กระบวนการอัดรีดรวมถึงการผลิตฉนวนและเปลือก วิธีการผลิตฉนวนประกอบด้วยการเคลือบ การห่อ การอัดขึ้นรูป และการผสมผสานระหว่างกัน ในปัจจุบัน การผลิตฉนวนส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการเคลือบ (สำหรับลวดพันซึ่งไม่อยู่ภายใต้ข้อบังคับใบอนุญาตการผลิตอีกต่อไป) และการอัดขึ้นรูป (สำหรับสายไฟและสายเคเบิล)
I. กระบวนการอัดขึ้นรูปพลาสติก
1. วิธีการอัดรีดแบบต่อเนื่อง
อุปกรณ์การอัดรีดโดยทั่วไปคือเครื่องอัดรีดแบบสกรูเดี่ยว ก่อนการอัดขึ้นรูปต้องตรวจสอบความชื้นและสิ่งสกปรกของพลาสติก จากนั้นสกรูจะถูกอุ่นก่อนที่จะใส่ลงในฮอปเปอร์ ในระหว่างการอัดรีด พลาสติกในถังจะเข้าสู่ถังด้วยแรงโน้มถ่วงหรือสกรูป้อนอาหาร ภายใต้แรงผลักดันของสกรูหมุน สกรูจะถูกขับเคลื่อนไปข้างหน้าอย่างต่อเนื่อง โดยค่อยๆ เคลื่อนจากส่วนอุ่นเครื่องไปยังส่วนการทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน
ในขณะเดียวกัน พลาสติกก็ถูกกวนและอัดด้วยสกรู และภายใต้ความร้อนภายนอกของกระบอกปืนและแรงเสียดสีแบบเฉือนระหว่างพลาสติกและอุปกรณ์ พลาสติกจะเปลี่ยนเป็นสถานะการไหลที่มีความหนืด ทำให้เกิดการไหลอย่างต่อเนื่องและสม่ำเสมอในช่องสกรู ภายใต้อุณหภูมิที่กำหนด พลาสติกจะเปลี่ยนจากสถานะของแข็งไปเป็นสารหลอมเหลวและอ่อนตัวได้ ขับเคลื่อนหรือกวนด้วยสกรู พลาสติกที่เป็นพลาสติกทั้งหมดจะถูกดันเข้าไปในหัวดาย การไหลของวัสดุที่ไปถึงหัวดายจะผ่านช่องว่างวงแหวนระหว่างแกนดายและปลอกดาย และถูกอัดออกมาจากช่องเปิดของปลอกดาย เพื่อห่อหุ้มตัวนำหรือแกนลวดเพื่อสร้างชั้นหรือเปลือกฉนวนที่มีความหนาแน่นต่อเนื่อง หลังจากการทำความเย็นและแข็งตัวแล้ว จะกลายเป็นผลิตภัณฑ์สายไฟและสายเคเบิล
ครั้งที่สอง สามขั้นตอนของกระบวนการอัดรีด
พื้นฐานที่สำคัญที่สุดสำหรับการอัดขึ้นรูปพลาสติกคือความเป็นพลาสติกของพลาสติก กระบวนการทำให้เป็นพลาสติกในเครื่องอัดรีดเป็นกระบวนการทางกายภาพที่ซับซ้อน ซึ่งรวมถึงการผสม การบด การหลอม การทำพลาสติก การไล่ก๊าซ การบดอัด และการขึ้นรูปขั้นสุดท้าย กระบวนการอัดรีดอย่างต่อเนื่องนี้มักแบ่งออกเป็นขั้นตอนต่าง ๆ ตามปฏิกิริยาที่แตกต่างกันของพลาสติก:
1. ขั้นตอนการทำให้เป็นพลาสติก (การผสม การหลอม และการทำให้พลาสติกเป็นเนื้อเดียวกัน)
เสร็จสิ้นภายในกระบอกอัดรีด ด้วยการหมุนของสกรู พลาสติกจะเปลี่ยนจากของแข็งที่เป็นเม็ดเป็นของเหลวที่มีความหนืด พลาสติกได้รับความร้อนระหว่างขั้นตอนการทำพลาสติกจากสองแหล่ง ได้แก่ การทำความร้อนด้วยไฟฟ้าภายนอกของกระบอกปืน และความร้อนจากการเสียดสีที่เกิดจากการหมุนของสกรู
