압출 공정에는 단열재 및 외장 생산이 포함됩니다. 단열재 생산 방법에는 코팅, 포장, 압출 및 이들의 조합이 포함됩니다. 현재 절연체 생산에는 주로 코팅(더 이상 생산 허가 규정의 적용을 받지 않는 권선용)과 압출(전선 및 케이블용)이 포함됩니다.
I. 플라스틱 압출 공정
1. 연속 압출 방식
압출 장비는 일반적으로 단일 스크류 압출기입니다. 압출 전에 플라스틱에 수분과 불순물이 있는지 확인해야 합니다. 그런 다음 스크류는 호퍼에 추가되기 전에 예열됩니다. 압출하는 동안 호퍼의 플라스틱은 중력이나 공급 나사에 의해 배럴로 들어갑니다. 회전하는 스크류의 추력에 따라 지속적으로 앞으로 추진되며 예열 섹션에서 균질화 섹션으로 점차 이동합니다.
동시에 플라스틱은 스크류에 의해 교반 및 압출되며 배럴의 외부 열과 플라스틱과 장비 사이의 전단 마찰에 의해 점성 흐름 상태로 변하여 스크류 채널에서 지속적이고 균일한 흐름을 형성합니다. 지정된 온도에서 플라스틱은 고체 상태에서 녹고 가단성이 있는 물질로 변형됩니다. 나사로 구동하거나 교반하면 완전히 가소화된 플라스틱이 다이 헤드 안으로 밀려 들어갑니다. 다이 헤드에 도달하는 재료 흐름은 다이 코어와 다이 슬리브 사이의 환형 간격을 통과하고 다이 슬리브 개구부에서 압출되어 도체 또는 와이어 코어를 감싸 연속적이고 조밀한 절연층 또는 외장을 형성합니다. 냉각, 고화시킨 후 전선, 케이블 제품이 됩니다.
II. 압출 공정의 3단계
플라스틱 압출의 가장 중요한 기초는 플라스틱의 가소성입니다. 압출기의 가소화 공정은 혼합, 파쇄, 용융, 가소화, 탈기, 압축 및 최종 성형을 포함하는 복잡한 물리적 공정입니다. 이 연속 압출 공정은 종종 플라스틱의 다양한 반응을 기반으로 인위적으로 여러 단계로 나누어집니다.
1. 가소화단계(플라스틱의 혼합, 용융, 균질화)
이는 압출기 배럴 내부에서 완료됩니다. 나사의 회전을 통해 플라스틱은 과립형 고체에서 플라스틱 점성 유체로 변환됩니다. 플라스틱은 가소화 단계에서 두 가지 소스, 즉 배럴의 외부 전기 가열과 스크류 회전으로 발생하는 마찰열로부터 열을 받습니다.
2. 성형단계(플라스틱의 압출성형)
이 단계는 다이 헤드 내부에서 발생합니다. 스크류 회전과 압력으로 인해 점성 유체가 다이 헤드쪽으로 밀려납니다. 다이 헤드 내부의 금형을 통해 점성 유체는 와이어 코어 또는 도체를 덮는 다양한 크기와 모양의 압출 재료로 성형됩니다.
3. 성형 단계(플라스틱 층의 냉각 및 경화)
이 단계는 냉각수 탱크나 냉각 파이프에서 이루어집니다. 냉각 후, 압출된 플라스틱 층은 비정질 플라스틱 상태에서 성형된 고체 상태로 변경됩니다.
III. 가소화 단계 중 소성 흐름의 변화
가소화 단계에서 플라스틱은 스크류 축을 따라 다이 헤드 쪽으로 이동하면서 온도, 압력, 점도, 심지어 화학 구조까지 변화합니다. 이러한 변경 사항은 나사의 섹션에 따라 다릅니다. 소성유동 중 물리적 상태 변화에 따라 가소화 단계를 인위적으로 다음 세 단계로 구분합니다.
1. 먹이주기 섹션에서:
첫째, 입상 고체 플라스틱에 연화 온도를 제공합니다. 둘째, 회전하는 스크류와 고정된 배럴 사이에서 발생하는 전단 응력이 플라스틱 과립에 작용하여 연화된 플라스틱을 분해합니다. 가장 중요한 것은 스크류 회전이 충분히 크고 연속적이며 안정적인 추력과 역마찰력을 생성하여 지속적이고 안정적인 압출 압력을 형성한다는 것입니다. 이는 파손된 플라스틱의 교반 및 균질화를 달성하고 초기 열 교환을 시작하여 지속적이고 안정적인 압출의 기반을 마련합니다. 이 단계에서 발생하는 추력은 압출 품질과 출력에 직접적인 영향을 미칩니다.
