X
تبلیغات
ابراهیم سرا ( EBRAHIMSARA ) - ماردون دستگاه تزریق پلاستیک

شکل دهی پلاستیکها

1-4 مقدمه

یکی از مهمترین ویژگیهای پلاستیکها، سهولت شکل پذیری آنهاست. در بعضی حالات، قطعات نیمه کاملی نظیر ورقه ها یا میله های تولید شده، متعاقباً با استفاده از روشهای متداول ساخت، مانند جوشکاری یا ماشینکاری به قطعة نهایی تبدیل می شود. اما در بسیاری مواقع، قطعة نهایی، علی رغم برخورداری از شکلی کاملاً پیچیده، طی یک مرحله تولید می شود. عملیات حرارت دادن، شکل دادن و خنک کردن ممکن است (مانند تولید لوله به روش اکستروژن)[1] به دنبال یکدیگر و بدون وقفه[2] انجام شود و یا ممکن است طی مراحلی ناپیوسته، زمانگیر و تکرار شونده (مثل عملیات تولید تلفن خانگی به روش قالبگیری تزریقی) صورت پذیرد که در اکثر موارد، فرایند بطور خودکار انجام شده برای انجام شده برای تولید انبوه بسیار مناسب است.

طیف وسیعی از روشهای شکل دهی برای پلاستیکها کاربرد دارد. در بسیاری از حالات، انتخاب روش، به چگونگی شکل نهایی قطعه و گرمانرم یا گرما سخت بودن ماده بستگی دارد. بنابراین در عملیات طراحی، آگاهی طراح از روشهای متنوع شکل دهی، حائز اهمیت است، زیرا اشکال ناجور و نامناسب قطعه و یا مسایل جزیی کار طراحی، ممکن است محدودیتهای در انتخاب روش قالبگیری برای طراح ایجاد کند.

در این فصل، اصول روشهای شکل دهی پلاستیکها، با به کارگیری تحلیل نیوتنی بررسی می شود؛ اگر چه می دانیم که بیشتر جریانهای پلیمری مذاب، در واقع غیرنیوتنی است. هدف، ساده کردن بررسی و روش تحلیل، بدون در آمیختن با ریاضیات پیچیده است. در عمل، بررسی و تحلیل ساده، دقت لازم را به منظور تصمیم گیری در کارهای اولیة طراحی برای مهندس مربوط فراهم می آورد و یا حداقل تصویری کمّی از قضیه را برای درک بهتر فرایند به دست می دهد. در صورت نیاز به مدلهای دقیقتری از قالبگیری پلاستیکها، می توان به فصل 5- که در آن، جریان مذاب پلیمری به صورت غیر نیوتنی تحلیل شده است- رجوع کرد.

دستگاه تزریق پلاستیک

1-    : دستگاه تزریق یکی از مهمترین ماشین آلات صنعتی می باشد که از دو بخش اصلی تشکیل شده است:

1- بخش تزریق، ماشین تزریق

2- بخش قالب گیری ، ماشین تزریق

1- در بخش تزریق، عمل ذوب و تزریق مواد پلاستیکی صورت می گیرد، ابتدا مواد به شکل دانه (گرانول) به داخل قیف ریخته می شود و از آن بتدریج بداخل سیلندر تزریق می شود و با گردش مارپیچ به سمت جلو رانده می شود.

مواد توسط چرخش مارپیچ به قسمت گرم، وارد و در آنجا ذوب می شود، زیرا پوسته سیلندر توسط گرمکن های برقی که در طول جداره های خارجی سیلندر قرار گرفته اند کاملاً گرم می شود.

در اثر فشار مارپیچ مواد بداخل قالب تزریق می شوند. بعد از زمان معینی، با قطع شدن فشار پشت مارپیچ، سیلندر تزریق به عقب می بود و مواد تزریقی، در اثر برخورد با دیواره های سرد قالب سخت می شوند و فرم حفره های آنرا می گیرند و با باز شدن دو نیمة ثابت و متحرک قالب، توسط پران، به بیرون انداخته می شوند.

اصولاً زاویة دندة مارپیچ در دستگاه های تزریقی برای مواد پلاستیکی دانه ای (گرانول) حدود 15 تا 20 درجه می باشد، اما این زاویه برای مواد پودری پلاستیکی تا حدود 30 طراحی و ساخته می شود و لذا مارپیچ ها از نظر فرم و ساختمان دنده، متفاوت می باشند و در شکل های مختلف طراحی و ساخته می شوند.

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 3-2 مارپیچ سیلندر تزریق را نشان می دهد که یکی از مهمترین قسمت های ماشین تزریق می باشد. کاربرد آن در ترکیب و جلو بردن مواد تزریقی و تزریق بداخل قالب می باشد.

در شکل 3-2. مارپیچ به سه بخش تقسیم شده است:

I. بخش تغذیه II. بخش تغییر و ذوب مواد پلاستیکی III. بخش تخلیة مارپیچ اصولاً نیروی محرک مارپیچ، برای گردش مواد گیری، به دو صورت انجام می گیرد یا بصورت مکانیکی و با حرکت الکتروموتور و یا حرکت آن از سیستم هیدرولیکی بوجود می آید.

جدول حروف و علائم اختصاری

حروف خارجی

واحد مقیاس

قسمت مشخص شده

L

سانتیمتر

طول مارپیچ

L1

سانتیمتر

قسمت تغذیه

L2

سانتیمتر

تغییر (و ذوب)

L3

سانتیمتر

تخلیه

D

سانتیمتر

قطر مارپیچ

e

سانتیمتر

پهنای دنده

h

سانتیمتر

گودی دنده

h1

سانتیمتر

گودی دنده در قسمت تغذیه

h2

سانتیمتر

گودی دنده در قسمت تغییر (و ذوب)

h3

سانتیمتر

گودی دنده در قسمت تخلیه

b

سانتیمتر

فاصله بین دو دنده عمود بر عمق دنده

s

سانتیمتر

فاصله بین دو دنده عمود بر مغز مارپیچ

t

سانتیمتر

مسافت یکدور کامل دنده

Q

درجه

زاویه دنده

n

دور در ثانیه

سرعت چرخش مارپیچ

 

در سیستم مکانیکی با روشن شدن الکتروموتور و توسط چرخدنده های تبدیلی، حرکت به مارپیچ منتقل و باعث حرکت آن می شود.

در مکانیزم نیروی محرک مارپیچ با سیستم هیدرولیکی با انتقال نیرو از پمپ هیدرولیکی به مارپیچ، آن را به حرکت در می آورد.

مواقعی که در مرحلة تولید، سیلندر مارپیچ کثیف شود و یا قطعه ای در آن گیر کند باید مارپیچ را از سیلندر خارج و با فرچة مسی یا برنجی آنرا تمیز نمود.

یا با ریختن مواد سخت تر در سیلندر، مارپیچ تمیز شود. سیلندر ماشین تزریق مهمترین قسمت دستگاه می باشد که از فولاد سخت و با کیفیت عالی انتخاب می شود.

بنابراین در صورت نقص فنی و وارد شدن قطعة فلز بداخل آن همراه با مواد پلاستیک، سریعاً باید دستگاه را متوقف و مشکل را رفع کنند تا سیلندر آسیب جدی نبیند.

سطح خارجی سیلندر پوشیده از گرمکن های حرارتی است که برای ذوب مواد پلاستیکی داخل سیلندر آنرا گرم می کنند.

از سر مارپیچ دنده دار برای مصرف مواد پی وی سی سخت استفاده می کنند. این ماده براحتی می سوزد لذا تمام مواد سوخته شده توسط سر مارپیچ دنده دار تخلیه می شود.

سر مارپیچ رینگ دار نیز با دنده اضافی که دارد برای تمیز کردن مواد از جلوی سر سیلندر طراحی شده است.

همچنین از سر مارپیچ مدل ساده و بدون فرم خاصی (دنده) برای تولید انواع مواد ترموپلاستیک استفاده می نمایند.