2. ขั้นตอนการขึ้นรูป (Extrusion Molding of Plastics)
ขั้นตอนนี้เกิดขึ้นภายในหัวดาย เนื่องจากการหมุนและแรงกดของสกรู ของเหลวที่มีความหนืดจึงถูกผลักไปทางหัวดาย ผ่านแม่พิมพ์ภายในหัวแม่พิมพ์ ของเหลวที่มีความหนืดจะถูกขึ้นรูปเป็นวัสดุอัดขึ้นรูปที่มีขนาดและรูปร่างต่างๆ ครอบคลุมแกนลวดหรือตัวนำ
3. ขั้นตอนการขึ้นรูป (การทำให้เย็นและการแข็งตัวของชั้นพลาสติก)
ขั้นตอนนี้เกิดขึ้นในถังน้ำหล่อเย็นหรือท่อทำความเย็น หลังจากเย็นลง ชั้นพลาสติกที่อัดขึ้นรูปจะเปลี่ยนจากสถานะพลาสติกอสัณฐานเป็นสถานะของแข็งที่มีรูปร่าง
ที่สาม การเปลี่ยนแปลงของการไหลของพลาสติกในระหว่างขั้นตอนการทำให้เป็นพลาสติก
ในระหว่างขั้นตอนการทำพลาสติก เมื่อพลาสติกเคลื่อนที่ไปตามแกนสกรูไปทางหัวดาย อุณหภูมิ ความดัน ความหนืด และแม้แต่โครงสร้างทางเคมีก็เปลี่ยนแปลงไป การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้จะแตกต่างกันไปตามส่วนต่างๆ ของสกรู ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงสถานะทางกายภาพระหว่างการไหลของพลาสติก ขั้นตอนการทำให้เกิดพลาสติกจะถูกแบ่งออกเป็นสามขั้นตอนดังต่อไปนี้
1. ในส่วนการให้อาหาร:
ขั้นแรก ให้อุณหภูมิอ่อนตัวลงสำหรับพลาสติกแข็งที่เป็นเม็ดละเอียด ประการที่สอง ความเค้นเฉือนที่เกิดขึ้นระหว่างสกรูหมุนและกระบอกที่อยู่นิ่งจะกระทำกับเม็ดพลาสติก ทำให้พลาสติกที่อ่อนตัวลง สิ่งสำคัญที่สุดคือ การหมุนของสกรูจะสร้างแรงขับและแรงเสียดทานย้อนกลับที่มีขนาดใหญ่ ต่อเนื่อง และเสถียรเพียงพอ เพื่อสร้างแรงดันการอัดขึ้นรูปที่ต่อเนื่องและเสถียร ซึ่งทำให้เกิดการกวนและทำให้พลาสติกที่แตกเป็นเนื้อเดียวกัน และเริ่มการแลกเปลี่ยนความร้อนเริ่มต้น ซึ่งจะเป็นการวางรากฐานสำหรับการอัดขึ้นรูปที่ต่อเนื่องและมีเสถียรภาพ แรงผลักดันที่เกิดขึ้นในขั้นตอนนี้ส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพการอัดขึ้นรูปและผลผลิต
2. ในส่วนการหลอมละลาย:
ในส่วนนี้พลาสติกต้องเผชิญกับอุณหภูมิที่สูงกว่าซึ่งเป็นแหล่งความร้อน นอกจากการให้ความร้อนแบบจุดภายนอกถังแล้ว ความร้อนเสียดทานจากการหมุนของสกรูก็มีบทบาทเช่นกัน แรงผลักดันจากส่วนป้อนและแรงปฏิกิริยาจากส่วนการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันทำให้พลาสติกไหลย้อนระหว่างการเคลื่อนที่ไปข้างหน้า การไหลย้อนนี้ไม่เพียงแต่ทำให้วัสดุเป็นเนื้อเดียวกันมากขึ้น แต่ยังเพิ่มการแลกเปลี่ยนความร้อนของพลาสติก ทำให้เกิดความสมดุลทางความร้อนที่พื้นผิว