بررسی اکسترودرهای دو مارپیچ پی وی سی

04 آبان 1400 ساعت 00:12

نیاز به مشاین آلاتی جهت تولید پی وی سی سخت و بخصوص لوله های پی وی سی سبب توسعه اکسترودرهای دو ماردون شد از سال ۱۹۵۰ به بعد شد، امروزه محصولات بسیاری از جمله لول- کابل-ورق-فیلم-پروفیل و... با استفاده از اکسترودرهای پی وی سی تولید می شود در واقع می توان گفت حدود یک سوم کل محصولات پی وی سی توسط دستگاه اکسترودر تولید می شود.

اولین اکسترودرهای دو ماردون حدود سال ۱۹۵۰ توسعه داده شد، این اکسترودر دارای سه بخش و بدون بخش گازگیر بود و نسبت طول به قطر حدود ۱۲:۱ داشت. اکسترودرهای دو ماردون پی وی سی به دو دسته عمده اکسترودر کونیکال و پارالل تقسیم بندی می شوند، از نظر کارایی اکسترودرهای کونیکال برای کاربرد های ساده و متوسط و اکسترودر پارالل برای کاربرد های متوسط وسخت مورد استفاده قرار میگرید. برای گرانول سازی پی وی سی زمانی که به خروجی بالا نیاز باشد منحصرا از اکسترودرپارالل استفاده می شود.

در اوایل دهه‌ي ۱۹۶۰ نیاز به تولید لوله های آب UPVC سبب توسعه اکستروردهای دو ماردون شد اولیه اکسترودرهای دو ماردون دارای نسبت طول به قطر حدود ۱۲:۱، قدرت موتور حدود 70 Kw، ظرفیت حرارتی 48 kW و در نهایت خروجی حدود ۲۰۰کیلوگرم در ساعت بودند.

 

انواع اکسترودر های دو ماردون pvc:

طراحی مارپیچ در اکسترودرهای دو ماردون معمولا به صورت غیر همسوگرد (counter-rotating) و درهم فرورفته (counter-rotating) به شکل مخروطی یا موازی می باشد.(البته ممکن است در بعضی طراحی‌ها مارپیچ به صورت نیمه در هم فرو رفته یا در هم فرو نرفته باشد).

 

اکسترودر دو ماردون مخروطی(کونیکال) پی وی سی:

اکسترودر مخروطی(کونیکال) پی وی سی:


اکسترودر کونیکال از سال ۱۹۶۴ به بازار عرضه شد.توسعه اکسترودرهای دو ماردون تا ساال ۱۹۷۴ توسط چندین شرکت صورت گرفته تا زمانی که در این سال اکسترودرهای دو مادرون جدید با عمق کانال غیر ثابت ارائه شد در این نوع اکسترودرهای دو ماردون کونیکال عمق کانال از ناحیه خوراک تا ناحیه سنجش به تدریج کاهش می یابد، در نهایت در سال ۲۰۰۰ نوع جدیدی از اکسترودرهای دو ماردون کونیکال ارائه شد که در آنها عمق کانال بر عکس اکسترودرهای کونیکال قبل از ناحیه خوراک‌گیری تا ناحیه سنجش به تدرییج زیاد می شود. برای خروجی کمتر از 150KG/HR  مارپیچ های کونیکال ترجیح داده می شوند. ولی برای خروجی 300KG/HR مارپیچ های موازی ارجح تر هستند.در پیچ کونیکال قطر خارجی مارپیچ و فاصله محوری بین پیچ ها از جلوی مارپیچ به سمت گیربکس کاهش می یابد. مارپیچ های کونیکال تعمیر و نگهداری راحت تری دارند و مواد زمان اقامت کمتری دارد، به همین دلیل سوختگی کمتری دارند و برای قطر خروجی یکسان نسبت به مارپیچ های موازی طول کمتری دارند.یکی دیگر از مزایای مارپیچ های کونیکال این است که جهت بازدید مارچیچ ها و تنظیم آنها احتیاج نیست پایین دست ماشین جا به جا شود.زیرا این مارپیچ ها از عقب باز می شوند و در ضمن با تنظیم مارپیچ (جلو بردن آن)در صورتیکه مارپیج سائیده شده باشد می توان تا حدی این مشکل را بر طرف کرد.