 تنظیم فشار تزریق و سرعت مارپیچ از عوامل مهم در تولید قطعات تزریقی می باشد و نباید تغییر کند. در ماشین های تزریقی با بسته شدن قالب، سیلندر تزریق روی بوش قالب می نشیند و مواد مذاب بداخل قالب سرازیر می شود. این فشار پشت مارپیچ به فشار اول معروف می باشد و برای آنکه مواد تزریق شده در قالب ، قبل از سرد شدن و سخت شدن آنز از راه کانال تزریق برگشت نکنند و یا قطعه کار دچار مکش نشود، توسط سیستم برق به شیرهای هیدرولیکی، فرمان داده می شود تا مدار روغن را عوض نمایند و با فشار کمتری پشت پیستون مارپیچ قرار گیرند که این فشار را فشار دوم می گویند.

این فشار توسط شیری که در سر راه مدار قرار دارد تنظیم می شود و کم و زیاد می شود.

فشار سوم به فشاری گفته می شود که در ضمن گردش و بارگیری مارپیچ بر آن وارد می شود که باعث می گردد که موادی که از قیف داخل ماشین تزریق شده است بطور مداوم به سمت جلو برود و به سر سیلند برسد و جلوی آن فشرده شود.

 

 

 

 

 

1- بازوهای گیره قالب گیر

2- صفحة متحرک گیرة قالب گیر

3- بخش متحرک قالب (نیمة متحرک)

4- نیمة ثابت قالب

5- صفحة ثابت قالب گیر

6- سیلندر تزریق

7- قیف مواد پلاستیکی

8- موتور موادگیری

9- سیلندر هیدرولیکی فشار تزریق

10- فشار سنج تزریق

11- میکروسویچ فشار دوم

12- درجة موادگیری سیلندر تزریق

در شکل (12-2) عمل تزریق در قالب انجام گرفته است و مارپیچ جهت بارگیری مواد ترموپلاستیکی دوباره به حرکت در می آید و بعد سیلندر به عقب بر می گردد و در شکل (13-2) بعد از عملیات تزریقی و خنک شدن قطعة تولیدی، قالب از هم باز شده است و قطعه توسط سیستم پران به بیرون پرتاب شده است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

اکسترودر

امروزه عملیات اکسترودرینگ پی وی سی ابتداء طی مراحل مختلف از جمله ورود مواد، ذوب، فرم دهی تحت فشار (عمدتاً از طریق برش)، هموژنیزه کردن و در خاتمه به کمک ابزار فشاری و فرم دهنده را می توان با انواع اکسترودرهای پیشرفته انجام داد. در کتابها و مقالات از انواع مختلف اکسترودر از جمله اکسترودر حلزونی، غلطکی، دیسکی و پیستونی  یاد شده است. اکسترودرهای حلزونی (پرس حلزونی) در صنایع پی وی سی از جنبه اقتصادی حائز اهمیت می باشد. اینگونه اکسترودرها را می توان به گروه اکسترودر تک و جفت حلزونی تقسیم نمود (شکل 2-2)

با ارزیابی اکسترودرهای مختلف و مستقر در واحدهای صنعتی، مشخص می گردد که اکسترودرهای تک و جفت حلزونی از اهمیت و کاربرد بیشتری برخوردار می باشند.

از اکسترودر تک حلزونی بیشتر در تهیه خمیرهای حاصل از گرانول استفاده می گردد و اکسترودر جفت حلزونی جهت استفاده از پودر مناسب می باشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

اکستروژن

اکسترودر تک حلزونی

در اکسترودرهای تک حلزونی رایج، حلزونی دوار در سیلندر به کمک قیف با پودر یا گرانول تغذیه می شود. مواد خام در نتیجه تماس با حلزونی و بدنه گرم شونده سیلندر به حرکت در آمده و حالت پلاستیکی بخود می گیرد تا در ادامه اعمال فشار به ابزار فرم دهنده منتقل می گردد.

با خنک کردن مجدد سیلندر از طریق فن یا سیستم مشابه می توان روند پلاستیک شوندگی را تسریع نمود.

با نصب یک سوراخ در مرکز (درون) حلزون و عبور مواد خنک کننده می توان تبادل حرارتی را ممکن ساخت. اطراف محفظه ورود مواد با آب خنک می گردد تا از این طریق از نرم شدن بیش از موعد مواد خام پیشگیری و ورود مواد بطور یکنواخت میسر گردد.

در اکسترودرهای تک حلزونی لازم است که حلزون بلحاظ شکل هندسی محفظه ورود و انتقال مواد متناسب با انواع مختلف پودر و گرانول پی وی سی تنظیم گردد. از این طریق میتوان با کاهش عمق و ارتفاع دنده (پره ها)، حجم دنده ها را بمنظور تراکم صحیح خمیر کاهش داد.

امکان دیگر در تجهیز حلزونی، تغییر تعداد پره ها و همچنین تقسیم حلزونی به قسمتهای مختلف است (شکل 2-4 و 2-3)

 

 

 

شکل ظاهری نوک حلزونی تاثیر بسیاری در راندمان اکسترودر دارد. متناسب با نوع کار و هدف می توان انواع مختلف نوک را با اتصالات پیچ به حلزون نصب نمود.

معمولاً سعی می شود که مواد بطور یکنواخت از طریق حلزونی به ورودی ابزار منتقل گردد، بدون اینکه در قسمتهائی از حلزونی تراکم مواد ایجاد گردد. با نصب قطعات گوناگون اختلاط و انتقال مواد، می توان مقدار فشار خمیر را در اکسترودر تغییر داد. با این عمل می تواند سه وظیفه عمده از جمله انتقال مواد، پلاستیک شوندگی و هموژنیزه را انجام داده و کیفیت ماده اکستروژن شده را بهبود داد.

روش دیگر بهبود کیفیت در تخلیه یا گاززدائی است. در هنگام ورود و مواد خام و عناصر فرار مانند آب جذب شده، هوا و باقیمانده منومرها جذب شده یا هنگام ذوب عناصری بوجود می آید که موجب آسیب مواد اکسترودر شونده می گردند. لذا لازم است که این عناصر دفع گردند.

مواد خام در ابتدای سیلندر اکسترودر متراکم و آماده حالت گیری (پلاستیک شوندگی) می گردد (منحنی 2-1)، سپس عناصر فرار از طریق خلاء به قسمت خروج گاز دفع می گردد. در این قسمت فاقد فشار مواد پلاستیکی مجدداً فشرده و کاملاً ذوب می شود. سیستم مجهز به سیلندر تخلیه گاز بصورت دو مرحله ای و با حرکت دو حلزون یا سیستم پلاستیک کننده عمل می نماید. همراه با  این سیستم، دستگاه خلاء و تخلیه گاز مجهز به دو (جفت)  قیف بکار گرفته می شود.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

 

 مشخصه های عمومی اکسترودرتک ماردونه

یکی از متداولترین روشهای شکل دهی پلاستیکها، اکستروژن است که از یک ماردون در داخل محفظه ای (مطابق شکل 1-4)، تشکیل شده است. پلاستیک معمولا به صورت دانه ای شکل یا خاکه نرم از قیف به ماردون تغذیه می شود. آنگاه در حال حمل به وسیلة ماردون در طول محفظه ، در اثر هدایت حرارت از طرف گرم کننده های محفظه[3] و برش ناشی از حرکت بر روی لبه های ماردون، گرم می شود. عمق معبر[4] در طول ماردون کاهش یافته موجب فشرده شدن مواد می شود. در انتهای محفظة اکسترودر، مذاب با عبور از حدیده ای[5] به شکل مورد نظر برای محصول نهایی در می آید. همان طور که بعداً خواهیم دید، به دلیل امکان استفاده از حدیده های مختلف، اکسترودر، یعنی مجموعة محفظه و ماردون را می توان به عنوان بدنه و واحد اصلی تولید قطعاتی با اشکال مختلف به کار برد.

