دستگاه اکسترودر و کاربردهای آن در صنعت ، کاربردها ، مزایا و تفاوت طراحی پیچ و سیلندر اکسترودر بر اساس نوع محصول و نوع ماده پلیمری و ...

دستگاه اکسترودر و کاربردهای آن در صنعت

مقدمه:

دستگاه اکسترودر یکی از دستگاه‌های مهم در صنعت است که برای تولید مواد پلاستیکی و فلزی به کار می‌رود. این دستگاه با استفاده از فشار و حرارت، مواد خام را مورد پردازش قرار داده و به شکل‌های مختلف تبدیل می‌کند. در این مقاله، به معرفی دستگاه اکسترودر و کاربردهای آن در صنعت خواهیم پرداخت.

1. کاربردهای دستگاه اکسترودر:

   - تولید لوله‌ها و تسمه‌های پلاستیکی: اکسترودر برای تولید لوله‌ها و تسمه‌های پلاستیکی که در صنایع مختلف مانند صنایع ساختمانی و خودروسازی استفاده می‌شوند، به کار می‌رود.

   - تولید فیلم‌های پلاستیکی: اکسترودر برای تولید فیلم‌های پلاستیکی که در صنایع بسته‌بندی و تولید کیسه‌های پلاستیکی استفاده می‌شوند، به کار میرود.

   - تولید قطعات پلاستیکی: اکسترودر برای تولید قطعات پلاستیکی مانند پروفیل‌های پلاستیکی، نوار‌های پلاستیکی و اجزای داخلی خودروها استفاده می‌شود.

   - تولید مواد پلیمری: اکسترودر برای تولید کامپاند مواد پلیمری مانند پلی‌استر، پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن به کار می‌رود.

2. مزایای استفاده از دستگاه اکسترودر:

   - افزایش سرعت تولید: استفاده از دستگاه اکسترودر باعث افزایش سرعت تولید می‌شود و در نتیجه، بهبود عملکرد و کارایی صنعتی را فراهم می‌کند.

   - کاهش هزینه تولید: استفاده از دستگاه اکسترودر باعث کاهش هزینه‌های تولید می‌شود زیرا این دستگاه قابلیت تولید دسته‌ای از محصولات را در یک زمان دارد.

   - افزایش کیفیت محصولات: استفاده از دستگاه اکسترودر باعث بهبود کیفیت محصولات می‌شود زیرا این دستگاه قابلیت تولید محصولات با ابعاد دقیق و کیفیت بالا را دارد.

 در ادامه این مقاله تفاوت طرحی  اکسترودر بر اساس نوع محصول و نوع ماده پلیمری و ... مورد بررسی قرار میگیرد:

 تفاوت طراحی پیچ و سیلندر دستگاه اکسترودر بر اساس نوع محصول، به عنوان مثال برای تولید فیلم پلاستیکی و لوله پلاستیکی :

1. شکل و پیکربندی: پیچ و سیلندر برای اکستروژن فیلم معمولاً در مقایسه با مواردی که برای اکستروژن لوله استفاده می‌شود، طراحی طولانی‌تر و باریک‌تری دارند. این به این دلیل است که اکستروژن فیلم نیاز به جریان یکنواخت و مداوم پلاستیک مذاب دارد، در حالی که اکستروژن لوله به فشار بالاتر و ذوب کارآمدتر مواد پلاستیکی نیاز دارد.

2. بخش تغذیه: قسمت تغذیه پیچ که وظیفه انتقال و ذوب مواد پلاستیکی را بر عهده دارد، ممکن است ویژگی های متفاوتی برای اکستروژن فیلم و لوله داشته باشد. در اکستروژن فیلم، بخش تغذیه برای اطمینان از ذوب و اختلاط مداوم پلاستیک طراحی شده است، در حالی که در اکستروژن لوله، بیشتر بر ذوب موثر پلاستیک و ایجاد مذاب همگن تمرکز دارد.

3. نسبت تراکم: نسبت تراکم پیچ، که نسبت عمق پره به قطر ریشه پیچ است، ممکن است برای اکستروژن فیلم و لوله متفاوت باشد. پیچ های اکستروژن فیلم معمولاً دارای نسبت تراکم کمتری برای حفظ فشار ثابت تر و اطمینان از ذوب یکنواخت هستند، در حالی که پیچ های اکستروژن لوله دارای نسبت تراکم بالاتری برای ایجاد فشار لازم برای فشار دادن پلاستیک مذاب از طریق قالب هستند.

