थर्मोप्लास्टिक एक्सट्रूज़न गर्मी संवेदनशील सामग्रियों को संसाधित करता है

थर्मोप्लास्टिक एक्सट्रूज़न का पूरा क्षेत्र किसी के अनुमान से कहीं अधिक जटिल हो गया है। जब आप ऐसी सामग्रियों से निपट रहे होते हैं जो विशिष्ट तापमान पर ख़राब हो जाती हैं, तो प्रसंस्करण विंडो आश्चर्यजनक रूप से संकीर्ण हो जाती है। अधिकांश निर्माता इसके बारे में पर्याप्त बात नहीं करते हैं - ऐसी धारणा है कि आप बस सामग्री को गर्म करते हैं और इसे डाई के माध्यम से धकेलते हैं, लेकिन थर्मोप्लास्टिक एक्सट्रूज़न उससे कहीं अधिक सूक्ष्म है।

तापमान नियंत्रण लोगों की समझ से कहीं अधिक मायने रखता है। उदाहरण के तौर पर एलडीपीई को लें - प्लास्टिक टेक्नोलॉजी के शोध से पता चलता है कि 100 सेकंड की कतरनी दर पर चिपचिपाहट 700 Pa·s के आसपास बैठती है, लेकिन तापमान परिवर्तन इस पर उतना प्रभाव नहीं डालता जितना आप सोचते हैं। चिपचिपाहट वक्र अलग-अलग तापमानों पर अपेक्षाकृत करीब रहते हैं, जो अजीब है जब आप इसकी तुलना एचडीपीई या एलएलडीपीई से करते हैं जहां तापमान में भारी अंतर होता है। यह सिर्फ अकादमिक नहीं है - यह बदलता है कि आप अपनी संपूर्ण एक्सट्रूज़न लाइन कैसे सेट करते हैं।

ऐसी विंडोज़ को संसाधित करना जिसके बारे में आपको कोई भी चेतावनी नहीं देता

इन सामग्रियों को संसाधित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा तेजी से बढ़ती है। एक किलोग्राम एलडीपीई को कमरे के तापमान (लगभग 25 डिग्री) से 210 डिग्री के विशिष्ट एक्सट्रूज़न तापमान तक गर्म करने के लिए लगभग 138 किलोकैलोरी की आवश्यकता होती है, हालांकि वास्तविक - विश्व अनुप्रयोगों को आमतौर पर थर्मल नुकसान के कारण दोगुनी कैलोरी की आवश्यकता होती है - स्रोत: प्लास्टिकस्टोडे.कॉम। और यह सिर्फ एलडीपीई के लिए है। जब आप अन्य पॉलीथीन या अधिक जटिल थर्मोप्लास्टिक्स की ओर बढ़ते हैं, तो सब कुछ बदल जाता है।

विभिन्न सामग्रियों के लिए पूरी तरह से अलग दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है। पब्स.एसी.ओआरजी पर प्रकाशित आंकड़ों के मुताबिक, मोम के साथ एलडीपीई मिश्रण को ब्रैबेंडर प्लास्टोग्राफ का उपयोग करके 140 डिग्री पर पिघलाया गया था, जबकि एलएलडीपीई को 150 डिग्री और एचडीपीई को 160 डिग्री की आवश्यकता थी। ये सिर्फ सुझाव नहीं हैं कि - इन तापमानों से नीचे जाएं और आपको अधूरा पिघलन मिले, ऊपर जाएं और आपको थर्मल गिरावट का खतरा हो। प्रसंस्करण विंडो वास्तविक है और अधिकांश उपकरण आपूर्तिकर्ताओं की तुलना में यह संकीर्ण है।

दिलचस्प बात यह है कि उद्योग इन नंबरों के आसपास कितना कम मानकीकरण करता है। आप पाएंगे कि एक प्रोसेसर 180 डिग्री पर एलडीपीई चला रहा है, दूसरा 240 डिग्री पर, और दोनों ही इष्टतम परिणाम का दावा कर रहे हैं। सच्चाई कहीं बीच में है और निवास समय, पेंच डिजाइन और फॉर्मूलेशन में कौन से योजक मौजूद हैं, इस पर काफी हद तक निर्भर करती है।

गर्मी के प्रति संवेदनशील सामग्री सब कुछ बदल देती है

जब थर्मोप्लास्टिक एक्सट्रूज़न गर्मी संवेदनशील सामग्रियों को संसाधित करता है, तो आप प्रवाह में सुधार के लिए तापमान को केवल क्रैंक नहीं कर सकते हैं। कुछ सामग्रियाँ ऐसे तापमान पर टूटने लगती हैं जो उनके गलनांक से बमुश्किल ऊपर होता है। पीवीसी इस बात के लिए कुख्यात है कि "बहुत ठोस" और "हाइड्रोक्लोरिक एसिड छोड़ने" के बीच प्रसंस्करण विंडो असुविधाजनक रूप से छोटी है। यही बात कुछ जैव आधारित पॉलिमर के लिए भी लागू होती है जिनके बारे में अब हर कोई उत्साहित है। बेहतरीन पर्यावरणीय कहानी, लगातार प्रक्रिया जारी रखना दुःस्वप्न।