เนื่องจากอุณหภูมิในการทำงานในขั้นตอนนี้สูงกว่าอุณหภูมิรีโอโลจีของพลาสติก และระยะเวลาในการทำงานค่อนข้างนาน พลาสติกจึงผ่านการเปลี่ยนเฟส วัสดุที่สัมผัสกับถังให้ความร้อนจะเริ่มละลาย ก่อตัวเป็นฟิล์มโพลีเมอร์ละลายบนพื้นผิวด้านในของถัง เมื่อความหนาของฟิล์มหลอมละลายเกินช่องว่างระหว่างปลายสกรูและกระบอก ฟิล์มจะถูกขูดออกด้วยสกรูหมุนและสะสมอยู่ด้านหน้าสกรูที่กำลังเคลื่อนตัว ก่อตัวเป็นแอ่งหลอมเหลว
เนื่องจากการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างกระบอกปืนกับโคนของสกรู บ่อหลอมเหลวจึงสร้างกระแสหมุนเวียนของวัสดุ ด้านหลังปลายสกรูมีเตียงแข็ง (พลาสติกแข็ง) ในขณะที่วัสดุเคลื่อนไปข้างหน้าไปตามช่องสกรู ความลึกของช่องสกรูในส่วนการหลอมจะค่อยๆ ลดลงไปยังส่วนการทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน เบดแข็งถูกบีบเข้าหาผนังด้านในของถังอย่างต่อเนื่อง เพื่อเร่งกระบวนการถ่ายเทความร้อนจากถังไปยังเบดแข็ง ในขณะเดียวกัน การหมุนของสกรูจะทำให้เกิดแรงเฉือนต่อฟิล์มหลอมเหลวที่ผนังด้านในของถัง ทำให้วัสดุที่จุดเชื่อมต่อระหว่างฟิล์มหลอมเหลวและฐานแข็งละลาย ความกว้างของเตียงทึบจะค่อยๆ ลดลงจนหายไปหมด กล่าวคือ เปลี่ยนจากสถานะของแข็งเป็นสถานะการไหลแบบหนืด ในขั้นตอนนี้ โครงสร้างโมเลกุลของพลาสติกจะมีการเปลี่ยนแปลงขั้นพื้นฐาน ความตึงเครียดระหว่างโมเลกุลจะผ่อนคลายอย่างยิ่ง หากเป็นโพลีเมอร์ที่เป็นผลึก บริเวณที่เป็นผลึกจะเริ่มลดลง และบริเวณที่ไม่มีรูปร่างจะเพิ่มขึ้น ยกเว้นโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่มาก สารจำนวนมากได้เสร็จสิ้นกระบวนการทำให้เป็นพลาสติกแล้ว หรือที่เรียกว่า "การทำให้เป็นพลาสติกเบื้องต้น" นอกจากนี้ ภายใต้ความกดดัน ก๊าซที่อยู่ในวัสดุแข็งจะถูกไล่ออก เพื่อให้เกิดการบดอัดเบื้องต้น
3. ในส่วนการทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน:
ส่วนนี้มีความลึกของเกลียวสกรูที่ตื้นที่สุด ซึ่งหมายความว่าปริมาตรของช่องสกรูจะเล็กที่สุด จึงเป็นส่วนที่ความดันระหว่างสกรูกับกระบอกปืนสูงที่สุด นอกจากนี้ แรงผลักดันจากสกรูและแรงปฏิกิริยาจากแผ่นตะแกรง ฯลฯ ยังเป็นโซนสัมผัสโดยตรงระหว่างพลาสติกและกระบอก ส่วนนี้ยังมีอุณหภูมิการอัดขึ้นรูปสูงสุด ดังนั้นแรงดันในแนวรัศมีและแนวแกนบนพลาสติกจึงสูงสุดในขั้นตอนนี้ แรงดันสูงนี้เพียงพอที่จะขับก๊าซทั้งหมดที่มีอยู่ในพลาสติกออกและอัดตัวหลอมให้แน่น ทำให้เกิดความหนาแน่น ด้วยเหตุนี้ส่วนนี้จึงเรียกว่า "ส่วนการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันโดยความดัน"
