2003 IKE 19-0

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PIKE-icon-IKE-20-50 Read document   塑膠物語: 塑膠押出加工機的介紹

Machinery  │ Extrusion  │ Basic  │
 extrusion; machinery; process; processing; extruder; screw; barrel; downstream; application; industry
TechInfo   ..邱政文 博士
PIKE.TechInfo@PIDC
 
塑膠加工工業中所用的各類機械和設備,例如塑膠流體和固體的輸送、混練、成型、定型、分離、破碎、磨碎以及乾燥等﹐在整體塑膠加工工業中佔有重要的地位﹐統稱為塑膠加工機械。現代塑膠加工機械的設計和製造﹐除有賴於機械工程和材料科學的發展外﹐特別與塑膠工程理論研究的進展密切相關。

按塑膠製品生產過程中﹐塑膠加工機械可分為塑膠混練機械、塑膠成型機械、塑膠二次加工機械和塑膠加工輔助機械或裝置等四大類。塑膠配混機械用於各種形式的塑膠配混料的製造﹐包括捏合機、混煉機(開煉機和密煉機)、切粒機、篩選機、破碎機和研磨機等。塑膠成型機械又稱塑膠一次加工機械﹐用於塑膠半製品或製品的成型﹐包括熱 壓機、射出機、押出機、中空成型機、軋延機、發泡機等。塑膠二次加工機械用於塑膠半製品或製品的再加工和後處理﹐包括熱成型機、焊接機、融接機、燙印機、真空蒸鍍機、植絨機、印刷機等。金屬加工機床也常用於塑膠二次加工。塑膠加工輔助機械或裝置用以實現塑膠加工過程的合理化﹐包括自動計量供料裝置、邊角料自動回收裝置 、射出製品自動取出裝置、射出模具快速更換裝置、模溫機、自動測厚裝置以及原材料輸送和貯存設備等。這類輔助機械或裝置﹐已成為現代化塑膠加工過程自動化所不可缺少的部分。


塑膠加工機械的完善程度直接影響塑膠半製品或製品的品質、產量和成本﹐因而必須能適應塑膠混練和加工過程的溫度和應力的變化﹐以及由此而引起的熔融物料性能變化﹐並適應化學腐蝕和機械磨損等特殊條件。近年來﹐塑膠品級的專用化﹐工程塑膠的發展﹐複合材料的出現﹐塑膠產品結構大型化、輕量化和薄壁化等技術的發展要求塑膠 機械達到﹕針對製品生產目的而成套化﹔高速、省力、自動化﹐以提高製品生產效率﹔確保產品規格和品質誤差最小的精密程度﹔能源耗損低﹐佔地少﹐操作維護便易而安全。

「押出加工」與「射出加工」在塑膠加工中並稱加工程序的兩大龍頭。「押出, Extrusion」是指物料通過押出機料筒 (Barrel) 和螺桿 (Screw) 間的作用﹐邊受熱塑化﹐邊被螺桿向前推送﹐連續通過模頭 (Tooling or Die) 而製成各種截面製品或半製品的一種加工方法。


押出加工與射出加工最大的差異處,在於其產品形狀結構上的限制。射出加工係採用自動批次作業的方式,藉由模具及滑塊的開合,可以產出三度空間上變化多端的造形產品﹔而押出加工產品則因要求連續不間斷生產而犧牲延「生產方向」上的變化,僅能在產品的橫向「截面」方面求取二度空間上的改變。「中空成型加工」屬於押出加工技 術中的「異類」,雖然也使用押出機,但以生產各類 3-D 造形的中空容器或特殊管件為主要訴求,不屬於異型或其他形材押出加工的範疇。


押出加工的各種週邊設備變化多端,全視產品的功能、造形而定,除中空成型外,平板、鑄膜、吹膜吹袋、管件、柱狀形材到剖面各異的異型材,都屬押出加工之列。在化學纖維工業中也有用押出機向噴絲頭供料﹐以進行熔體紡絲。押出應用於熱塑性塑膠和橡膠的加工﹐可進行配料、造粒、膠料過濾等。除了材料的摻配混練,押出主機亦直 接參與製品連續化生產﹐製造各種連續製品,凡舉瓶罐容器 (中空押吹成型),管件、板材或型材(異型押出),膜袋 (押出吹袋)、電線電纜包覆、橡膠輪胎胎面條、內胎胎筒、密封條等﹐其生產效率極高。在合成樹脂生產中﹐押出機亦可作為反應器﹐連續完成聚合和成型加工。雖然押出機在塑膠加工程序中常扮演預材或半成品生產的角色,但在整個塑膠製品工業中卻是舉足輕重,也有「重裝火車頭」的美喻。 蓋凡絕大多數的塑膠原料在被轉換成為成品之前,都必須經過它一番的「洗鍊」!尤其是近年來,材料技術的發展將各類材料的複合與混練、功能或機能的賦予等工藝推向前所未有的高峰,押出機成為展現技術與實力的重要武器。
Twin-screw extruder BEX 2-92-28V