चीजों का उपकरण पक्ष भौतिक विज्ञान के साथ नहीं जुड़ा है। आधुनिक एक्सट्रूडर अभी भी दशकों पहले की उसी बुनियादी बैरल हीटर तकनीक का उपयोग करते हैं, केवल आकर्षक नियंत्रकों के साथ। लेकिन जब आप गर्मी के प्रति संवेदनशील फॉर्मूलेशन के साथ काम कर रहे होते हैं, तो आपको सटीक तापमान रीडआउट के अलावा और भी बहुत कुछ की आवश्यकता होती है, आपको तत्काल प्रतिक्रिया समय और वास्तविक समय में घर्षण हीटिंग की भरपाई करने की क्षमता की आवश्यकता होती है।

वास्तविक-विश्व अनुप्रयोग अंतर दिखाते हैं

3एम के रोड मार्किंग डिवीजन ने परीक्षण और त्रुटि के माध्यम से इसमें से कुछ का पता लगाया। उनका ऑल वेदर थर्मोप्लास्टिक सिस्टम थर्मोस्टैटिक रूप से नियंत्रित हीटिंग के साथ 400 - 440 डिग्री फ़ारेनहाइट (204 - 227 डिग्री) के एक तंग तापमान बैंड में काम करता है - ये विनिर्देश सीधे 3m.com पर उनके तकनीकी दस्तावेज़ से आते हैं। 400 डिग्री फ़ारेनहाइट से नीचे जाने पर सामग्री अनुप्रयोग उपकरण के माध्यम से ठीक से प्रवाहित नहीं होती है। 440 डिग्री फ़ारेनहाइट से ऊपर पुश करें और आप बाइंडर सिस्टम को ख़राब करना शुरू कर देते हैं, जो सड़क चिह्नों के दीर्घकालिक स्थायित्व को ख़त्म कर देता है।

Academia.edu के शोध में उनके पूर्वनिर्मित थर्माप्लास्टिक चिह्नों के बारे में कुछ आश्चर्यजनक दस्तावेज सामने आए, जब सड़कों पर स्थापित किया गया तो वाहन के प्रकार के आधार पर स्थापना के तुरंत बाद गति में 20-17% की कमी आई, जो एक वर्ष के बाद 9-17% तक कम हो गई। यह सीधे तौर पर एक्सट्रूज़न प्रक्रिया से संबंधित नहीं है, लेकिन यह दिखाता है कि प्रसंस्करण से भौतिक गुण महीनों बाद वास्तविक दुनिया के प्रदर्शन को कैसे प्रभावित करते हैं।

फुटपाथ मार्किंग उद्योग रोजाना टन थर्मोप्लास्टिक सामग्री को संसाधित करता है, और उन्होंने गर्मी के प्रति संवेदनशील फॉर्मूलेशन के लिए कुछ दिलचस्प समाधान विकसित किए हैं। मोबाइल एप्लिकेशन ट्रकों को चलते समय लगातार तापमान बनाए रखने की आवश्यकता होती है, जिसका अर्थ है आपूर्ति लाइनों में तापमान में गिरावट, परिवेश के वातावरण में गर्मी की हानि और सामग्री के थर्मल द्रव्यमान से निपटना। अधिकांश सिस्टम अब सीधे लौ हीटिंग के बजाय तेल आधारित ताप हस्तांतरण का उपयोग करते हैं क्योंकि तापमान प्रवणता स्थानीय क्षेत्रों में सामग्री के क्षरण का कारण बन रही थी।

प्रसंस्करण तापमान पर चिपचिपापन व्यवहार अजीब हो जाता है

लोग मानते हैं कि पॉलिमर पिघलने का व्यवहार पूर्वानुमानित होता है, लेकिन यह केवल विशिष्ट कतरनी दर सीमाओं के भीतर ही सच है। कम कतरनी दरों पर एलडीपीई और एचडीपीई समान लग सकते हैं, लेकिन कतरनी तेज हो जाती है और अचानक एलडीपीई का प्रवाह तीन गुना आसान हो जाता है। यह डाई डिज़ाइन के लिए बहुत मायने रखता है - एचडीपीई पाइप एक्सट्रूज़न के लिए जो काम करता है वह एलडीपीई के साथ शानदार ढंग से विफल हो जाएगा जब तक कि आप इन रियोलॉजिकल अंतरों को ध्यान में नहीं रखते।

