اتصالات, اخبار

اکسترودر چیست؟

اکسترودر

ناحیه تغذیه (Feed Zone):

کار این ناحیه، دادن گرمای اولیه به پلاستیک و انتقال آن به نواحی بعدی است. طراحی این ناحیه اهمیت بسیاری دارد. زیرا عمق ثابت ماردون طوری انتخاب شود که مواد لازم و کافی را به ناحیه اندازه گیری (Metering Zone) تغذیه کند، به طوری که نه دچار گرسنگی شود و نه در اثر زیاد بودن مواد، لبریز و پس زده شود. طراحی مناسب (Optimum) و متعادل، به طبیعت و شکل مواد تغذیه شونده (Feedstock)،شکل هندسی (Geometry) ماردون و خواص اصطکاکی پلاستیک نسبت به ماردون و محفظه بستگی دارد. رفتار اصطکاکی مواد تغذیه شده، تاثیر زیادی بر آهنگ ذوب شدن مواد دارد.

اکسترودر

ناحیه تراکم و فشردگی (Compression Zone):

در این ناحیه، عمق ماردونه به تدریج کم می شود که باعث متراکم شدن و فشردگی پلاستیک می شود. این فشردگی دو نقش اصلی اعمال می کند، یکی آنکه هوای محبوش در درون مواد را به ناحیه تغذیه می راند و دیگر آنکه انتقال حرارت را با کاهش دادن ضخامت مواد بهبود می بخشد.

ناحیه اندازه گیری و سنجش:

در این ناحیه، عمق ماردونه یکسان و ثابت، اما بسیار کمتر از عمق ناحیه تغذیه است. در این ناحیه، مذاب به صورت یکدست و یکنواخت در می آید به طوری که با آهنگ ثابتی، در درجه حرارت و فشار یکسان و ثابت، به حدیده تغذیه می شود. این ناحیه به راحتی و سادگی تحلیل و ارزیابی می شود، زیرا مشتمل بر جریان مذاب گرانروان در درون مجرایی با عمق و ابعاد ثابت است.

طول قسمت های سه گانه ماردون خاص، بستگی به ماده ای دارد که تحت اکستروژن قرار می گیرد. برای نمونه نایلون خیلی سریع ذوب می شود، به طوری که تراکم و فشردگی مذاب در طول یک گام از ماردون نیز قابل تامین است. اما پلی وینیل کلراید، به حرارت خیلی حساس است و بنابراین طول ناحیه فشردگی برای آن برابر با طول ماردون است. از آنجا که پلاستیک ها دارای گرانروی های متفاوت هستند، رفتار آنها در خلال اکستروژن نیز فرق دارد.

آهنگ وزنی بیرونی واقعی ۲۵ % با آنچه نشان داده شده اختلاف نشان می دهد که بستگی به دما، سرعت ماردون و غیره دارد. در اکسترودرهای تجاری، نواحی اضافی برای بهبود کیفیت محصول به ماردون افزوده می شود. به عنوان مثال، ناحیه اختلاطی (Mixing Zone) مشتمل بر پلکان هایی (Flights) با گام کمتر یا معکوس، به دلیل کسب اطمینان از یکنواختی مذاب و کافی بودن آن در منطقه اندازه گیری، استفاده می شود.

برخی از اکسترودرها ناحیه هواگیری (منفذ خروج هوا) وجود دارد. وجود این ناحیه به این علت است که بعضی پلاستیک ها جاذب رطوبت(Hygroscopic) هستند یعنی از محیط اطراف خود رطوبت جذب می کنند و اگر به همین صورت مرطوب در اکسترودر فاقد ناحیه هواگیری استفاده شوند، کیفیت محصول نهایی خوب نیست، زیرا در داخل مذاب، بخار آب محبوس می شود.

برای رفع این مشکل راه حل آن است که مواد تغذیه شونده به اکسترودر را قبلاً خشک کنیم. این روش هزینه بالایی دارد و امکان آلودگی نیز در مواد ایجاد می کند.

