اتصالات, اخبار, لوله

عوامل موثر در تولید پلی تیلن(بخش سوم)

پلی اتیلن

صافی (Screen Changer)

برای جلوگیری از خروج مواد تماما مذاب نشده، تجمع های ناشی از وجود مستربچ نامناسب یا ژل های پلیمری تشکیل شده حین فرآیند اکستروژن از یک صفحه مشبک و یک قاب فلزی استفاده می شود. این صفحه مشبک بعد از یک مدت زمان تولید به علت عوامل ذکر شده دچار گرفتگی خواهد شد که می بایست  با یک صفحه مشبک نو جایگزین شود. عمل جایگزینی به دو صورت دستی و یا اتوماتیک انجام می گیرد. دستگاه های جدید مجهز به screen charger می باشند یعنی بطور اتوماتیک با توجه به فشار پشت دای صفحه مشبک تعویض می باشد. حداکثر مش صفحه مشبک ۱۲۰ می باشد. استفاده از مش های پایین تر از یک طرف موجب افزایش اطمینان از عدم خروج ناخالصی ها و از طرف دیگر موجب افزایش فشار پشت دای می شود. استفاده از مش های پایین تر هنگام تولید مستر بچ توصیه می گردد.

پلی اتیلن تک جداره

سیستم نمایانگر فشار

با توجه به رابطه، اختلاف فشار پشت دای مشخص کننده میزان دبی عبوری از دای می باشد. واضح است که نوسانات زیاد در فشار فوق موجب تغییرات در قطر ضخامت لوله می گردد. کاهش شدید علاوه بر کم شدن دبی خروجی از دای، موجب کاهش جریان برگشتی فشاری در اکسترودر و در نتیجه کاهش اختلاط و همگن سازی مذاب می گردد. از طرفی افزایش شدید به هر دلیلی موجب افزایش تنش در دیواره و دای مطابق رابطه و رسیدن به تنش بحرانی شکست مذاب می گردد. بنابراین سطح لوله تولیدی ناصاف و چین خورده خواهد شد. بنابراین کنترل فشار پشت دای یکی از بزرگترین ابزارهای کنترل در نوسان دبی و لذا نوسان در ابعاد محصول نهایی می باشد.

علت ایجاد فشار در پشت دای

ساختار پیچ باید به صورتی طراحی شود که با نزدیک شدن به دای عمق کانالها کم شده و پیچ موجب فشرده شدن مذاب پشت دای گردد تا هم یک نیروی محرکه برای حرکت مذاب در دای ایجاد شود و هم یک ذخیره مذاب برای تولید پیاپی فراهم گردد.

اگر به هر علتی مسیر عبور به سمت گلکی و دای محدود یا مسدود شود فشار پشت دای به شکل فزاینده ای شروع به افزایش می کند. از مهم ترین دلایل افزایش فشار موارد ذیل می باشد:

۱٫ تخریب حرارتی زیاد پلی اتیلن و تشکیل ژل پلیمری

۲٫ تجمع ذرات(Agglomerate  ) ناشی از نامناسب بودن مستربچ یا عدم پخش آن

موارد فوق باعث تجمع مذاب پشت صافی و بالا رفتن فشار پشت دای می شود. سنسور فشار و ترانسدیوسر نصب شده پشت صافی می بایست توانایی تشخیص و نشان دادن سریع افزایش فشار را داشته باشد، تا با ایجاد راهکارهای مناسب (معمولاً عوض کردن صافی به صورت دستی یا اتوماتیک) یا تغییرات فرایندی (تغییر دما و دور پیچ) فشار در محدوده مناسب پیشنهادی، ۱۲ مگاپاسکال، کنترل گردد.