2. 용융 섹션에서:
이 섹션에서 플라스틱은 열원인 더 높은 온도에 직면합니다. 배럴 외부의 점 가열 외에도 스크류 회전으로 인한 마찰열도 중요한 역할을 합니다. 공급 섹션의 추력과 균질화 섹션의 반력으로 인해 플라스틱이 전진하는 동안 역류가 발생합니다. 이러한 환류는 재료를 더욱 균질화할 뿐만 아니라 플라스틱의 열 교환을 증가시켜 표면 열 평형을 달성합니다. 이 단계의 작동 온도는 플라스틱의 유변학적 온도를 초과하고 작동 시간이 상대적으로 길기 때문에 플라스틱은 상전이를 겪습니다. 가열된 배럴과 접촉한 물질은 녹기 시작하여 배럴 내부 표면에 폴리머 용융 필름을 형성합니다. 용융 필름의 두께가 스크류 팁과 배럴 사이의 간격을 초과하면 회전하는 스크류에 의해 긁혀져 전진하는 스크류 앞에 축적되어 용융 풀을 형성합니다.
배럴과 스크류 루트 사이의 상대적인 움직임으로 인해 용융 풀은 재료의 순환 흐름을 생성합니다. 나사 끝 뒤에는 견고한 베드(고체 플라스틱)가 있습니다. 재료가 스크류 채널을 따라 앞으로 이동함에 따라 용융 구간의 스크류 채널 깊이는 균질화 구간을 향해 점차 감소합니다. 고체층은 배럴의 내벽을 향해 지속적으로 압착되어 배럴에서 고체층으로의 열 전달 과정을 가속화합니다. 동시에, 스크류의 회전은 배럴 내벽의 용융 필름에 전단 효과를 가해 용융 필름과 고체 베드 사이의 경계면에 있는 재료를 용융시킵니다. 고체층의 폭은 완전히 사라질 때까지 점차 감소합니다. 즉, 고체 상태에서 점성 유동 상태로 변합니다. 이 단계에서 플라스틱의 분자 구조는 근본적인 변화를 겪습니다. 분자간 장력이 극도로 완화됩니다. 결정성 폴리머인 경우 결정성 영역이 감소하기 시작하고 비정질 영역이 증가합니다. 매우 큰 분자를 제외하고 벌크는 소위 "예비 가소화"라고 불리는 가소화를 완료했습니다. 또한, 압력을 가하면 고체 물질에 포함된 가스가 배출되어 예비 압축이 이루어집니다.
3. 균질화 섹션에서:
이 섹션은 나사산 깊이가 가장 얕습니다. 즉, 나사 채널 볼륨이 가장 작습니다. 따라서 스크류와 배럴 사이의 압력이 가장 높은 구간이다. 또한 스크류의 추력과 스크린 플레이트의 반력 등이 플라스틱과 배럴 사이의 직접적인 접촉 영역입니다. 이 섹션은 또한 압출 온도가 가장 높으므로 이 단계에서 플라스틱에 대한 반경 방향 및 축 방향 압력이 가장 큽니다. 이 높은 압력은 플라스틱 내에 포함된 모든 가스를 배출하고 용융물을 압축하여 밀도를 높이는 데 충분합니다. 이것이 바로 이 섹션을 "압력 균질화 섹션"이라고 부르는 이유입니다.
IV. 압출 중 플라스틱의 유동 상태
압출하는 동안 스크류의 회전으로 인해 플라스틱이 앞으로 밀려나고 배럴은 고정된 상태로 유지됩니다. 이는 나사와 배럴 사이에 상대적인 움직임을 만들어 플라스틱을 앞으로 끌어당기는 마찰을 발생시킵니다. 더욱이, 다이, 천공 스크린, 다이 헤드 필터의 저항으로 인해 플라스틱이 앞으로 이동할 때 플라스틱에 반력이 발생하여 스크류와 배럴 내에서 플라스틱의 흐름이 더욱 복잡해집니다. 플라스틱의 흐름 상태는 일반적으로 다음과 같은 네 가지 흐름 패턴으로 구성되는 것으로 간주됩니다.
