Proses ekstrusi meliputi isolasi dan produksi selubung. Metode produksi isolasi meliputi pelapisan, pembungkusan, ekstrusi, dan kombinasinya. Saat ini, produksi insulasi terutama melibatkan pelapisan (untuk kabel berliku, yang tidak lagi tunduk pada peraturan izin produksi) dan ekstrusi (untuk kabel dan kabel).
I. Proses Ekstrusi Plastik
1. Metode Ekstrusi Berkelanjutan
Peralatan ekstrusi umumnya berupa ekstruder sekrup tunggal. Sebelum ekstrusi, plastik harus diperiksa kelembaban dan kotorannya. Sekrup kemudian dipanaskan terlebih dahulu sebelum ditambahkan ke hopper. Selama ekstrusi, plastik di dalam hopper memasuki laras secara gravitasi atau sekrup pengumpan. Di bawah dorongan sekrup yang berputar, sekrup tersebut terus didorong ke depan, secara bertahap berpindah dari bagian pemanasan awal ke bagian homogenisasi.
Pada saat yang sama, plastik diaduk dan diekstrusi oleh sekrup, dan di bawah panas eksternal laras dan gesekan geser antara plastik dan peralatan, plastik berubah menjadi keadaan aliran kental, membentuk aliran yang kontinu dan seragam di saluran sekrup. Pada suhu tertentu, plastik berubah dari wujud padat menjadi zat cair dan mudah dibentuk. Didorong atau diaduk dengan sekrup, plastik yang sepenuhnya plastis didorong ke dalam kepala cetakan. Aliran material yang mencapai kepala cetakan melewati celah melingkar antara inti cetakan dan selongsong cetakan, dan diekstrusi dari bukaan selongsong cetakan, membungkus konduktor atau inti kawat untuk membentuk lapisan atau selubung insulasi padat dan kontinu. Setelah pendinginan dan pemadatan, menjadi produk kawat dan kabel.
II. Tiga Tahapan Proses Ekstrusi
Dasar terpenting dari ekstrusi plastik adalah plastisitas plastik. Proses plastisisasi pada ekstruder merupakan proses fisik yang kompleks, meliputi pencampuran, penghancuran, peleburan, plastisisasi, degassing, pemadatan, dan pembentukan akhir. Proses ekstrusi berkelanjutan ini sering kali secara artifisial dibagi menjadi beberapa tahap berdasarkan reaksi plastik yang berbeda:
1. Tahap Plasticizing (Pencampuran, Peleburan, dan Homogenisasi Plastik)
Ini diselesaikan di dalam barel ekstruder. Melalui perputaran sekrup, plastik berubah dari butiran padat menjadi cairan plastik kental. Plastik menerima panas selama tahap plastisisasi dari dua sumber: pemanas listrik eksternal pada laras dan panas gesekan yang dihasilkan oleh putaran sekrup.
2. Tahap Pencetakan (Pencetakan Ekstrusi Plastik)
Tahap ini terjadi di dalam die head. Karena putaran dan tekanan sekrup, cairan kental didorong ke arah kepala cetakan. Melalui cetakan di dalam kepala cetakan, cairan kental dibentuk menjadi bahan ekstrusi dengan berbagai ukuran dan bentuk, menutupi inti kawat atau konduktor.
3. Tahap Pembentukan (Pendinginan dan Pengawetan Lapisan Plastik)
Tahap ini berlangsung di tangki air pendingin atau pipa pendingin. Setelah pendinginan, lapisan plastik yang diekstrusi berubah dari bentuk plastik amorf menjadi bentuk padat.
AKU AKU AKU. Perubahan Aliran Plastik Selama Tahap Plastisisasi
Selama tahap plastisisasi, saat plastik bergerak sepanjang sumbu sekrup menuju kepala cetakan, plastik mengalami perubahan suhu, tekanan, viskositas, dan bahkan struktur kimia. Perubahan ini berbeda di berbagai bagian sekrup. Berdasarkan perubahan keadaan fisik selama aliran plastis, tahap plastisisasi secara artifisial dibagi menjadi tiga tahap berikut.
1. Di bagian pemberian makan:
Pertama, memberikan suhu pelunakan untuk butiran plastik padat. Kedua, tegangan geser yang dihasilkan antara sekrup yang berputar dan laras yang diam bekerja pada butiran plastik, sehingga memecah plastik yang lunak. Yang terpenting, putaran sekrup menghasilkan gaya dorong dan gesekan balik yang cukup besar, kontinu, dan stabil untuk membentuk tekanan ekstrusi yang kontinu dan stabil. Hal ini mencapai agitasi dan homogenisasi plastik pecah, dan memulai pertukaran panas awal, sehingga meletakkan dasar untuk ekstrusi yang berkelanjutan dan stabil. Gaya dorong yang dihasilkan pada tahap ini secara langsung mempengaruhi kualitas dan keluaran ekstrusi.