کلگی (Die Head)

مذاب بیرونی از اکسترودر دارای شکل میله ای (rod) است که باید به شکل لوله (annulus) تبدیل شود. به این منظور مذاب قبل از دای در کلگی به شکل آنالوسی پخش می گردند. در واقع کلگی وظیفه اصلی شکل دهی به مذاب خروجی را دارد. عملکرد مناسب کلگی اثر مستقیم بر خواص محصول دارد. برای تولید لوله های پلی اولفین از چهار نوع کلگی مختلف استفاده می شود:

  1. کلگی اسپایدر (Spider)
  2. کلگی اسپیرال (Spiral)
  3. کلگی سبدی (Lattice basket)
  4. ترکیبی (Combination)

کلگی اسپایدر به دلیل ایجاد چند خط جوش عمده بدترین نوع می باشد که امروزه استفاده از آن تقریبا منسوخ شده است و استفاده از این کلگی برای تولید لوله های پلی اولفین ممنوع می باشد.

کلگی های اسپیرال و سبدی جریان را به هزاران بخش تقسیم می کنند و بعد آنها را در شکل لوله به هم پیوند می دهند از این رو خط جوش عمده ای در محصول ایجاد نمی گردد. (لازم به ذکر است خط جوش ها به عنوان عوامل نقیصه زا شناخته شده و باعث بدترین نقیصه های طولی در لوله می شوند).

دای (Die)

دای وظیفه شکل دهی نهایی محصول به شکل لوله را بر عهده دارد. در دای ابعاد نهایی محصول مورد نظر ایجاد می گردد. دو ویژگی اصلی دای عبارتند از :

  1. دای باید هماهنگ با خواص ویژه ماده مورد فرآیند (پایداری حرارتی ، میزان چسبندگی به دیواره) ساخته شود.
  2. دای می باست به نحو صحیح باتوجه به دبی اکسترودر و اندازه لوله طراحی شود.
  • نکته بسیار مهم هماهنگی دای و اکسترودر می باشد. استفاده از یک دای کوچک برای اکسترودر بزرگ از نظر اقتصادی به صرفه نیست. در حالیکه استفاده از یک دای بزرگ به همراه یک اکسترودر با خروجی کم از نظر فرآیندی بسیار نقیصه زا است. چون در این حالت زمان اقامت در دای به شدت افزایش یافته و موجب تخریب حرارتی ماده می گردد. بنابراین می بایست از تولید لوله های با قطر و فشار اسمی بالا با اکسترودرهای با بیرونی کم به شدت پرهیز کرد.

کالیبراتور (Calibrator)

به منظور تنظیم و تثبیت دقیق قطر و ابعاد لوله خروجی از دای از وسیله ای به نام کالیبراتور استفاده می گردد. کالیبراتورها بر اساس فشار مثبت و فشار منفی (خلاء) عمل نموده و به دو دسته دستی و اتوماتیک تقسیم می شوند. پارامترهای تاثیر گذار در کالیبراتور  نوع و شکل سوراخ های کالیبراتور، جنس و ابعاد آن می باشد.

نوع و شکل سوراخ های کالیبراتور مختلف بوده و هر شرکت سازنده ای طرح و شکل مخصوص به خود را ارئه می کند. به لحاظ جنس سطح کالیبراتور بایستی خیلی صیقلی باشد از این رو بهترین آلیاژ قابل استفاده آلیاژ فسفر- برنج می باشد.

قطر درونی کالیبراتور می بایست ۳-۵ درصد بزرگتر از قطر بیرونی لوله باشد که این اختلاف با جمع شدگی (shrinkage) لوله اصلاح می شود. (میزان جمع شدگی لوله های پلی اتیلنی به طور متوسط ۳ درصد است). ضخامت کالیبراتور بین ۵-۱۰ میلیمتر می باشد.

لازم به ذکر است فاصله کالیبراتور از دای بایستی بین ۱۰-۲۰ سانتیمتر باشد تا مذاب بیرونی از دای بتواند در این فاصله تنش های وارده بر خود را رها کرده و تنش های پسماند در لوله کم شود. با افزایش ضخامت و قطر لوله، طول کالیبراتور نیز می بایست بیشتر گردد. همچنین لوله با خروج از کالیبراتور می بایست از دمای بلورینگی (Tc) خود گذشته و به دمای HDT رسیده باشد و دچار تغییر شکل نگردد.