 

 

 

 

اکسترودر تک ماردونه سه قسمت مجزا دارد:

(الف) ناحیة تغذیه[6] کار این ناحیه، دادن گرمای اولیه به پلاستیک و انتقال آن به نواحی بعدی است. طراحی این ناحیه حائز اهمیت است زیرا باید عمق ثابت ماردون طوری انتخاب شود که مواد لازم و کافی را به ناحیة اندازه گیری[7] تغذیه کند؛ بطوری که نه دچار گرسنگی شود و نه در اثر زیاد بودن مواد، لبریز و پس زده شود. طراحی مناسب[8] و متعادل، به طبیعت و شکل مواد تغذیه شونده[9] ، شکل هندسی[10] ماردون و خواص اصطکاکی پلاستیک نسبت به ماردون و محفظه بستگی دارد. رفتار اصطکاکی مواد تغذیه شده، تأثیر قابل توجهی بر آهنگ ذوب شدن مواد دارد.

(ب) ناحیة تراکم و فشردگی [11] در این ناحیه، عمق ماردون بتدریج کاهش می یابد که موجب متراکم شدن و فشردگی پلاستیک می شود. این فشردگی دو نقش عمده ایفا می کند؛ یکی آنکه هوای محبوس در داخل مواد را به ناحیه تغذیه می راند و دیگر آنکه انتقال حرارت را با کاهش دادن ضخامت مواد بهبود می بخشد.

(ج) ناحیة اندازه گیری و سنجش در این ناحیه، عمق ماردون یکسان و ثابت امّا بسیار کمتر از عمق ناحیة تغذیه است. در این ناحیه، مذاب به صورت همگون و یکنواخت در می آید طوری که با آهنگ ثابتی، در درجة حرارت و فشار یکسان و ثابت ، به حدیده تغذیه می شود. این ناحیه به سهولت و سادگی تحلیل و ارزیابی می شود؛ زیر مشتمل بر جریان مذاب گرانروان در داخل مجرایی با عمق و ابعاد ثابت است.

تغییرات و چگونگی پیدایش فشار[12] در طول ماردون، در شکل 2-4 نشان داده شده است. طول نواحی سه گانة ماردون خاص، بستگی به مادّه ای دارد که تحت اکستروژن قرار می گیرد. برای نمونه، نایلون خیلی سریع ذوب می شود، بطوری که تراکم و فشردگی مذاب در طول یک گام از ماردون نیز قابل تأمین است. امّا پلی وینیل کلراید، به حرارت بسیار حساس و لذا طول ناحیة فشردگی برای آن برابر با طول ماردون است.

 

 

 

 

 

 

از آنجا که پلاستیکها دارای گرانروانیهای متفاوتی هستند، رفتار آنها در خلال اکستروژن نیز متفاوت است. شکل 3-4 آهنگ وزنی خروجی را برای پلاستیکهای گوناگون در اکسترودرهایی با قطرهای مختلف ، نشان می دهد. این نمودار به عنوان ایده ای از رتبه بندی مواد به کار می رود. آهنگ وزنی خروجی واقعی 25%± 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 نمونه، ناحیة اختلاطی[13] مشتمل بر پلکانهایی[14] با گام کمتر یا معکوس، به منظور کسب اطمینان از یکنواختی مذاب و کافی بودن آن در منطقة اندازه گیری، استفاده می شود. شکل 4-4 برخی از طراحیهای مختلف را برای ناحیة اختلاط روی ماردون اکسترودر نشان می دهد.

 

 

 

 

برخی از اکسترودرها ناحیة هواگیری (منفذ خروج هوا) نیز دارند. وجود این ناحیه به این دلیل است که برخی پلاستیکها جاذب رطوبت[15] هستند یعنی از محیط اطراف خود رطوبت جذب می کنند و اگر به همین صورتِ مرطوب در اکسترودر فاقد ناحیة 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 قبلا خشک کنیم. این روش گران و پرهزینه است و آلودگی نیز در مواد ایجاد می کند. روش دوم، استفاده از محفظه های منفذ دار[16] است. همان طور که در شکل 5-4 مشاهده می شود، در اولین قسمتِ ماردون، مواد که به صورت دانه بندی است، پس از ورود، ذوب شده، سپس به طریق معمول فشرده و همگن می شود. آنگاه با ورود به ناحیة غیر فشردگی[17] ، فشار مذاب به محیط کاهش می یابد؛ این عمل، امکان خروج و گریز بخار و سایر مواد فرّار از داخل مذاب را از طریق منفذ تعبیه شده در بدنة اکسترودر فراهم می کند. آنگاه مذاب در طول محفظه ، به ناحیة دوم فشردگی هدایت می شود تا از محبوس شدن هوا در مذاب ، ممانعت به عمل آید.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

دلیل دفع بخار آب آن است که در دمایی برابر با  ، بخار آب موجود در  پلاستیک مذاب دارای فشاری برابر  است که موجب خروج آسان آن از مذاب و گریز از منفذ خروج می شود. توجه کنید که چون فشار محیط تقریباً  است، استفاده از مکش خلا[18] در منفذ خروجی، اثر ناچیزی در خروج بخار و مواد فرّار دارد.

یکی دیگر از اجزای مهم اکسترودر، صافی[19]  پس از ماردون و پیش از حدیده است. این صافی به صورت کاملاً مؤثری، هر گونه مواد ناهمگون و ناخالصیها را از مذاب جدا می کند؛ عدم وجود آن حتی ممکن است موجب انسداد حدیده شود. این صفحات صاف و غربال کننده[20] معمولاً مذاب را تا مقیاس  صاف و تصفیه می کنند؛ امّا شواهد موجود نشان می دهد که ذراتی کوچکتر از مقیاس فوق، موجب شروع ایجاد ترکهای مویین در تولیدات پلاستیکی نظیر لوله های تحت فشار پلی اتیلنی می شود. برای چنین مواردی، صافیهای بسیار ظریفی در مقیاس  به کار می رود که به گونه ای مؤثر و جالب توجّه،  کیفیت و عمر مفید محصول را بهبود می بخشد.

از آنجا که این صافیهای ظریف آسیب پذیر است، توسط صفحه سرعت شکنی[21] حمایت می شود. همان طور که در شکل 6-4 مشاهده می شود این صفحه تعداد زیادی سوراخهای مماس بر یکدیگر و بسیار تنگاتنگ[22] دارد که بدون اینکه به ذرات جامد سوخته[23] احتمالی همراه با مذاب، اجازه ورود دهد، مذاب را عبور می دهد. این صفحة سرعت شکن همچنین جریان مذابی را که پس از خروج به صورت حلزونی درآمده است، خطی می کند. چون منافذ این صافیهای ظریف بتدریج بسته می شود، پی در پی باز شده تعویض می شود. در بسیاری از اکسترودرهای پیشرفته با صافیهای ظریف، کار تعویض آنها بدون نیاز به توقف اکسترودر، صورت می گیرد.

همچنین باید خاطر نشان کنیم که اگر چه این وظیفة اصلی صفحة سرعت شکن و صافی نیست؛ اما به ایجاد فشار معکوسی که موجب بهبود اختلاط مذاب می شود، کمک می کند. چون فشار در حدیده حائز اهمیت است، شیری[24] پس از صفحة سرعت شکن در اکسترودر وجود دارد که امکان تنظیم لازم را فراهم می آورد.

 

 

چگونگی جریان[25]

پلاستیک با حرکت در طول ماردون به صورت زیر ذوب می شود. نخست لایة نازکی[26] از مادّه مذاب در جدارة محفظه تشکیل می شود. با چرخش ماردون، این لایه از جدارة محفظه کنده شده به قسمت جلوی پلکان ماردون انتقال می یابد و وقتی که به سطح خود ماردون[27] می رسد، دوباره به طرف بالا جاروب می شود. بدین ترتیب، حرکتی چرخشی در جلوی لبة پلکان ماردون (پیشانی ماردون) به وجود می آید. در آغاز، پلکان ماردون حاوی دانه های جامد مادّه است که در اثر این حرکت چرخشی، به داخل حوضچه مذاب جاروب می شود. با استمرار چرخش ماردون، مواد بیشتری به محفظه منتقل شده مواد جامد بیشتری به داخل حوضچه مذاب ریخته می شود، تا اینکه در نهایت، فقط مواد مذاب است که بین پلکهانهای ماردون اکسترودر وجود دارد.