और हमने इस बात को भी नहीं छुआ है कि कैसे एडिटिव्स सब कुछ बदल देते हैं। बेस रेज़िन में कलरेंट, यूवी स्टेबलाइजर्स, या फ्लेम रिटार्डेंट जोड़ें और चिपचिपाहट व्यवहार बदल जाता है। कभी-कभी नाटकीय ढंग से. मैंने ऐसे फॉर्मूलेशन देखे हैं जहां 2% प्रसंस्करण सहायता जोड़ने से आवश्यक एक्सट्रूज़न तापमान 15 डिग्री तक कम हो जाता है। अन्य समय में समान प्रसंस्करण सहायता से बमुश्किल कोई फर्क पड़ता था क्योंकि यह बेस पॉलिमर के साथ असंगत था।

उपकरण की सीमाएँ जिन्हें सामग्री वैज्ञानिक नज़रअंदाज़ करते हैं

नई ऊष्मा के प्रति संवेदनशील थर्मोप्लास्टिक्स विकसित करने वाले लोगों और वास्तव में उन्हें संसाधित करने वाले लोगों के बीच यह अलगाव है। एक सामग्री वैज्ञानिक एक अद्भुत नया बायो{2}पॉलिमर बना सकता है जो प्रयोगशाला ट्विन{3}स्क्रू एक्सट्रूडर में 5 किग्रा/घंटा की दर से "बारीक" प्रक्रिया करता है। फिर उत्पादन इसे एक एकल स्क्रू लाइन पर 500 किग्रा/घंटा तक बढ़ाने की कोशिश करता है और पता चलता है कि थर्मल प्रबंधन पूरी तरह से अलग है।

सिंगल -स्क्रू एक्सट्रूडर अपनी अधिकांश गर्मी घर्षण से उत्पन्न करते हैं, बैरल हीटर से नहीं। यह आमतौर पर ठीक है, लेकिन गर्मी के प्रति संवेदनशील सामग्री के साथ यह समस्याएँ पैदा करता है। अंत में आपको स्क्रू शीयर से अधिक गर्मी को रोकने के लिए बैरल ज़ोन को लक्ष्य पिघले तापमान से अधिक ठंडा चलाना पड़ता है। फिर आपको फ़ीड ज़ोन में असंगत पिघलन मिलती है क्योंकि यह पर्याप्त गर्म नहीं है। यह एक संतुलनकारी कार्य है जिसके लिए अक्सर कस्टम स्क्रू डिज़ाइन की आवश्यकता होती है।

ट्विन {{0}स्क्रू एक्सट्रूडर गर्मी को संभालते हैं {{1}संवेदनशील सामग्री सैद्धांतिक रूप से बेहतर होती है - बेहतर मिश्रण, कम निवास समय, अधिक तापमान नियंत्रण क्षेत्र। लेकिन वे महंगे और जटिल हैं। और आप अभी भी भौतिकी को धोखा नहीं दे सकते। यदि आपकी सामग्री 200 डिग्री पर ख़राब होने लगती है और डाई के माध्यम से प्रवाहित होने के लिए 190 डिग्री की आवश्यकता होती है, तो आपके पास काम करने के लिए शायद 10-डिग्री की खिड़की है। उपकरण की परिशुद्धता, वितरण के लिए स्थापित किए गए अधिकांश ऑपरेशनों से कहीं अधिक मायने रखती है।

गर्मी के प्रति संवेदनशील सामग्रियों के लिए डाई डिज़ाइन

डाई वह जगह है जहां बहुत अधिक गर्मी के प्रति संवेदनशील सामग्री विफल हो जाती है। आपने पॉलिमर को संपीड़ित कर लिया है, जो संकीर्ण चैनलों के माध्यम से आगे बढ़ रहा है, प्रवाह से ही गर्मी पैदा कर रहा है। मानक डाई डिज़ाइनों में अक्सर मृत स्थान होते हैं जहां सामग्री बहुत देर तक टिकी रहती है और खराब हो जाती है। गर्मी के प्रति संवेदनशील फॉर्मूलेशन के लिए, आपको न्यूनतम दबाव ड्रॉप के साथ सुव्यवस्थित प्रवाह पथ की आवश्यकता होती है, जिसका मतलब आमतौर पर कुछ उत्पादन दर का त्याग करना होता है।

कोट{{0}शीट एक्सट्रूज़न के लिए हैंगर डाइज़ विशेष रूप से समस्याग्रस्त हैं। कई गुना अनुभाग कम कतरनी के क्षेत्र बनाते हैं जहां सामग्री अकेले चालन से ज़्यादा गरम हो सकती है। कुछ निर्माताओं ने डाई में रहने के समय को कम करने के लिए सर्पिल मैंड्रेल डिज़ाइन या मल्टी{3}}लेयर फीडब्लॉक का उपयोग किया है, लेकिन ये महंगे समाधान हैं जिन्हें कई प्रोसेसर उचित नहीं ठहरा सकते हैं।