تانک خلاء (Vacuum Tank)

به منظور ایجاد خلاء در اطراف کالیبراتور و نیز خنک کردن اولیه لوله از یک محفظه کاملاً ایزوله با فشاری کمتر از اتمسفر محیطی، به نام تانک خلا استفاده می گردد. نکات مهم در طراحی این تانک میزان خلاء، تعداد، فاصله و زاویه آبپاش ها و نیز شکل نازل آبپاش می باشد. در تانک خلا لوله شکل نهایی خود را می گیرد و ابعاد لوله خروجی از تانک و دمای آن مهمترین پارامترهای کنترل کننده نحوه عملکرد تانک خلاء می باشد. لازم به ذکراست که کالیبراتور با فشار منفی درون تانک خلاء قرار میگیرد. عملکرد پمپ خلاء می بایست به گونه ای باشد که فشار خلاء نوسانات شدید نداشته باشد چون در غیر این صورت موجب تغییرات نامنظم در قطر لوله می شود.

تانک های خنک کننده (Cooling Tank)

لوله در تانک خلاء شکل و ابعاد نهایی خود را گرفته سپس وارد تانک های خنک کننده می شود تا کاملاً به صورت جامد تبدیل شود. عملکرد تانک های خنک کننده به شکل مستقیم بر خواص فیزیکی مکانیکی لوله تولیدی تاثیرگذار است. در تانک های خنک کننده آب به صورت اسپری به سطح لوله پاشیده می شود و باعث خنک شدن و بلورینگی لوله می گردد. واضح است که شکل و درصد بلورها با نحوه انتقال حرارت و پاشش آب مشخص می گردد و از طرفی خواص مکانیکی شدیداً به شکل و اندازه بلورها وابسته است. برای عملکرد مطلوب تانک خنک کننده، می بایست دمای آب اسپری در محدوده مشخصی باشد. از طرفی می بایست اسپری آب در همه جوانب لوله صورت پذیرد. به صورتی که گرادیان دما در محیط لوله ایجاد نشود. به طور کلی طول تانک های خنک کننده باید در مجموع حداقل ۱۸ متر باشد که سه تانک ۶ متری با فاصله میانی ۱ متر توصیه می گردد. وجود فاصله بین تانک های خنک کننده به منظور کاهش اختلاف دمای سطح داخل و خارج لوله و کاهش تنش های پسماند حرارتی ضروری می باشد. دمای آب ورودی به تانک خنک کننده می بایست ۱۸ درجه باشد. وجود فیلتر آب و سختی گیری برای هر تانک به منظور جلوگیری از بسته شدن نازل های آبپاش توصیه می گردد.

کنترل ضخامت و ابعاد

تا قبل از سال ۱۹۹۰ کنترل ابعاد محصول (به عنوان کلیدی ترین مشخصه یک لوله )  توسط تغییرات در شرایط معدودی انجام می گرفت یا به عبارتی از یک حلقه باز برای کنترل ابعاد استفاده می شد . پارامتر های کنترلی هم عبارت بودند از دما در طول پیچ، سرعت چرخش پیچ و فشار پشت دای. سپس کنترل مبنی بر میزان جرم خروجی از اکسترودر  مورد توجه قرار گرفت. برای این منظور  از دستگاه Gravimetric استفاده گردید. در حقیقت Gravimetric جرم گرانول ورودی به hopper را کنترل می کند به طوریکه همیشه یک ارتفاع مشخص از مواد روی پیچ وجود خواهد داشت ، که با کاهش آن به صورت پیمانه ای مواد ازGravimetric به روی پیچ  افزوده می گردد.

استفاده از Gravimetric به تنهایی همانند یک سیستم تعادلی حلقه باز می باشد ولی مشاهده گردید که استفاده از آن به نحو بسیار چشمگیری نوسانات در ابعاد محصول کاهش می یابد. به طوری که اگرGravimetric و پیچ با هم هماهنگ عمل کنند نوسانات ابعاد به صورت چشمگیری کاهش می یابد.