در اثنای گردش ماردون در داخل محفظه، حرکت مواد در راستای طول ماردون بستگی به چسبندگی مواد به ماردون یا محفظه دارد. بطور نظری، دو مرز افراط و تفریط[28] وجود دارد. در یکی ، مواد فقط به ماردون چسبیده است، در نتیجه ماردون و مواد، مانند استوانه توپر و جامدی در داخل محفظه می چرخد. در این حالتِ نامناسب، هیچ بروندادی (خروجی) وجود ندارد. در حالت دوم، مواد روی ماردون می لغزد و مقاومت زیادی در برابر گردش ماردون در داخل 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 این دو حد است زیرا مواد هم به ماردون و هم به بدنة اکسترودر می چسبد. خروجی مناسب ناشی از به وجود آمدن جریان کشنده و جلوبرنده ای[29] در اثر چرخش ماردون و سکون محفظه است که به حرکت سیال گرانروان بین دو صفحة موازی شباهت دارد که در آن صفحه ای ثابت و صفحة دیگر دارای حرکت است. علاوه بر این، جریان دیگری هم که ناشی از اختلاف فشار بین دو انتهای ماردون است وجود دارد و به این دلیل که حداکثر فشار در انتهای اکسترودر به وجود می آید، جریان فشاری[30]، خروجی را کاهش می دهد. همچنین به دلیل فاصله ای[31] که بین پلکانهای ماردون و بدنة اکسترودر وجود دارد، اجازة نشتی به مواد در جهت عکس امتداد ماردون داده، بطور مؤثری خروجی را کاهش می دهد. فرار و گریز مواد به سمت عقبِ ماردون، در حالتی که ماردون فرسوده[32] باشد، بیشتر است.

گرما یا سرمای خارج اکسترودر نیز، نقش مهمّی در نحوة ذوب شدن مواد ایفا می کند. در اکسترودرهایی که دارای خروجی زیادی هستند، مواد، طول محفظة اکسترودر را سریع طی می کند؛ در نتیجه، گرمای ذوب شدن کامل، در اثر عمل برش تولید می شود و به استفاده از حرارت دهنده های خارجی محفظه اکسترودر نیاز نیست. بنابراین در این حالت، اگر گرمای زیادی در مذاب به وجود آمده باشد، سرد نگه داشتن محفظه حائز اهمیت است. در برخی مواقع خنک کردن ماردون اکسترودر نیز لازم است که البته اثری بر درجة حرارت مذاب ندارد، امّا اثر مالشی (اصطکاکی) بین پلاستیک و ماردون را کاهش می دهد. در همة اکسترودرها خنک کردن محفظة اکسترودر در ناحیة تغذیه ضروری و لازم است  تا بتوان اطمینان کاملی از تغذیة بدون دردسر مواد به اکسترودر به دست آورد.

طبیعت و حالت گرمایی مذاب در اکسترودر با دو حالت مطلوبِ ترمودینامیکی مقایسه می شود. اوّلی حالت بی دررو[33] است؛ به این مفهوم که سیستم کاملا مجزا از محیط خارج است و هیچ جذب و دفع حرارتی در آن رخ نمی دهد. اگر این حالتِ مطلوب در اکسترودر حاکم باشد، فقط مقداری کار لازم است روی مذاب انجام شود تا گرمایی معین تولید کند که به ازای آن هیچ ضرورتی به گرم کردن یا سرد کردن دستگاه نباشد. حالت مطلوب دوم، به همدما[34] موسوم است که در این حالت، درجة حرارت در تمام نقاط مذاب یکسان است و در نتیجه ، محفظه به گرم کردن و سرد کردن مستمر و دائمی برای جبران هر گونه اتلاف یا اخذ حرارت از مذاب، برای ثابت ماندن دما ، نیاز دارد. در عمل، علیات حرارتی در اکسترودرها ، بین دو حالت مرزی فوق قرار دارد. اکسترودرها ممکن است بدون هیچ حرارت دهنده یا سرد کنندة خارجی کار کنند، لیکن در واقع در این صورت بی دررو نیست؛ زیرا اتلاف حرارت به وقوع می پیوندد. از طرف دیگر با حالت همدما در تمام طول اکسترودر مواجه نیستیم؛ زیرا دانه های جامد نسبتاً سردی به اکسترودر تغذیه می شود. اما برخی از نواحی اکسترودر ممکن است خیلی نزدیک به حالت همدما باشد. معمولاً ناحیة اندازه گیری در بحث و تحلیل، همدما در نظر گرفته می شود.

3-2-4 تحلیل جریان در اکسترودر

همان طور که در بخش گذشته بحث شد، بی مناسبت نیست که جریان خروجی از اکسترودر را برایند سه مؤلفه بدانیم: جریان جلوبرنده و کشنده، جریان فشاری و جریان نشتی.[35] به منظور استخراج معادلة جریان خروجی، فرض می شود که گرانروانی مذاب ثابت و دمای آن در معبر عریض کم عمق ، یکسان است. این شرایط در ناحیة اندازه گیری با درصد احتمال بیشتری موجود است.

(الف) جریان کشنده جریان مذاب بین دو صفحة موازی را مطابق شکل الف- 7-4 در نظر بگیرید.

برای جزء کوچکی از سیّال مانند ABCD ، آهنگ حجمی جریان dQ برابر است با :

(1-4)                                                      

با فرض خطی بودن تغییرات سرعت:

با جایگزین کردن رابطة اخیر در معادلة (1-4) و انتگرال گیری از معادله در کل عمق معبر، H ، برای جریان کشنده (جلو برنده)، Qd ، داریم:

(2-4)                                                                  

نتیجه با موقعیتی در اکسترودر قابل مقایسه است که سیّال ، در اثر حرکت نسبی ماردون و بدنة اکسترودر ، جریان جلو برنده و کشنده ای به وجود می آورد. شکل 8/4 موقعیت جزء کوچکی از سیّال را نشان می دهد و معادلة (2-4) با توجه به ابعاد اکسترودر قابل اصلاح است.

به عنوان مثال:                                                      

که در آن N سرعت گردش ماردون (برحسب دور بر واحد زمان) است:

بنابراین:                                              

در بسیاری حالات مقدار "e" در مقایسه با  خیلی کوچک است و می توان از آن صرفنظر کرد و لذا رابطة آخر به به صورت زیر خلاصه می شود:

(3-4)                                          

توجه داریم که آهنگ برش در منطقة اندازه گیری برابر با  است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(ب) جریان فشاری جزء کوچی از سیّال را مطابق شکل (ب- 7-4) در نظر بگیرید، نیروها عبارت است از:

که در آن، "P" فشار و  تنش برشی است که روی جزء کوچک سیّال عمل می کند. برای حالت پایدار، این نیروها در حالت تعادل بوده تساوی زیر برقرار است:

که به صورت رابطة زیر خلاصه می شود:

(4-4)                                   

برای سیال نیوتنی، تنش برشی،  ، به ویسکوزیته، ، و آهنگ  برش  ، با رابطة زیر مربوط می شود:

که اگر این رابطه را در معادلة (4-4) جایگزین کنیم:

با انتگرال گیری داریم:

بنابراین:

(5-4)                                               

همچنین برای جزء سیال با عمق، dy ، در فاصله، y ، از خط مرکزی (با سرعت V )، آهنگ حجمی جریان dQ ، برابر است با:

که با انتگرال گیری از آن، جریان فشاری، Qp به دست می آید:

(6-4)                                                          

با توجه به جزء کوچک سیال بین پلکانهای ماردون شکل (8-4)، معادلة اخیر با چند جایگذاری به صورت زیر در می آید:

فرض کنید، e ، کوچک و  است.

