Ekstrüzyon işlemi izolasyon ve kılıf üretimini içerir. Yalıtım üretim yöntemleri kaplama, sarma, ekstrüzyon ve bunların kombinasyonlarını içerir. Şu anda yalıtım üretimi esas olarak kaplama (artık üretim lisansı düzenlemelerine tabi olmayan sargı telleri için) ve ekstrüzyon (teller ve kablolar için) içermektedir.
I. Plastik Ekstrüzyon Prosesi
1. Sürekli Ekstrüzyon Yöntemi
Ekstrüzyon ekipmanı genellikle tek vidalı bir ekstrüderdir. Ekstrüzyondan önce plastik nem ve yabancı maddeler açısından kontrol edilmelidir. Vida daha sonra hazneye eklenmeden önce önceden ısıtılır. Ekstrüzyon sırasında haznedeki plastik, yerçekimiyle veya besleme vidasıyla namluya girer. Dönen vidanın itme kuvveti altında, ön ısıtma bölümünden homojenizasyon bölümüne doğru kademeli olarak hareket ederek sürekli olarak ileri doğru itilir.
Eş zamanlı olarak plastik, vida tarafından çalkalanır ve ekstrüde edilir ve namlunun dış ısısı ve plastik ile ekipman arasındaki kesme sürtünmesi altında, vida kanalında sürekli ve düzgün bir akış oluşturarak viskoz bir akış durumuna dönüşür. Belirtilen sıcaklık altında plastik katı halden erimiş, şekillendirilebilir bir maddeye dönüşür. Bir vidayla tahrik edilen veya karıştırılan tamamen plastikleştirilmiş plastik, kalıp kafasına itilir. Pafta kafasına ulaşan malzeme akışı, kalıp göbeği ile kalıp manşonu arasındaki halka şeklindeki boşluktan geçer ve kalıp manşonu açıklığından ekstrüde edilerek iletken veya tel çekirdeği sürekli, yoğun bir yalıtım katmanı veya kılıf oluşturacak şekilde kaplar. Soğuyup katılaştıktan sonra tel ve kablo ürünü haline gelir.
II. Ekstrüzyon Prosesinin Üç Aşaması
Plastik ekstrüzyonun en önemli temeli plastiğin plastisitesidir. Ekstruderdeki plastikleştirme işlemi, karıştırma, kırma, eritme, plastikleştirme, gazdan arındırma, sıkıştırma ve son şekillendirmeyi içeren karmaşık bir fiziksel işlemdir. Bu sürekli ekstrüzyon işlemi genellikle plastiğin farklı reaksiyonlarına bağlı olarak yapay olarak farklı aşamalara bölünür:
1. Plastikleştirme Aşaması (Plastiğin Karıştırılması, Eritilmesi ve Homojenleştirilmesi)
Bu, ekstruder tamburunun içinde tamamlanır. Vidanın dönmesiyle plastik, granüler bir katıdan plastik, viskoz bir sıvıya dönüşür. Plastik, plastikleştirme aşaması sırasında iki kaynaktan ısı alır: namlunun harici elektrikle ısıtılması ve vidanın dönmesiyle üretilen sürtünme ısısı.
2. Kalıplama Aşaması (Plastiklerin Ekstrüzyon Kalıplaması)
Bu aşama kalıp kafasının içinde gerçekleşir. Vidanın dönmesi ve basınç nedeniyle viskoz akışkan kalıp kafasına doğru itilir. Kalıp kafasının içindeki kalıp aracılığıyla viskoz akışkan, tel çekirdeği veya iletkeni kaplayan çeşitli boyut ve şekillerde ekstrüde edilmiş malzemeler halinde şekillendirilir.
3. Şekillendirme Aşaması (Plastik Katmanın Soğutulması ve Sertleşmesi)
Bu aşama soğutma suyu tankında veya soğutma borularında gerçekleşir. Soğuduktan sonra, ekstrüzyonla üretilen plastik katman amorf plastik durumdan şekillendirilmiş katı duruma dönüşür.
III. Plastikleştirme Aşamasında Plastik Akışındaki Değişiklikler
Plastikleştirme aşamasında plastik, vida ekseni boyunca kalıp kafasına doğru hareket ettikçe sıcaklık, basınç, viskozite ve hatta kimyasal yapıda değişikliklere uğrar. Bu değişiklikler vidanın farklı bölümlerinde farklılık gösterir. Plastik akışı sırasındaki fiziksel durum değişikliklerine bağlı olarak plastikleştirme aşaması yapay olarak aşağıdaki üç aşamaya bölünür.