روش دوم، استفاده از محفظه های منفذدار (Vented Barrels) است. در اولین قسمت ماردون، مواد که به صورت دانه بندی است، پس از ورود ذوب شده، بعد به روش رایج فشرده و همگن می شود. آنگاه با ورود به ناحیه غیر فشردگی (Decompression-Zone)،فشار مذاب به محیط کاهش می یابد، این عمل، امکان خروج و گریز بخار و سایر مواد فرار از داخل مذاب را از طریق منفذ تعبیه شده در بدنه اکسترودر فراهم می کند. آنگاه مذاب در طول محفظه به ناحیه دوم فشردگی هدایت می شود تا از محبوس شدن هوا در مذاب جلوگیری به عمل آید.

علت دفع بخار این است که در دمایی برابر با ۲۵۰ درجه سانتیگراد، بخار آب موجود در پلاستیک مذاب دارای فشاری برابر MN/m2 ۴ است که باعث بیرون رفتن آسان آن از مذاب و گریز از منفذ خروج می شود. توجه کنید که چون فشار محیط تقریباً ۰/۱ MN/m2 است، استفاده از مکش خلاء (Vacuum) در منفذ خروجی، اثر کمی در خروج بخار و مواد فرار دارد.

یکی دیگر از اجزای مهم اکسترودر، صافی (Gauze Filter) بعد از ماردون و قبل از حدیده است. این صافی به شکل تماما تاثیر گذار هرگونه مواد ناهمگون و ناخالصی ها را از مذاب جدا می کند. عدم وجود آن حتی امکان دارد باعث انسداد حدیده گردد. این صفحات صاف و غربال کننده معمولاً مذاب را تا مقیاس ۱۲۰ تا ۱۵۰ m صاف و تصفیه می کنند. اما شواهد موجود نشان می دهد که ذراتی کوچکتر از مقیاس فوق، باعث شروع ایجاد ترک های مویین در تولیدات پلاستیکی نظیر لوله های تحت فشار پلی اتیلنی می شود. برای چنین مواردی صافی های بسیار ظریفی در مقیاس ۴۵ m به کار می رود که به گونه ای موثر و جالب توجه، کیفیت و عمر بالای محصول را بهبود می بخشد.

از آنجا که این صافی های ظریف آسیب پذیر است، به وسیله ی صفحه سرعت شکنی (Breaker plate) هدایت می شود. این صفحه تعداد زیادی سوراخهای مماس بر یکدیگر و بسیار تنگاتنگ دارد که بدون اینکه به ذرات جامد سوخته (Dead-Spots) احتمالی همراه با مذاب اجازه ورود دهد، مذاب را عبور می دهد. این صفحه سرعت شکن همچنین جریان مذابی را که پس از خروج به صورت حلزونی در آمده است خطی می کند. چون منافذ این صافی های ظریف به تدریج بسته می شود، پی در پی باز شده، تعویض می شود.

در بسیاری از اکسترودرهای پیشرفته با صافی های ظریف، کار تعویض آنها بدون احتیاج به توقف اکسترودر صورت می گیرد. همچنین باید خاطر نشان کنیم که اگرچه این وظیفه اصلی صفحه سرعت شکن و صاف نیست، اما به ایجاد فشار معکوسی که باعث بهبود اختلاط مذاب می شود کمک می کند. چون فشار در حدیده اهمیت زیادی دارد، شیری (valve) بعد از صفحه سرعت شکن در اکسترودر وجود دارد که امکان تنظیم لازم را فراهم می آورد.

چگونگی جریان (Mechanism of flow) پلاستیک با حرکت در طول ماردون به صورت زیر ذوب می شود. اول لایه نازکی (Thin Film) از ماده مذاب در جداره محفظه تشکیل می شود. با چرخش ماردون این لایه از جداره محفظه کنده شده به قسمت جلوی پیکان ماردون منتقل می شود و زمانی که به سطح خود ماردون (Core of screw) می رسد، دوباره به طرف بالا جاروب می شود. بدین ترتیب حرکت چرخشی در جلوی پیکان ماردون(پیشانی ماردون) به وجود می آید.