IV. สถานะการไหลของพลาสติกระหว่างการอัดขึ้นรูป
ในระหว่างการอัดรีด การหมุนของสกรูจะดันพลาสติกไปข้างหน้า ในขณะที่กระบอกยังคงอยู่กับที่ สิ่งนี้จะสร้างการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างสกรูและกระบอก ทำให้เกิดแรงเสียดทานที่ดึงพลาสติกไปข้างหน้า นอกจากนี้ ความต้านทานจากแม่พิมพ์ ตัวกรองที่มีรูพรุน และตัวกรองในหัวแม่พิมพ์จะสร้างแรงปฏิกิริยาบนพลาสติกในขณะที่เคลื่อนไปข้างหน้า ซึ่งจะทำให้การไหลของพลาสติกภายในสกรูและกระบอกมีความซับซ้อนมากขึ้น โดยทั่วไปสถานะการไหลของพลาสติกจะประกอบด้วยรูปแบบการไหลสี่รูปแบบต่อไปนี้:
1. การไหลไปข้างหน้า: หมายถึงการไหลของพลาสติกไปตามร่องสกรูไปทางหัวดาย มันถูกสร้างขึ้นโดยแรงผลักของสกรูหมุนและเป็นรูปแบบการไหลที่สำคัญที่สุดทั้งสี่รูปแบบ ขนาดของการไหลไปข้างหน้าจะกำหนดปริมาตรการอัดขึ้นรูปโดยตรง
2. การไหลย้อนกลับ (Counter-flow): ทิศทางตรงกันข้ามกับการไหลไปข้างหน้าทุกประการ มีสาเหตุมาจากความดัน (แรงปฏิกิริยาของการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าของพลาสติก) ที่เกิดขึ้นในบริเวณหัวดาย เนื่องจากความต้านทานจากดาย การกรอง และตัวกรองในหัวดาย 3. **การไหลย้อนกลับภายใต้แรงดัน:** คือการไหลของพลาสติกตามแนวแกนที่ตั้งฉากกับร่องสกรู นอกจากนี้ยังเกิดขึ้นจากการกดของสกรูที่กำลังหมุนอีกด้วย การไหลของมันถูกขัดขวางโดยความต้านทานของผนังร่องสกรู เนื่องจากความต้านทานซึ่งกันและกันของเกลียวทั้งสองด้านและสกรูหมุนทำให้พลาสติกพังทลายภายในร่อง ทำให้เกิดการไหลแบบวงกลม ดังนั้น crossflow จึงเป็นการไหลแบบวงกลม
การไหลหมุนเวียนไม่สามารถแยกออกจากการผสมและการทำให้เป็นพลาสติกของพลาสติกให้กลายเป็นสถานะหลอมเหลวภายในถัง การไหลหมุนเวียนจะกวนและผสมวัสดุในถัง และอำนวยความสะดวกในการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างถังและวัสดุ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการปรับปรุงคุณภาพการอัดขึ้นรูป แต่มีผลเพียงเล็กน้อยต่ออัตราการไหลของการอัดขึ้นรูป
4.กระแสรั่วไหล: สาเหตุนี้ยังเกิดจากความต้านทานของดาย ตัวกรอง และตัวกรองในหัวดาย อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่การไหลภายในร่องสกรู แต่เป็นการไหลย้อนกลับที่เกิดขึ้นในช่องว่างระหว่างสกรูและกระบอก นอกจากนี้ยังอาจทำให้สูญเสียกำลังการผลิตอีกด้วย เนื่องจากช่องว่างระหว่างสกรูและกระบอกมักจะมีขนาดเล็กมาก อัตราการไหลของการรั่วไหลจึงน้อยกว่าอัตราการไหลไปข้างหน้าและย้อนกลับภายใต้สภาวะปกติมาก
