεταξύ της βίδας και της κάννης είναι η υψηλότερη. Επιπλέον, η ώθηση από τη βίδα και οι δυνάμεις αντίδρασης από την πλάκα οθόνης κ.λπ., είναι η ζώνη άμεσης επαφής μεταξύ του πλαστικού και της κάννης. Αυτό το τμήμα έχει επίσης την υψηλότερη θερμοκρασία εξώθησης, επομένως οι ακτινικές και αξονικές πιέσεις στο πλαστικό είναι οι μεγαλύτερες σε αυτό το στάδιο. Αυτή η υψηλή πίεση είναι αρκετή για να αποβάλλει όλο το αέριο που περιέχεται στο πλαστικό και να συμπυκνώσει το τήγμα, καθιστώντας το πυκνό. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο αυτό το τμήμα ονομάζεται "τμήμα ομογενοποίησης πίεσης".
IV. Κατάσταση ροής των πλαστικών κατά την εξώθηση
Κατά την εξώθηση, η περιστροφή της βίδας σπρώχνει το πλαστικό προς τα εμπρός, ενώ η κάννη παραμένει ακίνητη. Αυτό δημιουργεί σχετική κίνηση μεταξύ της βίδας και της κάννης, δημιουργώντας τριβή που παρασύρει το πλαστικό προς τα εμπρός. Επιπλέον, η αντίσταση από τη μήτρα, τη διάτρητη οθόνη και το φίλτρο στην κεφαλή της μήτρας δημιουργεί μια δύναμη αντίδρασης στο πλαστικό καθώς κινείται προς τα εμπρός, περιπλέκοντας περαιτέρω τη ροή του πλαστικού μέσα στη βίδα και την κάννη. Η κατάσταση ροής του πλαστικού θεωρείται γενικά ότι αποτελείται από τα ακόλουθα τέσσερα μοτίβα ροής:
1. Προς τα εμπρός: Αυτό αναφέρεται στη ροή του πλαστικού κατά μήκος της αυλάκωσης της βίδας προς την κεφαλή της μήτρας. Παράγεται από τη δύναμη ώθησης της περιστρεφόμενης βίδας και είναι το πιο σημαντικό από τα τέσσερα σχήματα ροής. Το μέγεθος της προς τα εμπρός ροής καθορίζει άμεσα τον όγκο εξώθησης.
2. Ροή προς τα πίσω (αντίστροφη ροή): Η κατεύθυνσή της είναι ακριβώς αντίθετη από την προς τα εμπρός ροή. Προκαλείται από την πίεση (δύναμη αντίδρασης της κίνησης του πλαστικού προς τα εμπρός) που δημιουργείται στην περιοχή της κεφαλής της μήτρας λόγω της αντίστασης από τη μήτρα, την οθόνη και το φίλτρο στην κεφαλή της μήτρας. 3. **Αντίστροφη ροή υπό πίεση:** Αυτή είναι η ροή του πλαστικού κατά μήκος του άξονα, κάθετα στις αυλακώσεις των βιδών. Σχηματίζεται επίσης από τη δράση ώθησης της περιστρεφόμενης βίδας. Η ροή του εμποδίζεται από την αντίσταση των πλευρικών τοιχωμάτων της αυλάκωσης της βίδας. Λόγω της αμοιβαίας αντίστασης των σπειρωμάτων και στις δύο πλευρές και της περιστρεφόμενης βίδας που προκαλεί το πλαστικό να πέσει μέσα στις αυλακώσεις, σχηματίζεται μια κυκλική ροή. Επομένως, η εγκάρσια ροή είναι ουσιαστικά μια κυκλική ροή.
Η ροή κυκλοφορίας είναι αδιαχώριστη από την ανάμιξη και την πλαστικοποίηση του πλαστικού σε λιωμένη κατάσταση μέσα στο βαρέλι. Η ροή κυκλοφορίας αναδεύει και αναμιγνύει το υλικό στον κύλινδρο και διευκολύνει την ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ της κάννης και του υλικού, κάτι που είναι σημαντικό για τη βελτίωση της ποιότητας της εξώθησης, αλλά έχει μικρή επίδραση στον ρυθμό ροής εξώθησης.