4. سرمایش و گرمایش: سیلندر دستگاه اکسترودر بسته به کاربرد ممکن است مکانیسم های سرمایش و گرمایش متفاوتی داشته باشد. سیلندرهای اکستروژن فیلم اغلب مناطق خنک کننده بیشتری برای کنترل دما و جامد شدن سریع پلاستیک مذاب دارند، در حالی که سیلندرهای اکستروژن لوله ممکن است مناطق گرمایش بیشتری برای حفظ دمای مورد نیاز برای ذوب و شکل دادن به پلاستیک داشته باشند.

5. طراحی قالب: طراحی قالب که پلاستیک را به شکل فیلم یا لوله مورد نظر در می آورد، برای اکستروژن فیلم و لوله نیز متفاوت است. قالب های اکستروژن فیلم معمولاً مسطح و باریک یا دایره شکل هستند که امکان تولید لایه های نازک و عریض را فراهم می کند، در حالی که قالب های اکستروژن لوله دارای شکل دایره ای یا حلقوی برای تولید لوله هایی با قطرهای مختلف هستند.

به طور کلی، طراحی پیچ و سیلندر در دستگاه اکسترودر برای تولید فیلم پلاستیکی و لوله های پلاستیکی با الزامات خاص هر فرآیند، مانند ابعاد محصول مورد نظر، کیفیت مذاب و الزامات فشار، طراحی شده میشود.

 تفاوت طراحی پیچ  دستگاه اکسترودر بر اساس نوع پلیمر : به عنوان مثال  برای پلی پروپیلن (PP) و پلی اتیلن (PE) می تواند به دلیل خواص مختلف و ویژگی های پردازش این مواد متفاوت باشد. در اینجا چند تفاوت اصلی وجود دارد:

1. نسبت تراکم: پلی پروپیلن در مقایسه با پلی اتیلن ویسکوزیته مذاب بالاتری دارد. بنابراین، پیچ مورد استفاده برای اکستروژن PP معمولاً دارای نسبت تراکم بالاتری برای ایجاد فشار و برش کافی برای ذوب و انتقال موثر مواد است. از طرف دیگر، پیچ برای اکستروژن پلی اتیلن ممکن است به دلیل ویسکوزیته مذاب پایین تر، نسبت تراکم پایین تری داشته باشد.

2. عناصر اختلاط: پلی پروپیلن اغلب به اختلاط فشرده تری در طول فرآیند اکستروژن برای اطمینان از ذوب و همگنی یکنواخت نیاز دارد. در نتیجه، پیچ برای اکستروژن PP ممکن است دارای عناصر اختلاط اضافی، مانند بخش های اختلاط توزیعی یا پراکنده، برای افزایش راندمان اختلاط باشد. برای اکستروژن پلی اتیلن، طراحی پیچ ممکن است بیشتر بر انتقال و ذوب مواد به جای اختلاط شدید تمرکز کند.

3. بخش تغذیه: بخش تغذیه پیچ که مسئول انتقال و ذوب پلاستیک است، ممکن است برای اکستروژن PP و PE متفاوت باشد. PP دمای ذوب بالاتری در مقایسه با PE دارد، بنابراین بخش تغذیه پیچ برای اکستروژن PP ممکن است دارای مناطق گرمایش اضافی یا ظرفیت گرمایش بالاتر برای رسیدن به دمای ذوب مورد نیاز باشد. پیچ های اکستروژن پلی اتیلن ممکن است طراحی بخش تغذیه ساده تری با تاکید کمتر بر گرمایش داشته باشند.

4. سرمایش و گرمایش: مکانیسم های سرمایش و گرمایش در دستگاه اکسترودر نیز می تواند برای اکستروژن PP و PE متفاوت باشد. PP اغلب برای جامد شدن سریع مواد مذاب و حفظ ثبات ابعادی به خنک سازی کارآمدتر نیاز دارد. بنابراین، سیلندر اکسترودر برای اکستروژن PP ممکن است مناطق خنک کننده بیشتری یا ظرفیت خنک کننده افزایش یافته داشته باشد. اکستروژن پلی اتیلن ممکن است به خنک سازی کمتری نیاز داشته باشد و سیلندر اکسترودر ممکن است مناطق خنک کننده کمتری داشته باشد.