ในระหว่างการอัดรีด การรั่วไหลจะส่งผลต่อปริมาตรการอัดขึ้นรูป การรั่วไหลที่เพิ่มขึ้นจะลดปริมาณการอัดขึ้นรูป สถานะการไหลของพลาสติกทั้งสี่สถานะไม่ปรากฏแยกออกจากกัน สำหรับอนุภาคพลาสติกที่กำหนด ไม่มีการไหลย้อนกลับที่แท้จริงหรือการหมุนเวียนแบบปิด การไหลที่แท้จริงของพลาสติกหลอมเหลวในร่องสกรูคือการรวมกันของสถานะการไหลสี่สถานะข้างต้น โดยไหลไปข้างหน้าในวิถีโคจรแบบเกลียว
5. คุณภาพการอัดขึ้นรูป
คุณภาพการอัดขึ้นรูปส่วนใหญ่หมายถึงว่าพลาสติกนั้นถูกทำให้เป็นพลาสติกอย่างดีหรือไม่ และมิติทางเรขาคณิตมีความสม่ำเสมอหรือไม่ กล่าวคือ ความหนาของแนวรัศมีสม่ำเสมอหรือไม่ และเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกตามแนวแกนสม่ำเสมอหรือไม่ ปัจจัยที่กำหนดความเป็นพลาสติก นอกเหนือจากตัวพลาสติกแล้ว ส่วนใหญ่ยังรวมถึงอุณหภูมิ อัตราความเครียดเฉือน และระยะเวลาในการใช้งาน อุณหภูมิการอัดขึ้นรูปที่สูงเกินไปไม่เพียงแต่ทำให้เกิดความผันผวนของแรงดันในการอัดขึ้นรูปเท่านั้น แต่ยังนำไปสู่การสลายตัวของพลาสติก และอาจทำให้อุปกรณ์เกิดอุบัติเหตุอีกด้วย ในขณะที่การลดความลึกของร่องสกรูและการเพิ่มอัตราส่วนความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลางของสกรูจะเป็นประโยชน์ต่อการแลกเปลี่ยนความร้อนและการขยายเวลาการทำความร้อน ดังนั้นจึงเป็นไปตามข้อกำหนดของการทำให้เป็นพลาสติกสม่ำเสมอ แต่จะส่งผลต่อปริมาณการอัดขึ้นรูปและสร้างปัญหาในการผลิตและการประกอบสกรู
ดังนั้น ปัจจัยสำคัญในการรับประกันการทำให้เป็นพลาสติกสม่ำเสมอคือการเพิ่มอัตราความเครียดเฉือนที่เกิดจากการหมุนของสกรูบนพลาสติก ช่วยให้เกิดการผสมเชิงกลที่สม่ำเสมอและการแลกเปลี่ยนความร้อนที่สมดุลระหว่างการอัดขึ้นรูป จึงรับประกันการเกิดพลาสติกที่สม่ำเสมอ ขนาดของอัตราความเครียดนี้จะถูกกำหนดโดยแรงเฉือนระหว่างสกรูและกระบอก ดังนั้นในขณะที่ยังคงรักษาปริมาตรการอัดขึ้นรูปตามที่ต้องการ ความลึกของร่องสกรูจึงสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการเพิ่มความเร็วของสกรู
นอกจากนี้ ระยะห่างระหว่างสกรูและกระบอกยังส่งผลต่อคุณภาพการอัดขึ้นรูปด้วย ระยะห่างที่มากเกินไปจะเพิ่มการไหลย้อนกลับและการรั่วไหลของพลาสติก ทำให้เกิดความผันผวนในแรงดันการอัดขึ้นรูป และส่งผลต่อปริมาณการอัดขึ้นรูป นอกจากนี้ การไหลย้อนกลับที่เพิ่มขึ้นนี้อาจนำไปสู่ความร้อนสูงเกินไปของพลาสติก ส่งผลให้เกิดการไหม้เกรียมหรือความยากลำบากในการขึ้นรูป