در آغاز، پلکان ماردون حاوی دانه های جامد است که در اثر حرکت چرخشی به درون حوضچه مذاب جاروب می شود. با استمرار چرخش ماردون، مواد بیشتری به درون حوضچه مذاب ریخته می شود. تا اینکه در آخر فقط مواد مذاب است که پلکانهای ماردون اکسترودر وجود دارد.

در اثنای گردش ماردون در درون محفظه، حرکت مواد در راستای طول ماردون بستگی به چسبندگی مواد به ماردون یا محفظه دارد. به طور نظری در مرز افراط و تفریط (Extremes) وجود دارد. در یکی فقط مواد به درون ماردون چسبیده است، در نتیجه ماردون و مواد مثل استوانه توپر و جامدی در درون محفظه می چرخد. در این حالت نامناسب هیچ خروجی وجود ندارد. در حالت دوم، مدار روی ماردون می لغزد و مقاومت زیادی در برابر گردش ماردون در درون محفظه به وجود می آورد. در این حالت حرکتی در جهت محور دستگاه برای مذاب فراهم می شود که بهترین حالت ممکن است. در عمل، رفتار واقعی، حالتی بین دو واحد است زیرا مواد هم به ماردون و هم به بدنه اکسترودر می چسبد.

خروجی مناسب ناشی از به وجود آمدن جریان کشنده و جلو برنده ای (Drag flow) در اثر چرخش ماردون و سکون محفظه است که به حرکت سیال گرانروان بین دو صفحه موازی شباهت دارد که در آن صفحه ای ثابت و صفحه دیگر دارای حرکت است.

علاوه بر این، جریان دیگری هم ناشی از اختلاف فشار بین دو انتهای ماردون است وجود دارد و به این علت که حداکثر فشار در انتهای اکسترودر به وجود می آید، جریان فشاری (Pressure flow) خروجی را کاهش می دهد. همچنین به علت فاصله (Clearance) که بین پلکانهای ماردون و بدنه اکسترودر وجود دارد اجازه نشتی به مواد در جهت عکس امتداد ماردون داده، به طور موثری خروجی گاز را کم می کند. فرار و گریز مواد به سمت عقب ماردون در حالتی که ماردون فرسوده (Worn) باشد زیاد است. گرما یا سرمای خارج اکسترودر نیز نقش اصلی در نحوه ذوب شدن مواد اعمال می کند.

در اکسترودرهایی که دارای خروجی بسیاری هستند، مواد، طول محفظه اکسترودر را سریع می کند. در نتیجه گرمای ذوب شدن کامل در اثر عمل برش تولید می شود و به استفاده از حرارت دهنده های بیرونی محفظه اکسترودر نیازی نیست. لذا در این حالت اگر گرمای زیادی در مذاب به وجود آمده باشد سرد نگه داشتن محفظه اهمیت بالایی دارد. در بعضی مواقع خنک کردن ماردون اکسترودر نیز نیاز است که البته اثری بر درجه حرارت مذاب ندارد.

اما اثر مالشی (اصطکاکی) بین پلاستیک و ماردون را کم می کند. در همه اکسترودرها خنک کردن محفظه اکسترودر در ناحیه تغذیه ضروری است و لازم است تا بتوان اطمینان کاملی از تغذیه بدون درد سر مواد به اکسترودر به دست آورد.

طبیعت و حالت گرمایی مذاب در اکسترودر با دو حالت ترمودینامیکی مقایسه می شود. اولی حالت بی دررو (Adiabatic) است، به این مفهوم که سیستم تماما مجزا از محیط خارج است و هیچ جذب و دفع حرارتی در آن اتفاق نمی افتد. اگر این حالت مرغوب در اکسترودر حاکم نباشد، فقط مقداری کار لازم است روی مذاب انجام شود تا گرمای مشخصی تولید کند که به ازاء آن هیچ ضرورتی به گرم یا سرد کردن دستگاه نباشد.