اکسترودر موازی(پارالل)پی وی سی:


اکسترودر پارال از سال 1950 وارد بازار شدند. از ویژگی این مارپیچ ها می توان به فاصله محوری کم بین پیچ های موازی؛ بالا بودن تکنولوژی بلبرینگها اشاره کرد. بلبرینگ های باید نیرو محرکه محوری و شعاعی طولانی مدت را تحمل کنند.
از جمله مزیت های آن می توان مزایای اقتصادی و سهولت در طراحی گیربکس و تعمیر و نگهداری مارپیچ اشاره کرد.ساخت مارپیچهای موازی راحتر و به همین دلیل ارزانترند و نوع مدلار نیز دارند که از یک شفت یک تکه ساخته شده و گامهای مارپیچ در شکلهای مختلف بصورت غلاف روی شفت نصب می شوند و می توان طرح های مختلف مارپیچ با توجه به نوع مواد ایجاد کرد.





بخش های مختلف مارپیچ اکسترودر های دو مارپیچ در شکل زیر نمایش داده شده است در ادامه به بررسی نقش هر بخش پرداخته می شود.

 

بخش های مختلف مارپیچ اکسترودر

 

ناحیه خوارک گیری مارپیچ:
بخش خوراک گیری همانطور که از نامش پیداست وظیفه گرفتن پودر و ایجاد گرمای اولیه در آن را دارد و به همین دلیل عمق مارپیچ و فاصله گامها زیاد است تا حجم بیشتری مواد وارد اکسترودر شود زیرا دانسیته مواد پودری تقریبا نصف بخشهای مختلف پیچ اکسترودر دانسیته مواد خمیری شده است.

ناحیه ذوب شدن مارپیچ:
در منطقه ذوب شدن فاصله گامها کمتر است و عمق مارپیچ نیز کمتر می باشد تا حرارت بیشتری به مواد برسد و در ضمن تنش بیشتری به آنها اعمال شود تا پودر زودتر به حالت خمیری و ذوب برسند.


ناحیه تراکم مارپیچ:
در منطقه تراکم گامها تقریبا موازی هم هستند و فاصله آنها نیز کمتر است.ضخامت پره ها نیز کم است تا حجم بیشتری مواد در آن قسمت متراکم شود و برش زیادی به مواد اعمال شود. در ضمن بدلیل حرکت کند مواد در این قسمت (بدلیل حالت برگشتی) حرارت بیشتری به آنها اعمال شود تا راحت تر به حالت خمیری برسند و قبل از ناحیه خلاء فشار کافی ایجاد شود.

ناحیه خلاء مارپیچ:
در ناحیه خلاء مجددا فاصله گام ها زیاد می شود تا مارپیچ به صورت نیمه پر کار کند و گاز موجود در مواد به راحتی تخلیه شود و کیفیت محصول افزایش یابد.

سنجش درمارپیچ:
در قسمت سنجش عمق مارپیچ کم و فشار زیاد می شود تا مواد به راحتی قالب را پر کند و به طور یکنواخت از قالب خارج شود. چون بعد از ناحیه سنجش یعنی در قسمت آداپتور و قالب تنها عامل اختلاف فشار باعث حرکت مواد رو به جلو می شود. بنابراین در این قسمت فشار باید به حدی ایجاد شود که نه باعث سوختگی مواد شود و نه باعث حرکت یکنواخت مواد در داخل قالب گردد.

عوامل موثر بر خروجی دستگاه اکسترودر:

واضح است که با افزایش قطر مارپیچ خروجی نیز بیشتر می شود یعنی به همین دلیل است که برای لوله های بزرگتر از اکسترودر های با قطر بیشتر استفاده می شود.اما به منظور افزایش میزان خروجی مارپیچ و کارایی بهتر مارپیچ ها تحقیقات گسترده ای انجام شده است و مشخص گردیده سه عامل در افزایش خروجی اکسترودر با قطر مارپیچ ثابت موثر می باشند که عبارتند از حداکثر سرعت مارپیچ، گشتاور مارپیچ و انرژی محرکه ویژه که در ادامه به اثر هر یک از این عوامل پرداخته می شود.