همچنین:  ، در نتیجه :  

بنابراین رابطة Qp به شرح زیر است:

(7-4)                                                   

(ج) جریان نشتی جریان نشتی عبارت است از جریان سیال از میان شکاف عریضی با عمق  ، طول  و عرض  . از آنجا که این جریان، جریانی فشاری است، نحوة به دست آوردن معادلة مربوط شبیه آن چیزی است که در قمست (ب) گفته شد. برای سادگی موارد زیر را باید در معادلة (6-4) جایگزین کرد:

با توجه به شکل (9-4):                                تغییرات فشار

بنابراین جریان نشتی سیال، QL ، به صورت زیر در می آید:

 

 

 

 

 

 

 

(8-4)                                                                  

معمولاً در معادلة اخیر ضریب ایمنی، برای اطمینان از نحوة کار ماردون در محفظة اکسترودر به کار می رود، این ضریب معمولا جریان نشتی را 20% افزایش می دهد.

کل خروجی از اکسترودر ترکیبی است از سه جریان جلو برنده، فشاری معکوس و نشتی.

بنابراین با استفاده از معادلات (3-4) ، (7-4) و (8-4) داریم:

(9-4)

برای بسیاری از مقاصد عملی، دقت کافی حتی پس از حذف رابطة جریان نشتی نیز وجود دارد. بعلاوه تغییرات فشار اغلب خطی در نظر گرفته می شود:

که "L" طول اکسترودر است. در عمل، طول اکسترودر 17 تا 30 برابر قطر محفظة آن است. هر چه طول ماردون کوتاهتر باشد، مذاب سردتر و چرخة قالبگیری سریعتر است. در تحلیل فوق، جریان مذاب در نظر گرفته شده و اخلاف فشار، مربوط به ناحیة اندازه گیری است و همان طور که در شکل 2-4 نشان داده شده، اغلب به صورت  فرض می شود. اگر تمامی ابعاد فیزیکی دیگر و شرایط، ثابت باشد، تغییرات خروجی نسبت به زاویة پلکان ماردون،  ، قابل مطالعه است. مطابق شکل 10-4 ، حداکثر خروجی وقتی به دست می آید که زاویة پلکان ماردون حدود  است. در عمل، زاویة پلکان ماردون معمولاً  در نظر گرفته می شود؛

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

زیرا: (1) به ازای این زاویه، گام پیچ ماردون با قطر آن مساوی است که مطلوب سازندگان است؛

(2) برای بخش قابل توجهی از طول اکسترودر، ماردون به مثابة وسیله ای برای انتقال جامد، عمل می کند، در این حالت، زاویة بهینه  تا  است.

یادآوری می کنیم که در بسیاری حالات، ضرایب تصحیح ،  به ترتیب برای عبارات مربوط به جریان کشنده و جریان فشاری به کار می رود. این ضرایب آثار لبه[36] را در نظر گرفته فقط به عرض مجرا، T و عمق مجرا، h ، در ناحیة اندازه گیری بستگی دارد. مقادیر نمونة آنها در شکل 11-4 آورده شده است.

4-2-4 مشخصه های اکسترودر/ حدیده

با توجه به معادلة (9-4)، دو حالت خاص حائز اهمیت را می توان در نظر گرفت. حالت اول، خروج آزاد مواد از انتهای اکسترودر است بدون اینکه فشاری در انتهای اکسترودر ایجاد شود؛

بنابراین:

(10-4)                          

حالت دوم، وقتی است که فشار در انتهای اکسترودر آنقدر زیاد باشد که هیچ خروجیی از اکسترودر نداشته باشیم. از معادلة (9-4) با توجه به  و اغماض از جریان نشتی، داریم:

(11-4)                             

در شکل (12-4) ، حدود مشخصه های ماردون نشان داده شده است. هنگامی که حدیده ای به اکسترودر جفت و متصل شود، تمامی روابط آنها با یکدیگر تلاقی و تلفیق داده می شود. اکسترودر در حالتی که فشار خارجی بر خروجی آن کم باشد، مقدار زیادی خروجی دارد. اما اگر خروجی از اکسترودر متصل به ورودی حدیده باشد، خروجی حدیده با افزایش فشار ورودی ، افزایش می یابد. بعداً ذکر خواهد شد که خروجیِ حدیده، Q ، در مورد سیالی نیوتنی با رابطة زیر توصیف می شود:

(12-4)                              

که در آن   ، برای حدیده ای به شکل لوله با شعاع R و طول Ld است.

معادلة (12-4) امکان رسم نمودار مربوط به حدیده را فراهم می کند (شکل 9-4) ، نقطة برخورد دو نمودار اکسترودر و حدیده، به نقطة عملیاتی[37] موسوم است. دلیل مفید بودن این نمودار آن است که اثر تغییرات عوامل مختلف را بر خروجی نشان می دهد. برای مثال، افزایش سرعت گردش پیچ "N" نمودار مشخصة اکسترودر را به سمت بالا جا به جا می کند و افزایش شعاع سوراخ حدیده، R ، موجب افزایش شیب نمودار مربوط به حدیده می شود؛ در اثر هر دوی این تغییرات، خروجی اکسترودر افزایش می یابد.

نقطة عملیاتی برای تلفیق اکسترودر و حدیده از معادلات  (9-4) و (12-4) ، با  اغماض از جریان نشتی، حاصل می شود:

بنابراین فشار در نقطة عملیاتی عبارت است از:

(13-4)                                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5-2-4 حدیده هایی با هندسه های دیگر

برای حدیده هایی با هندسه های دیگر، باید از شکل متناسب معادلة (12-4) استفاده کرد. معادلات مربوط به حدیده ای به شکل لوله و حدیده ای به شکل شکاف[38] در فصل 5 ، استنتاج شده است. برای هندسه های دیگر، می توان از معادلة تجربیی که از سوی بوسینسک[39] ارائه شده است، استفاده کرد. شکل معادلة مذکور به صورت زیر است:

(14-4)                                 

که درآن b بزرگترین بُعد سطح مقطع،

d کوچکترین بُعد سطح مقطع،

و F ضریب بدون بُعدی است که در شکل (13-4) داده شده است.

با استفاده از معادلة (14-4) ، عبارت مربوط به فشار عملیاتی را به صورت کلی زیر می توان اصلاح نمود:

(15-4)                            

 

 

 

 

 

 

 

برای حدیدة لوله ای شکل، مقدار F از شکل (13-4) برابر با 295/0 به دست می آید و با جایگزینی:  ؛ این معادله به صورت معادلة (13-4) خلاصه می شود.

مثال 1-4 اکسترودر تک ماردونه ای با مشخصات زیر طراحی شده است:

نسبت   ، زاویة پلکان ماردون =  ، حداکثر سرعت ماردون = 100 دور در دقیقه، قطر ماردون  ، عمق پلکان (منطقه اندازه گیری) .

اگر از این اکسترودر برای فراورش مذابهای پلیمری با حداکثر گرانروانی  استفاده شود، ضخامت مناسب دیوارة بدنة اکستردودر را براساس اصل ون مایسس[40] ، محاسبه کنید. تنش تسلیم کششی برای بدنة فلزی  است و ضریب ایمنی برابر با 5/2 باید استفاده شود.

حل حداکثر فشار در محفظة اکسترودر زمانی ایجاد می شود که هیچ خروجی نداشته باشیم. بنایراین در طراحی، این حالت کاملا بستة بسیار نامطلوب باید در نظر گرفته شود. با استفاده از معادلة (11-4) داریم:

اصل وُن مایسس، تنش تسلیم کششی ماده را به تنش چند جهته[41] در قطعة ساخته شده ای از این ماده، ارتباط می دهد. در استوانه (در این حالت بدنة اکسترودر)، تنشهای اصلی ناشی از فشار داخلی عبارت است از:

 ، تنش محیطی[42]

، تنش محوری

که درآن، h ضخامت جدارة بدنة اکسترودر است.