حالت مطلوب دوم، به همدما (Isothermal) رایج است که در این حالت، درجه حرارت در تمام نقاط مذاب یکسان است و در نتیجه محفظه به گرم کردن و سرد کردن مستمر و دائمی برای جبران هرگونه اتلاف یا اخذ حرارت از مذاب برای ثابت ماندن دما احتیاج دارد. در عمل، عملیات حرارتی در اکسترودرها بین دو حالت مرزی فوق قرار دارد. اکسترودرها ممکن است بدون هیچ حرارت دهنده یا سرد کننده بیرونی کار کنند. اما در واقع در این صورت بی در رو نیست، زیرا اتلاف حرارت اتفاق می افتد.

از سمت دیگر با حالت همدما در تمام طول اکسترودر مواجه نیستیم زیرا دانه های جامد نسبتاً سردی به اکسترودر تغذیه می شود. اما بعضی از نواحی اکسترودر امکان دارد خیلی نزدیک به حالت همدما باشد. معمولاً ناحیه انداره گیری در بحث و تحلیل همدما در نظر گرفته می شود. در حالت کلی: جریان خروجی از اکسترودر را برآیند سه مولف می دانیم جریان جلو برنده و کشنده جریان فشاری جریان نشتی (Leakage flow)

اکسترودر دو ماردونه

مشخصه های عمومی اکسترودر دو ماردونه در سالهای اخیر استفاده از اکسترودرهای دوماردونه که در درون محفظه داغ اکسترودر حرکت چرخشی دارد، افزایش یافته است. این دستگاه ها در مقایسه با اکسترودرهای تک ماردونه تفاوتهایی در آهنگ خروجی، بازده اختلاط، حرارت تولید شده و نظایر آن نشان می دهد.

خروجی اکسترودر دوماردونه معمولاً سه برابر اکسترودر تک ماردونه ای با همان قطر و سرعت است. اگرچه اصطلاح ماردون دوقلو اصطلاحی بین المللی برای اکسترودرهای دو ماردونه است، اما دو ماردون لزوماً یکسان نیستند. در واقع انواع مختلفی از این دستگاه موجود است. بعضی از آنها را که دارای ماردون هایی با گردش در سمت مخالف یا موافق یکدیگر است نشان می دهد و به علاوه ماردونها امکان دارد به شکل جفت شده (Conjugated) یا جفت نشده (Non-Conjugated) باشند.

در حالت جفت نشده، بین پلکان های ماردون فضای خالی وجود دارد که امکان حضور مواد را نیز فراهم می کند. در اکسترودر دو ماردونه ای با جهت چرخش مخالف یکدیگر، مواد دچار برش و فشردگی می شوند(نظیر آنچه در غلتکرانی اتفاق می افتد) یعنی مواد بین غلتک هایی با جهت چرخش متفاوت، فشرده می شود.

در اکسترودر حاوی دو ماردون با جهت چرخش یکسان، مواد از یک ماردون به دیگری انتقال داده می شود. این نوع آرایش برای مواد حساس به حرارت کاملاً مناسب است، زیرا مواد در اکسترودر به سرعت منتقل می شود بدون اینکه کمترین امکان ماندگار شدن موضعی (Entrapment) مواد وجود داشته باشد. حرکت مواد در اطراف ماردون های جفت نشده کمتر (کندتر) است ولی نیروی جلوبرنده (Propulsive) بزرگتر است.

روش های شکل دهی با استفاده از اکسترودر

اکستروژن روشی بسیار انعطاف پذیری است و با استفاده از حدیده مناسب می توان طیف وسیعی از تولیدات را تهیه کرد. بعضی از این روش های بسیار رایج را در اینجا ذکر می کنیم:

– تولید دانه گونه (Granule production)
– تولید پروفیل (Profile production)
– تولید ورقه های بسیار نازک به طریقه دمشی (Film blowing)
– قالبگیری دمشی (Blow Molting)

نوشته های مشابه

1 دیدگاه در “اکسترودر چیست؟

دیدگاهتان را بنویسید