1. Besleme bölümünde:
İlk olarak granüler katı plastik için bir yumuşama sıcaklığı sağlar. İkincisi, dönen vida ile sabit kovan arasında oluşan kesme gerilimi plastik granüller üzerinde etki ederek yumuşamış plastiği parçalar. En önemlisi, vidanın dönüşü, sürekli ve stabil bir ekstrüzyon basıncı oluşturmak için yeterince büyük, sürekli ve stabil bir itme ve ters sürtünme kuvveti üretir. Bu, kırılmış plastiğin karıştırılmasını ve homojenleştirilmesini sağlar ve ilk ısı alışverişini başlatır, böylece sürekli ve stabil ekstrüzyonun temelini atar. Bu aşamada oluşturulan itme kuvveti, ekstrüzyon kalitesini ve çıktıyı doğrudan etkiler.
2. Eritme bölümünde:
Bu bölümde plastik ısı kaynağı olan daha yüksek bir sıcaklıkla karşılaşır. Namlu dışındaki noktasal ısınmaya ek olarak, vidanın dönmesinden kaynaklanan sürtünme ısısı da rol oynar. Besleme bölümünden gelen itme kuvveti ve homojenleştirme bölümünden gelen tepki kuvveti, plastiğin ileri hareketi sırasında geri akmasına neden olur. Bu geri akış yalnızca malzemeyi daha da homojenleştirmekle kalmaz, aynı zamanda plastiğin ısı alışverişini de artırarak yüzey termal dengesini sağlar. Bu aşamadaki çalışma sıcaklığı plastiğin reolojik sıcaklığını aştığı ve çalışma süresi nispeten uzun olduğu için plastik bir faz geçişine uğrar. Isıtılmış varil ile temas halinde olan malzeme erimeye başlar ve varilin iç yüzeyinde bir polimer eriyik filmi oluşturur. Eriyik filmin kalınlığı vida ucu ile kovan arasındaki boşluğu aştığında dönen vida tarafından kazınır ve ilerleyen vidanın önünde birikerek bir eriyik havuzu oluşturur.
Namlu ile vidanın kökü arasındaki göreceli hareket nedeniyle erimiş havuz, dolaşan bir malzeme akışı oluşturur. Vida ucunun arkasında sağlam bir yatak (katı plastik) bulunur. Malzeme vida kanalı boyunca ilerledikçe ergitme bölümündeki vida kanalının derinliği homojenizasyon bölümüne doğru giderek azalır. Katı yatak sürekli olarak varilin iç duvarına doğru sıkıştırılarak varilden katı yatağa ısı transfer süreci hızlandırılır. Eş zamanlı olarak vidanın dönüşü, haznenin iç duvarı üzerindeki eriyik film üzerinde bir kesme etkisi uygulayarak, eriyik film ile katı yatak arasındaki arayüzdeki malzemenin erimesine neden olur. Katı yatağın genişliği, tamamen yok olana kadar kademeli olarak azalır, yani katı durumdan viskoz akış durumuna geçer. Bu aşamada plastiğin moleküler yapısı temel bir değişime uğrar. Moleküller arası gerilim son derece rahattır. Kristalin bir polimer ise kristalin bölgeler azalmaya başlar ve amorf bölgeler artar. Çok büyük moleküller dışında, kütle "ön plastikleşme" olarak adlandırılan plastikleşmeyi tamamlamıştır. Ayrıca basınç altında katı malzemede bulunan gaz dışarı atılır ve ön sıkıştırma sağlanır.
3. Homojenizasyon bölümünde:
Bu bölüm en sığ vida dişi derinliğine sahiptir, yani vida kanalı hacmi en küçüktür. Dolayısıyla vida ile kovan arasındaki basıncın en yüksek olduğu bölüm burasıdır. Ek olarak, vidadan gelen itme kuvveti ve elek plakasından vb. gelen reaksiyon kuvvetleri, plastik ile namlu arasındaki doğrudan temas bölgesidir. Bu bölüm aynı zamanda en yüksek ekstrüzyon sıcaklığına sahiptir, dolayısıyla plastik üzerindeki radyal ve eksenel basınçlar bu aşamada en yüksektir. Bu yüksek basınç, plastiğin içinde bulunan tüm gazın dışarı atılması ve eriyiğin sıkıştırılarak yoğun hale getirilmesi için yeterlidir. Bu bölüme "basınç homojenleştirme bölümü" adı verilmesinin nedeni budur.
IV. Ekstrüzyon Sırasında Plastiklerin Akış Durumu
Ekstrüzyon sırasında vidanın dönüşü plastiği ileri doğru iterken namlu sabit kalır. Bu, vida ile namlu arasında göreceli hareket yaratarak plastiği ileri doğru sürükleyen sürtünmeyi oluşturur. Ayrıca kalıp kafasındaki kalıp, delikli elek ve filtreden gelen direnç, ileri doğru hareket ederken plastiğin üzerinde bir reaksiyon kuvveti oluşturarak plastiğin vida ve kovan içindeki akışını daha da karmaşık hale getirir. Plastiğin akış durumunun genellikle aşağıdaki dört akış modelinden oluştuğu kabul edilir:
1. İleri Akış: Bu, plastiğin vida oluğu boyunca kalıp kafasına doğru akışını ifade eder. Dönen vidanın itme kuvvetiyle oluşturulur ve dört akış modelinin en önemlisidir. İleri akışın büyüklüğü doğrudan ekstrüzyon hacmini belirler.