اصل ون مایسس بسادگی، تسلیم (ساقط شدگی) را نشان می دهد، اگر:

که در آن،  تنش تسلیم کششی ماده،

و                 ضریب ایمنی.

در این حالت:

بنابراین، ضخامت جدارة بدنة اکسترودر برابر با mm 10 است.

مثال 2-4 از اکسترودر تک ماردونه ای برای تولید میلة نایلونی به قطر mm5 با آهنگ  تولید 5/1 متر بر دقیقه استفاده می شود. با توجه به اطلاعات زیر، سرعت مورد نیاز ماردون را حساب کنید.

نایلون

اکسترودر

حدیده

گرانروانی

چگالی(جامد)

چگالی(مذاب)

قطر

طول

زاویة پلکان ماردون

عمق مجرای ناحیة اندازه گیری

طول

قطر

 

از آثار تورم حدیده[43] صرف نظر و گرانروانی مذاب ثابت فرض می شود.

حل        مساحت سطح مقطع × سرعت = آهنگ خروجی میلة جامد

                 

چون ماده در حالت جامد، متراکمتر از حالت مذاب است، آهنگ جریان مذاب متناسب با نسبت چگالیهای جامد به مذاب ، بیشتر است.

 آهنگ جریان مذاب از داخل حدیده.

فشار مورد نیاز برای رسیدن به چنین آهنگ جریانی در حدیده عبارت است از:

در نقطة عملیاتی، خروجی حدیده با خروجی اکسترودر، یکسان است. بنابراین:

 

اکسترودر جفت حلزونی

متناسب با جهت چرخش و وضع استقرار دو حلزونی نسبت به یکدیگر، می توان انواع مختلف حلزونی از جمله حلزونی با حرکت همسو و معکوس، همین حلزونی نوع شانه ای و غیر شانه ای و شانه ای فشرده را تشخیص داد (شکل 2-5).

متناسب با جهت چرخش دو حلزونی به یکدیگر نحوه ورود و انتقال مواد، هموژنیزه شدن مواد، انتقال انرژی ، شدت و یکنواختی برش، فشار و حجم مواد عبوری از حلزونی ها و مقدار اصطکاک مشخص می گردد.

حلزونی، با حرکت همسو در برخی از کشورها از جمله ژاپن، ایتالیا، سوئیس و انگلستان زمانهایی طولانی از کاربرد خاص برخوردار بوده است. حلزونی با حرکت معکوس و شکل هندسی مختلف و دارای مناطق مختلف در صنایع پی وی سی دارای کاربرد مهم می باشد.

برتری حلزونی جفتی و شانه ای با حرکت معکوس نسبت به حلزونی با حرکت همسو عبارتست از :

الف- انتقال مواد بشدت صورت می گیرد. ب- خود بخود تمیز شده و پلاستیک شوندگی را با دقت انجام می دهد.

برتری فنی اکسترودرهای جفت حلزونی با حرکت متقابل شانه ای بشرح زیر است:

با شانه یا درگیری حلزونی ها، محفظه های بسته و داس مانند ایجاد می گردد که فقط از طریق سیار بسیار تنگ به یکدیگر متصل می گردند. این محفظه ها با سرعت و دور نسبی در جهت انتهای حلزونی حرکت کرده و از این طریق مواد ورودی را به محفظه جانبی انتقال می دهد (انتقال اجباری مواد) در اکسترودر تک حلزونی بر خلاف جفت حلزونی شانه ای، عمل انتقال اجباری مواد صورت نمی گیرد.

در نتیجة انتقال اجباری مواد بوسیله اکسترودر جفت حلزونی معمولاً سرعت ورود مواد ظاهر نمی شود. از این جهت کار با پودر براحتی انجام می گیرد.

عبور ذرات مواد از اکسترودر جفت حلزونی بر خلاف اکسترودر تک حلزونی با وقفه کم انجام می گیرد. از این جهت امکان آسیب پذیری مواد پلاستیکی حساس نسبت به اکسترودر تک حلزونی کمتر است.

با درگیری (جفت شدن) متقابل حلزونی ها عمل تمیز شدن آنها براحتی انجام می گیرد. لذا ترموپلاست هائی که جهت تجزیه حرارتی به سطح حلزونی می چسبند به راحتی قابل استفاده هستند.

از آنجائی که محفظه های اکسترودر جفت حلزونی با تراکم مواد همراه نمی باشند. گازدائی مواد (خمیر) نسبت به اکسترودر تک حلزونی براحتی انجام می پذیرد.

عبور (شارژ مواد) در اکسترودر جفت حلزونی در حالت معمولی تقریباً وابستگی به فشار متقابل ابزار ندارد. عوامل عمده در طراحی و انتخاب شکل هندسی حلزونی در اکسترودر جفت حلزونی عبارتند از:

• قطر حلزونی

• فاصله محور حلزونی

• شیب دنده های  حلزونی

• تعداد دنده های حلزونی

مشخصات فنی مهم عبارتند از:

• سطح حلزونی

• کّلگی (نوک) حلزونی

• اشپیل جانبی حلزونی

• اشپیل لچکی در سوراخ سیلندر حلزونی

• نسبت طول به قطر

• ایجاد فشار در نتیجه واکنش متقابل ابزار

• هدایت حرارت

با مقایسه ایجاد فشار حاصل در پرسهای حلزونی نسبت به یکدیگر، معلوم می گردد که منطقه فشار در اکسترود جفت حلزونی با حرکت معکوس (منطقه ای از طول حلزونی که پی وی سی مذاب در آن اجباراً تحت فشار قرار می گیرد و در نتیجه شانه کردن حلزونی، محفظه هایی ایجاد و مواد پر می گردند) کوتاه است (منحنی 2-2). طول منطقه فشار با بکارگیری ابزارهای با مقاومت

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

متفاوت تغییر می یابد. البته افت فشار و خروج مواد یکسان باقی می ماند. در عمل چنین استنباط می گردد که حرارت خمیر و فشار خمیر در اکسترودر، همچنین ویسکوزیته مواد مذاب تغییر می یابد.

با توجه به موارد یاد شده خصوصاً قدرت انتقال مواد از طریق شانه و ایجاد فشار، معمولاً اکسترودرهای جفت حلزونی با حرکت معکوس نسبت به اکسترودر تک حلزونی خصوصاً بلحاظ سیستم تخلیه گاز تحت خلاء ، برتری دارند. خروج مواد از محفظه تخلیه گاز و حتی در شرایط بیشترین فشار متقابل، بندرت انجام می گیرد. تراکم و مناطق تنش زدائی همانند تک حلزونی و با تغییر قطر مغزی حلزونی امکان پذیر نمی باشد، بلکه با تغییر تعداد دنده (پره) و شیب امکان پذیر است.

 

 

 

 

 

 

 

در صنایع علاوه بر اکسترودر جفت حلزونی و موازی، اکسترودر مجهز به حلزونی مخروطی جهت ساخت لوله و پروفیل نیز دارای کاربرد می باشد. سیستم های متشکل از 3 یا بیشتر از 3 حلزونی، همچنین مدلهای مختلف و در ابعاد متفاوت از کاربرد کمتری برخوردار هستند.

امروزه اکسترودرهای مخروطی با وجود هزینه های زیاد تولید سیلندر و حلزونی از کاربرد بیشتری برخوردار هستند. (شکل 2-7).

مزایای این نوع اکسترودرها عبارتند از:

- در قسمت ورود مواد بدلیل قطور بودن حلزونی سطح بیشتری جهت انتقال حرارت وجود دارد.

- با کاهش قطر حلزونی، سرعت برش در قسمت خروج مواد کاهش می یابد و از این جهت احتمال آسیب پذیری مواد در نتیجه تاثیر حرارتی حاصل از گرمای برش کاهش یافته و همزمان همگونی (هموژنیزه) مواد مذاب افزایش می یابد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

در اکسترودر جفت حلزونی همانند اکسترودر تک حلزونی با نصب قطعات اختلاط و انتقال مواد، عملیات انتقال مواد، پلاستیک شوندگی و هموژنیزه شدن تحت تأثیر قرار می گیرد.