4. Ροή διαρροής: Αυτό προκαλείται επίσης από την αντίσταση της μήτρας, της οθόνης και του φίλτρου στην κεφαλή της μήτρας. Ωστόσο, δεν είναι η ροή μέσα στις αυλακώσεις των βιδών, αλλά μάλλον μια αντίστροφη ροή που σχηματίζεται στο διάκενο μεταξύ της βίδας και της κάννης. Μπορεί επίσης να προκαλέσει απώλεια της παραγωγικής ικανότητας. Επειδή το κενό μεταξύ της βίδας και της κάννης είναι συνήθως πολύ μικρό, ο ρυθμός ροής διαρροής είναι πολύ μικρότερος από αυτόν της προς τα εμπρός και αντίστροφης ροής υπό κανονικές συνθήκες.
Κατά τη διάρκεια της εξώθησης, η διαρροή θα επηρεάσει τον όγκο εξώθησης. Η αυξημένη διαρροή θα μειώσει τον όγκο εξώθησης. Οι τέσσερις καταστάσεις ροής του πλαστικού δεν εμφανίζονται μεμονωμένα. Για ένα δεδομένο πλαστικό σωματίδιο, δεν υπάρχει ούτε αληθινή αντίστροφη ροή ούτε κλειστή κυκλοφορία. Η πραγματική ροή λιωμένου πλαστικού στην αυλάκωση του κοχλία είναι ένας συνδυασμός των παραπάνω τεσσάρων καταστάσεων ροής, που ρέουν προς τα εμπρός σε μια ελικοειδή τροχιά.
5. Ποιότητα εξώθησης
Η ποιότητα εξώθησης αναφέρεται κυρίως στο εάν το πλαστικό είναι καλά πλαστικοποιημένο και εάν οι γεωμετρικές διαστάσεις είναι ομοιόμορφες, δηλαδή εάν το ακτινικό πάχος είναι σταθερό και η αξονική εξωτερική διάμετρος είναι ομοιόμορφη. Οι παράγοντες που καθορίζουν την πλαστικοποίηση, εκτός από το ίδιο το πλαστικό, περιλαμβάνουν κυρίως τη θερμοκρασία, τον ρυθμό διατμητικής παραμόρφωσης και τον χρόνο εφαρμογής. Οι υπερβολικά υψηλές θερμοκρασίες εξώθησης όχι μόνο προκαλούν διακυμάνσεις στην πίεση εξώθησης αλλά επίσης οδηγούν σε αποσύνθεση του πλαστικού και μπορεί ακόμη και να προκαλέσουν ατυχήματα στον εξοπλισμό. Ενώ η μείωση του βάθους της αυλάκωσης της βίδας και η αύξηση της αναλογίας μήκους προς διάμετρο της βίδας είναι ευεργετική για την ανταλλαγή θερμότητας και την παράταση του χρόνου θέρμανσης, ικανοποιώντας έτσι την απαίτηση ομοιόμορφης πλαστικοποίησης, θα επηρεάσει τον όγκο εξώθησης και θα δημιουργήσει δυσκολίες στην κατασκευή και συναρμολόγηση βιδών.
Ως εκ τούτου, ένας κρίσιμος παράγοντας για τη διασφάλιση ομοιόμορφης πλαστικοποίησης είναι η αύξηση του ρυθμού διατμητικής τάσης που δημιουργείται από την περιστροφή του κοχλία στο πλαστικό. Αυτό επιτυγχάνει ομοιόμορφη μηχανική ανάμειξη και ισορροπημένη ανταλλαγή θερμότητας κατά την εξώθηση, εξασφαλίζοντας έτσι ομοιόμορφη πλαστικοποίηση. Το μέγεθος αυτού του ρυθμού παραμόρφωσης καθορίζεται από τη δύναμη διάτμησης μεταξύ του κοχλία και της κάννης. Επομένως, ενώ διατηρείται ο απαιτούμενος όγκος εξώθησης, το βάθος της αυλάκωσης της βίδας μπορεί να αυξηθεί αυξάνοντας την ταχύτητα του κοχλία.
Επιπλέον, το διάκενο μεταξύ της βίδας και της κάννης επηρεάζει επίσης την ποιότητα της εξώθησης. Το υπερβολικό διάκενο αυξάνει την αντίστροφη ροή και τη διαρροή του πλαστικού, προκαλώντας διακυμάνσεις στην πίεση εξώθησης και επηρεάζοντας τον όγκο εξώθησης. Επιπλέον, αυτή η αυξημένη αντίστροφη ροή μπορεί να οδηγήσει σε υπερθέρμανση του πλαστικού, με αποτέλεσμα το κάψιμο ή τις δυσκολίες στη χύτευση.