1. 전방 흐름: 이는 나사 홈을 따라 다이 헤드를 향해 플라스틱이 흐르는 것을 의미합니다. 이는 회전하는 스크류의 미는 힘에 의해 생성되며 4가지 흐름 패턴 중 가장 중요합니다. 정방향 흐름의 크기는 압출량을 직접적으로 결정합니다.
2. 역류(역류): 그 방향은 정류와 정확히 반대이다. 이는 다이 헤드에 있는 다이, 스크린, 필터의 저항으로 인해 다이 헤드 영역에 압력(플라스틱이 전진하는 반력)이 발생하기 때문에 발생합니다. 3. **압력 하에서의 역류:** 이는 나사 홈에 수직인 축을 따라 흐르는 플라스틱의 흐름입니다. 또한 회전하는 나사의 미는 작용에 의해 형성됩니다. 나사 홈 측벽의 저항으로 인해 흐름이 방해됩니다. 양쪽 나사산의 상호 저항과 플라스틱이 홈 내에서 굴러다니게 하는 회전 나사로 인해 원형 흐름이 형성됩니다. 따라서 교차 흐름은 본질적으로 순환 흐름입니다.
순환 흐름은 배럴 내에서 플라스틱을 용융 상태로 혼합하고 가소화하는 과정과 분리될 수 없습니다. 순환 흐름은 배럴 내의 재료를 교반하고 혼합하며 배럴과 재료 사이의 열 교환을 촉진합니다. 이는 압출 품질을 향상시키는 데 중요하지만 압출 유속에는 거의 영향을 미치지 않습니다.
4.누설 흐름: 이는 또한 다이 헤드의 다이, 스크린 및 필터의 저항으로 인해 발생합니다. 그러나 이는 스크류 홈 내부의 흐름이 아니라 스크류와 배럴 사이의 틈에 형성된 역류입니다. 생산 능력의 손실도 발생할 수 있습니다. 스크류와 배럴 사이의 간격은 일반적으로 매우 작기 때문에 누출 유량은 정상적인 조건에서 정방향 및 역방향 흐름보다 훨씬 작습니다.
압출 중 누출은 압출량에 영향을 미칩니다. 누출이 증가하면 압출량이 감소합니다. 플라스틱의 네 가지 유동 상태는 단독으로 나타나지 않습니다. 주어진 플라스틱 입자의 경우 진정한 역류나 폐쇄 순환이 없습니다. 나사 홈 내 용융 플라스틱의 실제 흐름은 나선형 궤적을 따라 앞으로 흐르는 위의 네 가지 흐름 상태의 조합입니다.
5. 압출 품질
압출 품질은 주로 플라스틱의 가소화가 잘 되었는지, 기하학적 치수가 균일한지, 즉 반경 방향 두께가 균일하고 축 외경이 균일한지를 나타냅니다. 가소화를 결정하는 요인으로는 플라스틱 자체 외에 주로 온도, 전단 변형률, 적용 시간 등이 있습니다. 압출온도가 지나치게 높으면 압출압력의 변동은 물론 플라스틱의 분해 및 설비사고의 원인이 될 수도 있습니다. 스크류 홈 깊이를 줄이고 스크류 길이 대 직경 비율을 늘리면 열 교환과 가열 시간 연장에 도움이 되므로 균일한 가소화 요구 사항을 충족할 수 있지만 압출량에 영향을 미치고 스크류 제조 및 조립이 어려워집니다.
따라서 균일한 가소화를 보장하는 중요한 요소는 플라스틱의 스크류 회전으로 인해 발생하는 전단 변형률을 높이는 것입니다. 이는 압출 중에 균일한 기계적 혼합과 균형 잡힌 열 교환을 달성하여 균일한 가소화를 보장합니다. 이 변형율의 크기는 스크류와 배럴 사이의 전단 변형력에 의해 결정됩니다. 따라서 필요한 압출량을 유지하면서 스크류 속도를 높이면 스크류 홈 깊이를 늘릴 수 있습니다.
또한 스크류와 배럴 사이의 간격도 압출 품질에 영향을 미칩니다. 과도한 간격은 플라스틱의 역류 및 누출을 증가시켜 압출 압력의 변동을 일으키고 압출 부피에 영향을 미칩니다. 더욱이 이렇게 역류가 증가하면 플라스틱이 과열되어 그을림 현상이 발생하거나 성형이 어려워질 수 있습니다.