押出設備的主體是押出機和模頭﹐此外還有供料、定型、冷卻、牽引、裁切和捲取等後段輔助設備。在橡膠加工時還包括硫化裝置等。在實際生產中主體和輔助設備往往連成一個機組使用。 押出機按螺桿數量分單螺桿押出機和雙螺桿押出機:

  • 單螺桿押出機是在加熱料筒中裝一根轉動的螺桿﹐料筒外部分區設有加熱和冷卻裝置﹐一端有徑向加料口﹐另一端軸向與機頭相連。螺桿是押出機的關鍵部件。單螺桿押出機主要技術參數是螺桿直徑、長徑比(螺桿長度與直徑之比)、螺桿轉速範圍、驅動電機 功率、料筒加熱 功率和機器生產能力。螺桿直徑決定押出機的生產能力和製品容許最大截面。不同物料要求不同幾何形狀的螺桿和長徑比。現代塑膠押出機廣泛採用組合型螺桿、分配混合型螺桿﹐以及在螺桿上加屏障物或銷釘等﹐以改善塑化﹐提高生產能力和產品質量。
  • 雙螺桿押出機有兩根螺桿在 ∞ 字形加熱料筒中轉動。螺桿可分為嚙合和非嚙合型﹔組合和非組合式﹔同向旋轉和異向旋轉的。以同向嚙合型和異向嚙合型用得較多。前者用於塑膠共混、填充和增強﹐生產各種配合料﹔後者則多用於加工硬聚氯乙烯製品。



新一代的押出機設計著重在「客制化與專用」,以往「泛用型」機組的概念已隨著客戶與生產者對品質日益嚴苛的要求而逐漸淡薄﹔螺桿設計決定了材料塑化及混練的品質,而如何將機械的作動與控制和塑膠材料的流變性質緊密搭配,遂成為機械設計製造商的重大課題。拜電腦科技之賜,押出機的運轉與操作也邁向數位化,整合式的儀控使 得押出工藝的精準度再向前推進一大步。超高轉速的齒輪傳動機構大大提升了押出機的生產效率,配合的則是更具效能的散熱設計與裝置以及耐磨耗的特殊合金套筒與螺桿。由於押出機是 許多製程的主體設備,與週邊或後段元件的組合更是生產線設計者的挑戰。當今押出生產線不但要求生產品質穩定,更著重在展現產品的尺寸精度和物性發揮。

 

跨入二十一世紀,塑膠產業除了導入更多各類先進的材料技術外,最吸引人的應該是擁有更多元的發展空間﹕加工機械、製程與週邊設備的開發整合,塑膠的回收與再利用技術和相關設備、生物醫學材料及技術,奈米科技與應用,光電零組件,微加工技術,自動化與物流管理設備,檢驗分析及研發的裝置等等。精準的加工技術將會是今後塑 膠機械發展的趨勢,塑膠加工也不再只是將原料膠粒單純地轉換成為產品的形狀而已。誰能充分表達塑膠隱藏於後的那些「幾乎感覺不到它的存在」的物性與化性,誰就可能是最大的勝出者。押出應用當然也包括最熱門的奈米及生醫科技的應用。汽車工業近年來與塑膠密不可分,材料與加工技術在這方面的應用也愈來愈廣。光電及微小零組 件的生產加工技術可以說是考驗機械業者實力的角力場所。

台灣的押出機向來以堅固耐用聞名,而整體的產值亦在世界佔有一席之地,近來的發展更是突飛猛進,就連外觀設計亦不亞於歐美機種,機械業者顯然已經由過去的仿製抄襲,逐漸琢磨出一條屬於自已的路。然而面對為數眾多的重要零組件與鋼材仍大量仰賴進口的窘境,業者這條路走地十分艱苦。即使如此,全球各地重要的橡塑膠展中,我 們仍能看到愈來愈多設計靈巧、製造精密的台灣塑膠加工機械攻城略地。這些機械過去的四十年曾讓臺灣塑膠加工產業得以穩定發展﹔今後,這些押出機和射出機亦會在這塊土地上持續地吃重演出!

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      更新期別: 2003IKE19-0. Date: 2003/11/25.
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