7/8/2013

1

Polymer Processing: การขนรปพอลเมอร

เทคโนโลยการเปลยนพอลเมอรหรอพอลเมอรคอมปาวน (polymer compound) ใหเปนชนงานทมรปทรงตางๆ

คอมปาวน คอ .....- Thermoplastic ทบรสทธ (virgin polymer) ผสมกบสารเตมเตม/สารเตมแตง (filler/additive)- มอนอเมอรส าหรบ Thermoset ผสมกบ filler/additiveและสารชวยเชอมขวาง (crosslinking agent)

ขนรป thermoplastic

คอมปาวน

หลอมเหลว และท าใหเยนในแมพมพ

ชนงานพลาสตก

ใสพมพ และใหความรอนเพอเกดการเชอมขวาง (curing)ขนรป thermoset

ปจจยทมผลตอการขนรป-flow or deformation or both (rheology)-heat transfer and thermal behaviour-ปจจยรองเชน mass transfer, chemical reaction

Batch Semicontinuous(Cyclical Process)

Continuous

CastingCompression moldingSheet formingThermoformingTransfer molding

Blow moldingInjection moldingRotational molding

CalenderingExtrusionPultrationFiber spinning

Extrusion การขนรปแบบอดรด

หลกการท างาน

polymer

สวนประกอบของ ExtruderFeed hopper

HeatersCores for cooling

water

Die

Screw

Drive shaft

Screw channel (Barrel)

1. Feed Zone หรอ solid conveying2.Compression Zone หรอ Transition หรอ Plasticating

123

3. Melt Zone หรอ metering

1. Feed zone-ท าใหเมดพลาสตกอนๆ (preheat) และล าเลยง (convey) สาร-ความกวางของสกร (screw) คงท

7/8/2013

2

การปอนวตถดบ-Flood feed

-Starved feed

2. Compression zone

-channel depth ↓-บดและผสมเมดพลาสตก (ไลอากาศ)-การถายเทความรอน (heat transfer) กบผนง barrel ดขน เนองจากความหนาของมวลสาร (thickness) ↓

หากสารมจดหลอมเหลวแคบ compression zone จะสนจดหลอมเหลวกวาง compression zone กวาง

3. Metering zone-screw depth คงท-หลอมละลายพลาสตกจนเปนเนอเดยว (homogenize to melt)-รกษา T & P ใหเหมาะกบการอดรด

4. Die zone ประกอบดวย breaker plate และ screen pack

สวนประกอบอนๆGear Pump

2 counter-rotating, intermeshing gearsควบคมอตราการไหลของพอลเมอรหลอมเหลว (polymer melt)

เหมาะกบงานทตองการความละเอยดสง น าหนกของผลตภณฑแนนอน

Single screw extruder

Twin screw extrude

7/8/2013

3

The limitation to high L/D ratios is the torque available from the motor (longer screws mean higher friction) and the capacity of the thrust bearings of the extruder.

Adiabatic ExtrusionA method of extrusion in which the sole source of heat is the conversion of the drive energy through the viscous resistance of the plastics mass in the extruder.

extrudate expansion

profile

การขนรปสายไฟ

การเคลอบวสดextrusion blow moulding

7/8/2013

4

Blow Molding — milk bottle

Extruded Parison-

Mold Open

Mold Closed and Bottle

Blown

Finished Bottle

Removed from Mold

Plastic

การขนรปแบบฉด (Injection Molding)

Hydraulic

Pressure

NozzleFeed hopper,

contains polymer pellets

Two Plates Hot Runner Mould

Tunnel Gate Tunnel Gate (Seperated)

7/8/2013

5

Moulding from Three Plates Mould Moulding from Three Plates Mould Reverse Pin gate

Injection blow molding

1

2

การขนรปแบบรด (carlendering)

Four-roll calender

Wad of plastic

To conditioning

equipment

Based on Billmeyer Fig. 17-4 (references Winding 1961)

การขนรปแบบอด (Compression Molding)

Platen

Mold

Plunger

Guide

Pins

Mold

Cavity

Platen

Hydraulic

Plunger

Heat and

Cooling

Heat and

Cooling

Hydraulic

Pressure

Compound to be molded

7/8/2013

6

การขนรปแบบถายเท(Transfer molding)

การขนรปแบบอด(Compression molding)

Vacuum thermoforming

pressure thermoforming (blow forming)