5. پوشش پیچ: در برخی موارد، پیچ مورد استفاده برای اکستروژن PP ممکن است با یک ماده مقاوم در برابر سایش پوشش داده شود یا دارای یک سطح سخت شده برای مقاومت در برابر ماهیت ساینده مواد باشد. پلی اتیلن، به دلیل سایندگی کمتر، ممکن است به چنین پوشش اضافی یا سخت کاری بیشتر  نیاز نداشته باشد.

توجه به این نکته مهم است که طراحی پیچ اکسترودر می تواند بسته به نیازهای خاص، مانند درجه PP یا PE، ویژگی های محصول مورد نظر و پارامترهای فرآیند اکستروژن متفاوت باشد. تولیدکنندگان ممکن است طراحی پیچ را برای بهینه سازی فرآیند اکستروژن و دستیابی به کیفیت و کارایی مطلوب برای هر ماده سفارشی کنند.

 تفاوت طراحی پیچ و سیلندر برای اکسترودرهای کامپاندر و مستربچ:

1. قابلیت اختلاط: کامپاند کردن شامل ترکیب چندین ماده مانند پلیمرها، پرکننده ها، افزودنی ها و تقویت کننده ها برای ایجاد یک ترکیب نهایی با خواص خاص است. بنابراین، طراحی پیچ برای اکسترودرهای کامپاندر اغلب شامل عناصر مختلف اختلاط مانند بلوک‌های خمیری، بخش‌های اختلاط توزیعی یا عناصر با پره معکوس است. این عناصر، ترکیب و پراکندگی موثر اجزای مختلف را تسهیل می کنند و یکنواختی را در سراسر ترکیب تضمین می کنند.

2. برش و فشار مورد نیاز: کامپاندر اغلب به برش و فشار بالاتری در مقایسه با سایر فرآیندهای اکستروژن نیاز دارد. در نتیجه، طراحی پیچ و سیلندر برای اکسترودرهای ترکیبی ممکن است نسبت تراکم بالاتری برای ایجاد برش و فشار لازم برای اختلاط و ذوب مؤثر مواد داشته باشد.

3. تغذیه و تهویه: کامپاندرها ممکن است برای وارد کردن اجزای مختلف به فرآیند اکستروژن به چندین پورت تغذیه نیاز داشته باشند. طراحی پیچ ممکن است شامل بخش های تغذیه خاصی باشد تا از تغذیه دقیق و کنترل شده هر جزء اطمینان حاصل شود. علاوه بر این، اکسترودرهای کامپاندر ممکن است دارای مناطق تهویه در سیلندر برای حذف هر گونه اجزای فرار یا گازهای تولید شده در طول فرآیند باشند.

4. کنترل دما: کامپاندر اغلب به کنترل دقیق دما برای دستیابی به ویسکوزیته مذاب مورد نظر و اطمینان از ترکیب و پراکندگی مناسب مواد نیاز دارد. طراحی سیلندر ممکن است شامل چندین ناحیه گرمایش و سرمایش برای حفظ مشخصات دمای مورد نیاز در طول فرآیند اکستروژن باشد.

5. پوشش پیچ و مقاومت در برابر سایش: ترکیب کردن مواد پلیمری با مواد افزودنی یا پرکننده ها ممکن است شامل مواد ساینده یا خورنده باشد، بسته به اجزای در حال ترکیب. برای افزایش دوام و طول عمر پیچ، ممکن است با مواد مقاوم در برابر سایش پوشش داده شود یا دارای سطوح سخت شده باشد تا در برابر ماهیت ساینده ترکیبات در حال پردازش مقاومت کند.

برای اکستروژن مستربچ، که شامل ترکیب رنگ‌ها یا افزودنی‌ها با حامل پلیمری است، طراحی پیچ و سیلندر ممکن است شبیه اکسترودرهای کامپاندر باشد. با این حال، الزامات اختلاط ممکن است بیشتر باشد و طراحی ممکن است بیشتر بر روی ذوب کارآمد، پراکندگی و توزیع یکنواخت مواد افزودنی در ماتریس پلیمری تمرکز کند.

توجه به این نکته مهم است که طراحی خاص پیچ و سیلندر برای اکسترودرهای کامپاندر و مستربچ می تواند بر اساس عواملی مانند خواص محصول مورد نظر، نوع و غلظت مواد افزودنی، شرایط پردازش و میزان تولید متفاوت باشد. تولیدکنندگان ممکن است طراحی را برای بهینه سازی فرآیند اکستروژن و دستیابی به کیفیت و کارایی مطلوب برای هر برنامه طراحی کنند.