2. Geriye doğru akış (Karşı akış): Yönü ileri akışın tam tersidir. Pafta kafasındaki kalıp, elek ve filtreden gelen direnç nedeniyle kalıp kafası bölgesinde oluşan basınçtan (plastiğin ileri hareketinin reaksiyon kuvveti) kaynaklanır. 3. **Basınç Altında Geri Akış:** Bu, plastiğin vida yuvalarına dik eksen boyunca akışıdır. Ayrıca dönen vidanın itme hareketi ile de oluşturulur. Akışı, vida oluğu yan duvarlarının direnci nedeniyle engellenmektedir. Her iki taraftaki dişlerin karşılıklı direnci ve dönen vidanın plastiğin oluklar içerisinde yuvarlanmasına neden olması nedeniyle dairesel bir akış oluşur. Bu nedenle çapraz akış aslında dairesel bir akıştır.
Dolaşan akış, plastiğin varil içinde karıştırılması ve erimiş duruma plastikleştirilmesinden ayrılamaz. Dolaşan akış, haznedeki malzemeyi karıştırır ve karıştırır ve hazne ile malzeme arasındaki ısı alışverişini kolaylaştırır; bu, ekstrüzyon kalitesinin iyileştirilmesi için önemlidir, ancak ekstrüzyon akış hızı üzerinde çok az etkisi vardır.
4.Sızıntı Akışı: Bu aynı zamanda kalıp kafasındaki kalıp, elek ve filtrenin direncinden de kaynaklanır. Ancak vida oluklarının içindeki akış değil, vida ile kovan arasındaki boşlukta oluşan geri akıştır. Ayrıca üretim kapasitesinin kaybına da neden olabilir. Vida ile kovan arasındaki boşluk genellikle çok küçük olduğundan, sızıntı akış hızı normal koşullar altında ileri ve geri akışa göre çok daha küçüktür.
Ekstrüzyon sırasında sızıntı, ekstrüzyon hacmini etkileyecektir; sızıntının artması ekstrüzyon hacmini azaltacaktır. Plastiğin dört akış durumu birbirinden bağımsız görünmüyor. Belirli bir plastik parçacık için ne gerçek ters akış ne de kapalı dolaşım vardır. Vida oluğundaki erimiş plastiğin gerçek akışı, sarmal bir yörüngede ileri doğru akan yukarıdaki dört akış durumunun bir kombinasyonudur.
5. Ekstrüzyon Kalitesi
Ekstrüzyon kalitesi temel olarak plastiğin iyi plastikleştirilip plastikleştirilmediğine ve geometrik boyutların tekdüze olup olmadığına, yani radyal kalınlığın tutarlı olup olmadığına ve eksenel dış çapın tekdüze olup olmadığına bağlıdır. Plastiğin kendisi dışında plastikleşmeyi belirleyen faktörler arasında sıcaklık, kayma gerinim hızı ve uygulama süresi yer alır. Aşırı yüksek ekstrüzyon sıcaklıkları yalnızca ekstrüzyon basıncında dalgalanmalara neden olmakla kalmaz, aynı zamanda plastiğin ayrışmasına ve hatta ekipman kazalarına neden olabilir. Vida oluk derinliğinin azaltılması ve vida uzunluğu-çap oranının arttırılması, ısı değişimi ve ısıtma süresinin uzatılması açısından faydalı olup, böylece tekdüze plastikleştirme gereksinimini karşılarken, ekstrüzyon hacmini etkileyerek vida imalat ve montajında zorluklar yaratacaktır.
Bu nedenle, tek biçimli plastikleşmenin sağlanmasında önemli bir faktör, plastik üzerinde vidanın dönmesiyle oluşturulan kesme gerilimi oranının arttırılmasıdır. Bu, ekstrüzyon sırasında eşit mekanik karışım ve dengeli ısı değişimi sağlar ve böylece eşit plastikleşmeyi garanti eder. Bu gerinim oranının büyüklüğü, vida ile kovan arasındaki kesme gerinim kuvveti tarafından belirlenir. Bu nedenle gerekli ekstrüzyon hacmini korurken vida hızının arttırılmasıyla vida oluk derinliği arttırılabilir.
Ayrıca vida ile kovan arasındaki açıklık da ekstrüzyon kalitesini etkiler. Aşırı boşluk, plastiğin geri akışını ve sızıntısını artırarak ekstrüzyon basıncında dalgalanmalara neden olur ve ekstrüzyon hacmini etkiler. Üstelik bu artan geri akış, plastiğin aşırı ısınmasına yol açarak kavurmaya veya kalıplamada zorluklara neden olabilir.