با نصب قطعات اختلاط نمودار حرارت مواد مذاب بین حلزونی و ابزار یک پرس حلزونی جفتی مقایسه می گردد (اشکال 2-8 و 2-9).

قطعة اتصال ابزار تأثیر بسزائی در کیفیت مواد اکسترودر شونده از طریق اکسترودر جفت حلزونی دارد. SELBACH چهار نوع مختلف حالات گردش سیلندر حلزونی را که بشکل هشت لاتین (8) است در مقایسه با گردش دایره وار ابزار را بصورت ترسیمی ارائه می دهد (شکل 2-10). از آنجائی که سرعت سیلان مواد مذاب پی وی سی بگونه معکوس و زمان توقف بصورت نسبی نسبت سطح مقطع مجرا (کانال) می باشد، می توان نتیجه گرفت که قطعات اتصالی مخروطی (شکل 2-10 ، مدل c و d ) موجب می گردند که حجم تغذیه مواد همچنین زمان توقف پی وی سی مذاب کاهش یابد. طراحی قطعات اتصالی (شکل 2-10 ، مدل b) موجب کاهش سرعت جریان (سیلان) نمی گردد، ولی بعلت دور کم ابزار و  فشار زیاد خمیر، بعنوان عیب تلقی گردیده و موجب اختلال در کار می گردد.

 

 

 

 

 

 

در اکسترودرهای جفت حلزونی بعلت انتقال اجباری مواد هیچگونه مشکلی بروز نمی دهد.

نوسانات تغذیه مواد معمولاً بستگی به نحوه پر کردن (شارژ مواد) و طرز ریختن مواد دارد.

گروهی از مواد با دانسیته ظاهری بسیار متفاوت را می توان براحتی فقط در محل ورود مواد (دارای شکل هندسی  متفاوت) مورد استفاده قرار داد. از آنجائی که این کار همزمان با اتلاف وقت می باشد، لذا عمل تغذیه را بصورت دوز (دستگاه پیمانه) یا با قیف انجام داد

مشخصه های عمومی اکسترودرهای دو ماردونه

در سالهای  اخیر، استفاده از اکسترودرهای دو ماردونه که در داخل محفظة داغ اکسترودر حرکتی چرخشی دارد، افزایش یافته است. این دستگاهها در مقایسه با اکسترودرهای تک ماردونه تفاوتهایی در آهنگ خروجی، بازده اختلاط ، حرارت تولید شده و نظایر آن نشان می دهد. خروجی اکسترودر دو ماردونه معمولاً سه برابر اکسترودر تک ماردونه ای با همان قطر و سرعت است. اگر چه اصطلاح «ماردون دو قلو» اصطلاحی بین المللی برای اکسترودرهای دو ماردونه است؛ اما دو ماردون لزوماً یکسان نیستند. در واقع، انواع گوناگونی از این دستگاه موجود است، شکل (14-4) برخی از آنها را که دارای ماردونهایی با گردش در جهت مخالف یا موافق یکدیگر است، نشان می دهد. بعلاوه، ماردونها ممکن است به صورت جفت شده[44] یا جفت نشده[45] باشند. در حالت جفت نشده ، بین پلکانهای ماردون فضایی خالی وجود دارد که امکان حضور مواد را نیز فراهم می کند، (شکل 15-14).

 

 

 

 

 

در اکسترودر دو ماردونه ای با جهت چرخش مخالف یکدیگر، مواد دچار برش و فشردگی نظیر آنچه در غلتکرانی[46] رخ می دهد، می شود (به بخش 5-4 رجوع شود)؛ یعنی، مواد بین غلتکهایی با جهت  چرخش متفاوت، فشرده می شود. در اکسترودرِ حاوی دو ماردون با جهت گردش یکسان، مواد از یک ماردون به دیگری در مسیری به شکل 8 منتقل می شود، نظیر شکل (16-4). این گونه آرایش ، برای مواد حساس نسبت به حرارت کاملا مناسب است؛ زیرا مواد در اکسترودر به سرعت منتقل می شود، بدون اینکه کمترین احتمال ماندگار شدن موضعی[47] مواد وجود داشته باشد. حرکت مواد در اطراف ماردونهای جفت شده کمتر (کندتر) است ولی نیروی جلو برنده[48] بزرگتر است.

 

 

 

 


 

 

 

در جدول زیر اکسترودر تک ماردونه با اکسترودرهای دوماردونه مقایسه شده است.

جدول 1-4 مقایسه اکسترودرهای تک ماردونه و دو ماردونه با گردش هم جهت و غیر هم جهت

نوع

تک ماردونه

ماردون با گردش همجهت

دو ماردونه با گردش خلاف جهت

با سرعت کم

با سرعت زیاد

اصل

اصطکاک بین استوانه و مواد، همچنین بین ماردون و مادّه

اصولا به اثر اصطکاک وابسته است نظیر آنچه در اکسترودر تک ماردونه اتفاق می افتد

انتقال نیروی مکانیکی براساس پمپ دنده ای

بازدة انتقال

کم

متوسط

متوسط

زیاد

بازدة اختلاط

کم

متوسط/زیاد

متوسط/ زیاد

زیاد

اثر برشی

زیاد

متوسط

زیاد

کم

اثر خود پاک کنندگی

ناچیز

متوسط/ زیاد

زیاد

کم

بازدة انرژی

کم

متوسط/ زیاد

متوسط/ زیاد

زیاد

تولید گرما

زیاد

متوسط

زیاد

کم

توزیع درجه حرارت

گسترده

متوسط

باریک

باریک

حداکثر سرعت گردش (دور در دقیقه)

300-100

35/25

300-250

45-35

حداکثر اندازة مفید ماردون L/D

32-30

18/7

40-30

21-10

 

برای قالبگیریهای تزریقی رایج، امروزه بازار، پر از دستگاههای قالبگیری تزریقی حاوی ماردون جلو و عقب دنده[49] است. این طراحی در واقع میانبری در کار طراحی ماشینهای قالبگیری تزریقی، در عین سادگی است. ماردون آن که شبیه ماردون اکسترودر است، در داخل محفظة داغ دو نقش اصلی ایفا می کند. نخست، با گردش عادی خود، مواد را به جلو منتقل و ذوب کرده در داخل محفظة تحت فشار قرار می دهد؛ دوم اینکه این توانایی را دارد که بدون چرخش، حرکتی روبه جلو، شبیه سنبه داشته باشد که موجب تزریق مذاب به داخل قالب می شود. مثالی از مراحل گردش دستگاه قالبگیری تزریقی در شکل 31-4 آورده شده است. این مراحل به قرار زیر است:

(الف) پس از بسته شدن قالب، ماردون (بدون حرکت چرخشی) جلو آمده مذاب را به داخل قالب سرد تزریق می کند. هوای داخل قالب از منافذ کوچکی که در مسیر جریان مذاب تعبیه شده، به خارج رانده می شود؛

(ب) هنگامی که حفرة قالب پر شد، ماردون کماکان به جلو رانده می شود تا فشار نگهدارنده ای[50] را اعمال کرده باشد (شکل 31-4) . این عمل ، موجب فشردگی هر چه بیشتر مذاب به داخل حفره قالب برای جبران آبرفتگی پلاستیک در حین سرد شدن می شود. این فشار نگهدارنده فقط تا زمانی که دریچه (دریچه ها) باز مانده است، موثر می باشد؛

(ج) به محض منجمد شدن دریچه (دریچه ها)، دیگر هیچ مذابی امکان ورود به قالب را ندارد و بازگشت به عقب ماردون شروع می شود. در این مرحله، ماردون شروع به چرخش کرده مواد پلاستیکی جدیدی از قیف می گیرد. این مواد به جلوی ماردون هدایت می شود ولی چون حفرة قالب از مواد پلاستیک پر است، موجب بازگشت ماردون به عقب می شود. به این ترتیب، با تجمّع مقدار مورد ن یاز پلاستیک در جلوی ماردون، امکان تزریق بعدی فراهم می شود. برای مدّت از پیش تعیین شده ای، ماردون از چرخش باز می ایستد و دستگاه به انتظار انجماد کامل قطعه و راهگاهها باقی می ماند؛

 

 

 

 

 

 

 

(د) هنگامی که قطعه تا دمایی سرد شود که به اندازة کافی جامد باشد و شکل خود را حفظ کند، قالب باز شده قطعه به خارج پرانده می شود. قالب دوباره بسته می شود و چرخه تکرار می شود، (شکل 32-4).