اثرات L/D بر طراحی پیچ اکسترودر: نسبت L/D (طول به قطر) پارامتر مهمی است که بر طراحی و عملکرد پیچ ​​اکسترودر تأثیر می گذارد:

1. ذوب و اختلاط: نسبت L/D بر قابلیت های ذوب و اختلاط پیچ تأثیر می گذارد. نسبت L/D بالاتر زمان ماندگاری طولانی تری را برای مواد در اکسترودر فراهم می کند و امکان ذوب و اختلاط کارآمدتر را فراهم می کند. این امر به ویژه برای موادی که نیاز به ذوب و اختلاط کامل دارند، مانند ترکیبات یا مستربچ ها بسیار مهم است. نسبت L/D طولانی تر، فرصت های بیشتری را برای مواد برای قرار گرفتن در معرض گرما و برش فراهم می کند و در نتیجه ذوب و اختلاط بهتری حاصل می شود.

2. انتقال: نسبت L/D نیز بر راندمان انتقال پیچ تأثیر می گذارد. نسبت L/D طولانی تر، کانال طولانی تری را برای حمل مواد در طول پیچ فراهم می کند. این می تواند برای موادی که خواص جریان ضعیفی دارند یا انتقال آنها دشوار است مفید باشد، زیرا کانال طولانی تر زمان و فضای بیشتری را برای حمل و نقل مواد فراهم می کند. با این حال، اگر نسبت L/D بیش از حد طولانی باشد، می تواند منجر به زمان ماند بیش از حد و تخریب احتمالی مواد شود.

3. افزایش فشار: نسبت L/D بر افزایش فشار در اکسترودر تأثیر می گذارد. نسبت L/D طولانی‌تر فضای بزرگ‌تری را برای فشرده‌سازی مواد فراهم می‌کند و فشار بالاتری ایجاد می‌کند. این می تواند برای موادی که نیاز به فشار بالا برای ذوب یا دستیابی به کیفیت محصول خاص دارند مفید باشد. با این حال، اگر نسبت L/D بیش از حد طولانی باشد، می‌تواند منجر به افزایش فشار بیش از حد شود که باعث ایجاد مشکلاتی مانند شکستگی مذاب یا افزایش مصرف انرژی می‌شود.

4. خنک کننده: نسبت L/D بر ظرفیت خنک کننده اکسترودر تأثیر می گذارد. نسبت L/D طولانی‌تر، سطح بیشتری را برای خنک‌سازی فراهم می‌کند و امکان انتقال گرما و خنک‌سازی بهتر مواد را فراهم می‌کند. این می تواند برای موادی که برای جامد شدن یا حفظ ثبات ابعادی نیاز به خنک شدن سریع دارند مفید باشد. با این حال، اگر نسبت L/D بیش از حد طولانی باشد، می تواند منجر به خنک شدن بیش از حد شود که منجر به انجماد زودرس یا کیفیت مذاب ضعیف شود.

5. توان عملیاتی: نسبت L/D می تواند بر توان عملیاتی اکسترودر تأثیر بگذارد. نسبت L/D طولانی‌تر معمولاً به دلیل افزایش زمان ماند و بهبود ذوب و اختلاط، توان عملیاتی بالاتری را ممکن می‌سازد. با این حال، یک محدودیت عملی برای نسبت L/D وجود دارد، زیرا پیچ های بیش از حد طولانی می تواند منجر به مشکلاتی مانند افزایش مصرف انرژی، تخریب مواد یا کاهش خروجی شود.

توجه به این نکته مهم است که نسبت L/D بهینه برای یک پیچ اکسترودر به عوامل مختلفی از جمله ماده در حال پردازش، خواص محصول مورد نظر، شرایط پردازش و محدودیت‌های تجهیزات بستگی دارد. تولیدکنندگان ممکن است نسبت L/D را برای بهینه سازی فرآیند اکستروژن و دستیابی به کیفیت و کارایی مطلوب برای هر برنامه تنظیم کنند.

هوشیار حیدری

منبع: onlinepolymer.com-آنلاین پلیمر

کپی از  این مطلب با ذکر منبع بلامانع است.