با پیشرفت تکنولوژی، وجود Gravimetric جز الزامی از یک خط اکستروژن گردید، اما با توجه به عملکرد گاهاً غیر یکنواخت پیچ لازم گردید که Gravimetric در یک حلقه بسته کنترلی  قرار گرفته و از خروجی خط فرمان بگیرد. برای این منظور با نصب دستگاه اولتراسونیک ضخامت و ابعاد لوله در هر لحظه اندازاه گرفته شده و با توجه به سرعت تولید و دانسیته مذاب دبی جرمی خروجی محاسبه می گردد و از آنجا به Gravimetric فرمان داده  می شود تا به همان مقدار اجازه ماده وارد شدن به قیف را بدهد . این سیستم کنترلی حلقه بسته موجب کاهش شدید نوسانات قطر و ضخامت محصول و افزایش کیفیت لوله تولیدی می گردد. همچنین در مواردی اولتراسونیک با دستگاه کشنده میزان می شود که دستگاه اولتراسونیک برای تغییرات فرمان را به کشنده می دهد.

دستگاه اولتراسونیک

دستگاهی است که با استفاده از امواج فراصوت ضخامت لوله را در چندین نقطه در محیط لوله در هر لحظه اندازه می گیرد و با استفاده از سرعت کشنده و دانسیته مذاب دبی جرم بیرونی را مشخص می کند.

در مواردی دستگاه اولتراسونیک با کشنده و اکسترودر تنظیم می گردد در این حالت اولتراسونیک به کشنده فرمان داده و با ثابت بودن دبی جرمی ورودی به اکسترودر از طرف گراویمتریک با تغییرات سرعت کشنده دبی خروجی را کنترل می کند. به همین دلیل روزبه روز استفاده از اولتراسونیک برای کنترل ضخامت و وزن واحد طول رایج تر می گردد.

در موارد خاصی که دستگاه اولتراسونیک وجود نداشته باشد می توان گراویمتریک را با کشنده میزان نموده و تغییرات سرعت خروجی لوله را وزن مواد اضافه شده به قیف جبران نمود.

نشانه گذاری (Marking)

نشانه گذاری به دلیل ثبت اطلاعات اولیه بر روی لوله می باشد.

کشنده (Haul-off)

وظیفه اصلی کشنده، کشیدن لوله از دای، کالیبراتور و تانک های خنک کننده با سرعتی متناسب با سرعت لوله در این بخش ها و سرعت تولید می باشد. توان کشنده بایستی بیشتر از نیروهای اصطکاکی که در سایر قسمت های قبلی باعث کند شدن حرکت لوله می شوند، باشد. عوامل موثر در انتخاب و تنظیم کشنده عبارتنداز:

  1. قطر لوله: میزان بازشوندگی فک های کشنده بایستی ۵۰ میلیمتر بیشتر از قطر بزرگترین لوله ای باشد که خط قابلیت تولید آن را دارد.
  2. ضخامت دیواره و سختی سطح لوله: فک ها باید به صورت متقارن در محیط لوله قرار گیرند.
  3. سرعت و توان کشنده: کشنده نباید بیش از ۸۰ درصد توان خود را برای کشیدن لوله مصرف کند.

واحد برش (Cutting Unit)

دستگاه برش بایستی مجهز به دستگاه سرعت سنج باشد. لوله هایی با سایز کمتر از ۲۰۰ بهتر است با اره های چرخشی بریده شوند و اره های سیاره ای برای لوله هایی با اندازه بزرگ مناسب می باشند.

 جمع کننده (Roller)

برای لوله های تا سایز ۷۵ میلیمتر می توان آنها را بصورت کلاف های ۵۰، ۱۰۰ و ۱۵۰ متری بسته بندی نمود. برای این منظور از جمع کننده های پنوماتیک استفاده می کنند. پارامترهای موثر در هنگام کلاف شدن عبارتند از: سرعت جمع کننده، قطر جمع کننده و دمای لوله در حال جمع شدن. لازم به ذکر است قطر جمع کننده معادل ۲۴ برابر قطر لوله می باشد.

نوشته های مشابه

1 دیدگاه در “عوامل موثر در تولید پلی تیلن(بخش سوم)

دیدگاهتان را بنویسید