 

 

 

 

 

چند نکتة مهم و برجسته در ماشینهای قالبگیری تزریقی با ماردون برگشت پذیر وجود دارد که در اینجا مورد بحث قرار می گیرد.

ماردونها ماردونهای این دستگاهها، در اصول شبیه ماردونهایی است که در اکسترودر شرح داده شد. نسبت فشردگی معمولاً بین 4:1 – 1: 5/2 متغیر است و نسبت متداول برای L/D ، در محدودة 20- 15 است. برخی ماردونها قدرت تزریق پلاستیک با فشاری متجاوز از  دارند. یکی از مهمترین موارد اختلاف با ماردون اکسترودر ، حضور شیر تنظیم جریان بازگشتی در انتهای ماردون است که در شکل (33-4) نشان داده شده است. علت حضور چنین شیری، ممانعت از هر گونه جریان برگشتی از میان پلکانهای ماردون است، بویژه در هنگامی که ماردون همانند سُنبه عمل می کند. وقتی مواد در اثر گردش پیچ به جلو رانده می شود، شیر به حالت باز، مطابق آنچه نشان داده شده ، در می آید. در مورد پی وی سی و مواد حساس به حرارت و گرما، این شیر استثنائاً وجود ندارد؛ زیرا امکان تجمع موضعی مواد، انسداد و در نهایت تخریب و تجزیة مولکولی وجود دارد.

 

 

 

 مدلهای مخصوص

از اکسترودرهای متعددی که در مقالات نام برده میشود، فقط تعداد معدودی در تهیه پروفیل پی وی سی، و لوله مورد استفاده قرار می گیرند. دو نمونه مهم اکسترودر از جمله نوع کاسکاد و اکسترودر نورد سیاره ای قابل ذکر می باشند. سایر انواع اکسترودر در مراحل آزمایش می باشند و کاملاً مشخص نیست که آیا کاربردی در زمینه تولید لوله و پروفیل خواهند داشت یا خیر؟

از جمله این اکسترودرها عبارتند از:

- اکسترودر با قدرت انتقال مواد به گونة سنتری پتال (Zentripetal) و از مارپیچ انتقال یا در اثر استفاده از اثر ویسکوالاستیک (اثر وایسن برگ).

-  اکسترودر پولکی مخروطی با استفاده از اثر Ray Leigh (سیستم آزمایشگاهی بل در آمریکا)، حتی بصورت ترکیبی از اکسترودر گوة گردان.

- اکسترودر تک پیستونی با محرکة نوسانی با خاصیت پلاستیک کنندگی به کمک برش و ضربه تحت فشار زیاد در کانال های باریک یا شکافهای حلقوی، و حتی از طریق سوراخ مستقیم پیستون انعطافی (مطابق سیستم Borg- Worrner Corp, Menges, Engel )

- اکسترودرهای چند پیستونی (سیستم Fenner, Menges, Cwestover ).

- اکسترودریک یا چند محفظه ای و مجهز به رویه گیر (سیستم) Disk Pack طبق Valsamis, Hold, Tad mor ).

3-2-2  اکسترودر

در تولید ورقهای پی وی سی از اکسترودر تک حلزونی و ترجیحاً از اکسترودر جفت حلزونی استفاده می گردد. اکسترودر تک حلزونی بلحاظ اقتصادی، همچنین راندمان تولید و کیفیت تولیدات، بسیار حائز اهمیت است. ضمناً ، ادغام دو دستگاه اکسترودر تک حلزونی طبق روش کاسکاد (شکل 3-11) راندمان تولید افزایش مثبتی را نشان می دهد. در این سیستم ابتداء مخلوط پودر پی وی سی پس از ورود به اولین اکسترودر و شکل گیری مقدماتی به اکسترودر دوم وارد می گردد. خمیر پی وی سی در فاصله بین اکسترودر یعنی در کانال خلاء تحت عملیات گاززدائی قرار می گیرد.

سیستم محرکه مختلف دو اکسترودر امکان تولید متفاوت را در شرایط وجود دانه بندی متفاوت و نوع اختلاط ، ممکن می سازد.

با تعیین و اندازه گیری  مواد ذخیره در محفظه خلاء ، دور اکسترودر بطور اتوماتیک تنظیم می گردد.

اکسترودر جفت حلزونی جهت تولید ورق پی وی سی بسیار حائز اهمیت است. معمولاً از اکسترودری استفاده می گردد که حلزونی های آن، حرکت معکوس نسبت به یکدیگر عمل می نمایند و محورهای حلزونی بصورت موازی یا مخروطی (کونیک) قرار دارند. هیچگونه رابطه ای بین بار اکسترودر و ظرفیت تولید با فشار موجود در انتهای حلزونی و ابزار وجود ندارد.

این امر از خصوصیات ویژه فنی اکسترودر جفت حلزونی، خصوصاً ضمن تولید ورق پی وی سی از طریق نازل پهن محسوب می گردد. علاوه بر اکسترودر حلزونی از اکسترودر غلطکی نیز در تولید ورق پی وی سی استفاده میگردد. معمولاً حلزونی این نوع اکسترودر مجهز به قسمت گاززدائی می باشد. اکسترودرینگ موادو ظرفیت تولید بیش از 300 کیلوگرم در ساعت با تفکیک سیستم اکسترودر (سیستم کاسکاد) و در فازهای مختلف میسر می گردد.

نوع سیستم حلزونی اکسترودر، امکان انتقال مواد به اندازه مشخص را مقدور می سازد و در نتیجه ناهمگونی کمتری در درجه حرارت ایجاد می گردد. این امر باعث ایجاد نواقصی در ورق ها می گردد. با نصب المان های اختلاط، خصوصاً در قسمت خروج می توان از این نقص جلوگیری کرد.

 

 

 



[1] . Extrusion

[2] . Continuous

[3] . Barrel Heaters

[4] . Channel- Depth

[5] . Die

[6] . Feed Zone                                                  

[7] .Metering Zone

[8].  ptimum

[9] .Feed stock

[10]. Geometry

[11] . Compression Zone

[12] . Build up

[13]. Mixing Zone  

[14] . Flights

[15] . Hygroscopic

[16] .Vented Barrels

[17] . Decompression- Zone

[18] . Vacuum

[19] . Gauze Filter

[20] . Screen Packs

[21] . Breaker Plate

[22] . Countersunk

[23] . Dead- Spots

[24] . valve

[25] . Mechanism of Flow

[26] . Thin Film

[27] . Core of the Screw

[28] . Extremes

[29] . Drag Flow

[30] . Pressure Flow

[31] . Clearance

[32] . Worn

[33] . Adiabatic

[34] . Isothermal

[35] . Leakage Flow

[36] . Edge Effects

[37] . Operating Point

[38] . Slit Die

[39] . Boussinesq

[40] . von Mises Criterion

[41] . Multi- Axial Stress

[42] . Hoop stress

[43] . Die Swell

[44] . Conjugated

[45] . Non- Conjugated

[46] . Calendering

[47] . Entrapment

[48] . Propulsive

[49] . Reciprocating

[50] . Holding Pressure

+ نوشته شده توسط مصطفی در جمعه 1390/03/13 و ساعت 12:53 |


Powered By
BLOGFA.COM