2. Pada bagian peleburan:
Pada bagian ini plastik mengalami suhu yang lebih tinggi yang merupakan sumber panas. Selain pemanasan titik di luar laras, panas gesekan dari putaran sekrup juga berperan. Dorongan dari bagian pengumpanan dan gaya reaksi dari bagian homogenisasi menyebabkan plastik mengalami refluks selama gerakan maju. Refluks ini tidak hanya menghomogenisasi material lebih lanjut tetapi juga meningkatkan pertukaran panas plastik, sehingga mencapai kesetimbangan termal permukaan. Karena suhu pengoperasian pada tahap ini melebihi suhu reologi plastik, dan waktu pengoperasian yang relatif lama, maka plastik mengalami transisi fasa. Bahan yang bersentuhan dengan tong yang dipanaskan mulai meleleh, membentuk lapisan lelehan polimer pada permukaan bagian dalam tong. Ketika ketebalan film leleh melebihi jarak antara ujung sekrup dan laras, film tersebut terkikis oleh sekrup yang berputar dan terakumulasi di depan sekrup yang bergerak maju, membentuk genangan cair.
Karena pergerakan relatif antara laras dan akar sekrup, kolam cair menghasilkan aliran material yang bersirkulasi. Di belakang ujung sekrup terdapat alas kokoh (plastik padat). Saat material bergerak maju sepanjang saluran ulir, kedalaman saluran ulir di bagian peleburan secara bertahap berkurang menuju bagian homogenisasi. Lapisan padat terus menerus ditekan ke arah dinding bagian dalam laras, mempercepat proses perpindahan panas dari laras ke lapisan padat. Secara bersamaan, perputaran sekrup memberikan efek geser pada film lelehan di dinding bagian dalam laras, menyebabkan material pada antarmuka antara film leleh dan lapisan padat meleleh. Lebar lapisan padat berangsur-angsur berkurang hingga hilang sama sekali, yaitu berubah dari keadaan padat menjadi keadaan aliran kental. Pada tahap ini, struktur molekul plastik mengalami perubahan mendasar. Ketegangan antarmolekul sangat rileks. Jika itu adalah polimer kristal, daerah kristalin mulai berkurang, dan daerah amorf meningkat. Kecuali molekul yang sangat besar, sebagian besar telah menyelesaikan plastisisasi, yang disebut "plastisasi awal". Selanjutnya, di bawah tekanan, gas yang terkandung dalam bahan padat dikeluarkan, sehingga terjadi pemadatan awal.
3. Pada bagian homogenisasi:
Bagian ini mempunyai kedalaman ulir ulir yang paling dangkal, artinya volume saluran ulirnya paling kecil. Oleh karena itu, ini adalah bagian di mana tekanan antara sekrup dan laras paling tinggi. Selain itu, gaya dorong dari sekrup dan gaya reaksi dari pelat layar, dll., merupakan zona kontak langsung antara plastik dan laras. Bagian ini juga mempunyai temperatur ekstrusi tertinggi, sehingga tekanan radial dan aksial pada plastik paling besar pada tahap ini. Tekanan tinggi ini cukup untuk mengeluarkan semua gas yang terkandung di dalam plastik dan memadatkan lelehan sehingga menjadi padat. Inilah sebabnya mengapa bagian ini disebut "bagian homogenisasi tekanan".
IV. Keadaan Aliran Plastik Selama Ekstrusi
Selama ekstrusi, putaran sekrup mendorong plastik ke depan, sedangkan laras tetap diam. Hal ini menciptakan gerakan relatif antara sekrup dan laras, menghasilkan gesekan yang menyeret plastik ke depan. Selain itu, hambatan dari cetakan, layar berlubang, dan filter di kepala cetakan menciptakan gaya reaksi pada plastik saat bergerak maju, yang semakin mempersulit aliran plastik di dalam sekrup dan laras. Keadaan aliran plastik umumnya terdiri dari empat pola aliran berikut:
1. Aliran Maju: Ini mengacu pada aliran plastik di sepanjang alur sekrup menuju kepala cetakan. Hal ini dihasilkan oleh gaya dorong sekrup yang berputar dan merupakan yang paling penting dari empat pola aliran. Besarnya aliran maju secara langsung menentukan volume ekstrusi.