डाई में तापमान की निगरानी अक्सर अपर्याप्त होती है। अधिकांश सेटअपों में डाई बॉडी में थर्मोकपल होते हैं, लेकिन वे धातु के तापमान को मापते हैं, न कि वास्तविक पॉलिमर पिघले तापमान को। जब तक डाई के शरीर का तापमान इतना बढ़ जाता है कि अलार्म बज जाता है, तब तक आप न जाने कब तक नष्ट हो चुकी सामग्री को बाहर निकाल चुके होते हैं।

उद्योग कहाँ जा रहा है

अधिक तापीय संवेदनशील सामग्री - जैव{2}आधारित पॉलिमर, अज्ञात थर्मल इतिहास के साथ पुनर्नवीनीकरण सामग्री, विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए विशेष फॉर्मूलेशन को संसाधित करने का दबाव बढ़ रहा है। उपकरण इतनी तेजी से विकसित नहीं हुआ है कि इसे आसानी से संभाल सके।

कुछ कंपनियाँ वैकल्पिक तापन विधियों का प्रयोग कर रही हैं। डाई का इंडक्शन हीटिंग तेजी से प्रतिक्रिया समय और अधिक सटीक नियंत्रण देता है। बैरल ज़ोन का इन्फ्रारेड हीटिंग बैरल सतह और पॉलिमर पिघल के बीच तापमान प्रवणता को कम कर सकता है। ये अभी तक मुख्यधारा में नहीं हैं क्योंकि ये महंगे हैं और इन्हें महत्वपूर्ण प्रक्रिया विकास की आवश्यकता है।

वास्तविक समय की निगरानी धीरे-धीरे बेहतर हो रही है। इनलाइन रियोमीटर चिपचिपाहट में बदलाव को पकड़ सकता है जो एक बड़ी गुणवत्ता समस्या बनने से पहले थर्मल गिरावट का संकेत देता है। पूरे बैरल और डाई में दबाव ट्रांसड्यूसर प्रसंस्करण समस्याओं की शीघ्र पहचान कर सकते हैं। लेकिन इस सब में पैसा खर्च होता है और ऐसे ऑपरेटरों की आवश्यकता होती है जो डेटा का मतलब समझते हों, जो तकनीक से भी बड़ी चुनौती है।

मूल मुद्दा बना हुआ है: थर्मोप्लास्टिक एक्सट्रूज़न तंग खिड़कियों के भीतर गर्मी संवेदनशील सामग्रियों को संसाधित करता है जिन्हें बनाए रखने के लिए उपकरण मूल रूप से डिज़ाइन नहीं किया गया था। जब तक एक्सट्रूडर निर्माता और सामग्री डेवलपर अधिक निकटता से मिलकर काम नहीं करते, हमारे पास ये प्रसंस्करण चुनौतियाँ बनी रहेंगी। सामग्रियों की मांग बढ़ती जा रही है और उपकरण इसे पूरा करने के लिए संघर्ष कर रहे हैं। अभी हम यहीं हैं।

एक्सट्रूडेड थर्मोप्लास्टिक मार्किंग के लिए NYC के परिवहन विभाग के विनिर्देशों के लिए एक्सट्रूज़न शू पर मापे गए 400 से 450 डिग्री फ़ारेनहाइट के तापमान की आवश्यकता होती है, उपकरण क्षमता और तापमान रखरखाव के बारे में विशिष्ट आवश्यकताओं के साथ nyc.gov पर प्रलेखित किया गया है। इस प्रकार के कठोर विनिर्देश मौजूद हैं क्योंकि एजेंसियों ने विफलताओं के माध्यम से सीखा है कि गर्मी-संवेदनशील थर्मोप्लास्टिक्स के लिए प्रसंस्करण पैरामीटर अनुमानित नहीं हो सकते हैं। या तो आप तापमान को सटीक रूप से नियंत्रित करते हैं या आपको असंगत प्रदर्शन मिलता है।

जो हमें भौतिक स्थिरता के साथ तापीय आवश्यकताओं को संतुलित करने की मूल चुनौती - पर वापस लाता है। प्रत्येक थर्मोप्लास्टिक में वह मधुर स्थान होता है जहां वह बिना खराब हुए अच्छी तरह से बहता है, और उत्पादन दक्षता को बनाए रखते हुए उस स्थान को ढूंढना हमारे सभी आधुनिक उपकरणों और प्रक्रिया नियंत्रण के साथ भी एक्सट्रूज़न प्रसंस्करण को विज्ञान से अधिक कला बनाता है।