Negative mold

mechanical thermoforming

Rotational Molding

7/8/2013

7

กระบวนการขนรปแบบหมน จะประกอบไปดวย 4 ขนตอนหลก ไดแก

การใสพลาสตก (loading)

การใหความรอน (heating)

การหลอเยน (cooling)

การน าชนงานออก (unloading)

หลกการท างานของกระบวนการหมน หลกการท างานของกระบวนการหมน

วงจรการใหความรอนของกระบวนการหมน

Reactive Injection Molding (RIM)

Dry Spinning ปนแหง

ฉดพอลเมอรใหอยในรปสารละลาย ผานหวฉด (spinnerets) ท าการระเหยตวท าลายและสวนทเหลอในเสนใยโดยการใชลมรอน (hot air) เปา จากนนท าการดงยดเพอเพมความแขงแรง

ขนรปเสนใยพอลอะซเทต พอลไตรอะซเทต และพอลอะไครลค

Melt Spinningปนหลอม

หลอมพอลเมอรในเครองปนหลอม (melt extruder) แลวฉดผานหวฉด แลวดงยด

เสนใยสงเคราะหสวนใหญผลตโดยวธน เชน ไนลอน พอลเอสเทอร พอลเอทลน เปนตน

7/8/2013

8

Wet Spinning ปนเปยก (e.g. Kevlar)

ฉดสารละลายพอลเมอรผานหวฉดทจมอยในอางของสารละลายตกตะกอน (coagulation bath) เสนใยทตกตะกอนออกมาจากสารละลาย จะถกดงยดเพอเพมความแขงแรง แลวท าใหแหงโดยการใชลมรอนเปา ตวอยางเสนใยทผลตโดยวธนคอ เรยอน

Fiber Drawing

Drive roll

Heater (Optional)

Drawn yarn to

bobbin

Undrawn

pretwisted yarn

Control

rolls

Snubbing

pin

Skewed idler roll

1

2

(2 > 1)

Stretching Zone

ดายจากเสนใยสน (Spun yarn)ประกอบดวยเสนใยสนทขนเกลยว (twist) เพอใหยดตดกนเปนเสนดาย

ผวมกจะไมเรยบ เนองจากมปลายของเสนใยโผลออกมา

ดายจากเสนใยยาว (Filament yarn)ประกอบดวยเสนใยยาว (filament) ทรวมกนเปนกลมโดยอาจจะมการขนเกลยว

เพยงเลกนอย ผวมลกษณะเรยบ เสนใยอาจมลกษณะเปนเสนตรงเรยงกน หรอมลกษณะฟ (bulky) เนองจากการท าหยก (crimp) บนเสนใยยาว

ดายชนดพเศษ (Special yarn)เปนดายทมผลตขนเพอใชในงานเฉพาะทาง

ดาย (Yarns)

ลกษณะของเสนใย

ดเนยร (Denier) เปนหนวยการวดขนาดของเสนใย โดยเปนน าหนกในหนวยกรมของเสนใยทมความยาว 9,000 เมตร เสนใยทมคาดเนยรต าจงมความละเอยดมากกวา เสนใยทมคาดเนยรสงเนองจากมน าหนกนอยกวาในความยาวทเทากน

เทกซ (Tex) เปนหนวยการวดขนาดของเสนใยคลายกบดเนยร แตเปนน าหนกในหนวยกรมของเสนใยทมความยาว 1,000 เมตร

ดเนยรตอฟลาเมนต (Denier per filament, DPF) เปนคาทวดความละเอยดของเสนใยทอยในเสนดายซงมจ านวนเสนใยตงแต 2 ขนไป DPF = ดเนยรของฟลาเมนตนนหารดวยจ านวนฟลาเมนต (หรอจ านวนเสนใย) ทงหมด

โดยทวไปเสนใยทใชส าหรบเสอผามขนาดอยในชวง 1 ถง 7 ดเนยร เสนใยส าหรบท าพรมมขนาดใหญอยในชวง 15 ถง 24 ดเนยร

ขนาดเสนใย Basic Techniques

dipping

casting

Slush castingPouring of excess resin from mold

Hollow doll head

7/8/2013

9

Techniques used in Composites Industry

Hand Lay-up Spray

Pultration

Resin Bath

Heating

Reinforced Thermoset

Filament Winding

Winding of Kevlar Pressure Vessel

Filament Wound Pressure Vessel

Filament Wound Carbon/Epoxy Pipe Melt fracture