2. Arus Mundur (Counter-flow): Arahnya justru berlawanan dengan arus maju. Hal ini disebabkan oleh adanya tekanan (gaya reaksi gerak maju plastik) yang ditimbulkan pada area die head akibat adanya hambatan dari die, screen, dan filter pada die head. 3. **Aliran balik di bawah Tekanan:** Ini adalah aliran plastik sepanjang sumbu, tegak lurus terhadap alur sekrup. Hal ini juga dibentuk oleh aksi dorongan dari sekrup yang berputar. Alirannya terhambat oleh hambatan dinding samping alur sekrup. Karena adanya resistensi timbal balik dari benang di kedua sisi, dan sekrup yang berputar menyebabkan plastik terjatuh di dalam alur, aliran melingkar terbentuk. Oleh karena itu, aliran silang pada dasarnya adalah aliran melingkar.
Aliran sirkulasi tidak terlepas dari pencampuran dan plastisisasi plastik menjadi cair di dalam tong. Aliran sirkulasi mengaduk dan mencampur material dalam tong dan memfasilitasi pertukaran panas antara tong dan material, yang penting untuk meningkatkan kualitas ekstrusi, namun memiliki pengaruh kecil pada laju aliran ekstrusi.
4. Kebocoran Aliran: Hal ini juga disebabkan oleh hambatan die, screen, dan filter pada die head. Namun, ini bukanlah aliran di dalam alur sekrup, melainkan aliran balik yang terbentuk di celah antara sekrup dan laras. Hal ini juga dapat menyebabkan hilangnya kapasitas produksi. Karena jarak antara sekrup dan laras biasanya sangat kecil, laju aliran kebocoran jauh lebih kecil dibandingkan aliran maju dan mundur dalam kondisi normal.
Selama ekstrusi, kebocoran akan mempengaruhi volume ekstrusi; peningkatan kebocoran akan menurunkan volume ekstrusi. Keempat kondisi aliran plastik tidak muncul secara terpisah. Untuk partikel plastik tertentu, tidak ada aliran balik atau sirkulasi tertutup yang sebenarnya. Aliran sebenarnya dari plastik cair dalam alur ulir adalah kombinasi dari empat keadaan aliran di atas, mengalir maju dalam lintasan heliks.
5. Kualitas Ekstrusi
Kualitas ekstrusi terutama mengacu pada apakah plastik tersebut terplastisasi dengan baik dan apakah dimensi geometrisnya seragam, yaitu apakah ketebalan radialnya konsisten dan diameter luar aksialnya seragam. Faktor-faktor yang menentukan plastisisasi, selain plastik itu sendiri, terutama meliputi suhu, laju regangan geser, dan waktu pengaplikasian. Temperatur ekstrusi yang terlalu tinggi tidak hanya menyebabkan fluktuasi tekanan ekstrusi tetapi juga menyebabkan penguraian plastik dan bahkan dapat menyebabkan kecelakaan peralatan. Meskipun mengurangi kedalaman alur sekrup dan meningkatkan rasio panjang sekrup terhadap diameter bermanfaat untuk pertukaran panas dan memperpanjang waktu pemanasan, sehingga memenuhi persyaratan plastisisasi yang seragam, hal ini akan mempengaruhi volume ekstrusi dan menimbulkan kesulitan dalam pembuatan dan perakitan sekrup.
Oleh karena itu, faktor penting dalam memastikan plastisisasi seragam adalah meningkatkan laju regangan geser yang dihasilkan oleh putaran sekrup pada plastik. Hal ini mencapai pencampuran mekanis yang seragam dan pertukaran panas yang seimbang selama ekstrusi, sehingga menjamin plastisisasi yang seragam. Besarnya laju regangan ini ditentukan oleh gaya regangan geser antara ulir dan laras. Oleh karena itu, dengan tetap mempertahankan volume ekstrusi yang diperlukan, kedalaman alur sekrup dapat ditingkatkan dengan meningkatkan kecepatan sekrup.
Selain itu, jarak antara sekrup dan laras juga mempengaruhi kualitas ekstrusi. Jarak bebas yang berlebihan meningkatkan aliran balik dan kebocoran plastik, menyebabkan fluktuasi tekanan ekstrusi dan mempengaruhi volume ekstrusi. Selain itu, peningkatan aliran balik ini dapat menyebabkan plastik menjadi terlalu panas, sehingga menyebabkan hangus atau kesulitan dalam pencetakan.