با افزایش سرعت مارپیچ به شرطی که میزان خوارک دهی مواد نیز بیشتر گردد میزان خروجی افزایش می یابد اما با توجه به اینکه با افزایش سرعت مارپیچ میزان برش نیز بیشتر می شود و امکان سوختگی PVC  که به برش بسیار حساس است بیشتر می گردد. سرعت مارپیچ را تا حدی می توان بالا برد. بنابراین برای افزایش کارایی ماشین سرعت مارپیچ را نمی توان از حدود 40rpm  بیشتر نمود و باید از طریق افزایش گشتاور مارپیچ یا کاهش انرژی محرکه وِیژه اینکار را انجام داد.
اکسترودر های دو مارپیج اولیه بدلیل اینکه تکنولوژی ساخت و مواد بلبرینگ ها که باید نیرو های محوری و شعای را تحمل کند پایین بود مارپیچ ها در گشتاور پایین کار می کردند اما با بهبود تکنولوژیِ ساخت و اصلاح مواد و آلیاژ های به کار گرفته شده در ساخت بلبرینگها افزایش گشتاور مارپیچ امکان پذیر شد و با تغییراتی که در قالب نیز ایجاد شد این افزایش گشتاور باعث افزایش خروجی اکسترودر در قطر ثابت گردید و کارایی اکسترودر ها را افزایش داد .
برای پلاستیکیت کردن 1kg مخلوط خشک پی وی سی مقدار مشخص انرژی نیاز است. این مقدار انرژی مجموع انرژی ویژه حرارتی و انرژی برشی است. با افزایش سرعت مارپیچ زمانیکه طول مارپیچ کوتاهتر است انرژی برشی بیشتری به مواد منتقل می شود که مطلوب نمی باشد.(چون PVC  به برش حساس است) پس از آنجا که می خواهیم میزان خروجی افزایش یابد. باید طول مارپیچ را بیشتر کنیم تا زمان اقامت مواد در اکسترودر بیشتر شود و انرژی محرکه ویژه کمتری نیاز باشد.
اکسترودر های دو مارپیج اولیه L/D  برابر 8 داشتند . سپس این مقدار به 12-18 افزایش پیدار کرد.
امروزه L/D  اکسترودر دو مارپیچ بین 24 تا 32 می باشد.
بهبود گشتاور در اکسترودر های دو مارپیچ موازی و ناهمسوگرد سبب شده در سرعت های کم مارپیچ سرعت خروجی بیشتری حاصل شود.

 

در شکل زیر عوامل موثر در طراحی مارپیچ اکسترودر نشان داده شده است.

باید توجه داشت این عوامل بر اساس نوع فرآیند- دستگاه و نوع پلیمر می تواند متغییر باشد. 

طراحی مارپیچ اکسترودر

برای اطلاعات بیشتر در مورد پیچ و کانال های اکسترودر مقاله پمپ و کانال اکسترودر دو مار پیچ را ببینید.


سیلندر اکسترودر
بر خلاف مارپیچ که باید یک تکه ساخته شود( حتی در مارپیچ مدلار نیز شفت اصلی یک تکه است و طرحهای مختلف به صورت بخش بخش روی آن نصب می شود) تا بتواند گشتاور بالایی را تحمل کند.
سیلندر ها معمولا چند تکه ساخته می شوند.چون فشاری بر آنها وارد نمی شود و در صورتی که قسمتی از آن ساییده شد یا آسیب دید با هزینه کمتری تعویض شود.
در ضمن سیلندر به دلیل قیمت بالاتر بهتر است پیش از آنکه سیلندر ساییده شود مارپیچ ساییده شده تعویض شود.

وظایف اصلی سیلندر:
1-ایجاد محیطی برای انتقال مواد به جلو با استفاده از نیروی برش ایجاد شده توسط مارپیچ
2-ایجاد مکانی جهت قرار گیری المنت های حرارتی و سیستم سرمایش به منظور انتقال حرارت
3-نگهداشتن قالب به موازات اکسترودر
جنس سیلندر از فولاد ضد زنگ با سختی بالا و معمولا با نیترید سخت کاری می شوند.
 
 
 

 

اصلاح مارپیچ:
مارپیچ ها در طول زمان سایش پیدا می کنند و داخل سیلندر لق می شوند که این موضوع باعث کاهش کیفیت محصول می شود.زیرا پخت PVC  را کم می کند. هر چه مقدار فیلر بیشتر باشد به دلیل سختی بالای این مواد، سایش زود تر اتفاق می افتد. امروزه جهت کاهش مقدار سایش مارپیچها از پوشش مولیبدیم استفاده می کنند. که اینکار باعث افزایش طول عمر این تجهیزات می گردد. دو روش متداول جهت مولیبده کردن مارپیچ ها وجود دارد که مزایای و معایب آنها در ذیل ارائه می گردد.
1-اسپری کردن پودر مولیبدن خالص توسط شعله  یا پلاسما بر روی سطح شیارهای مارپیچ
مزیت:
خاصیت لغزندگی سطحی بسیار خوب مولیبدن خالص-----کاهش زیاد سایش در سیلندر و مارپیچ ها
عیب:
چون عملیات به صورت اسپری انجام می شود.سطوح پوشش داده شده نسبت به ضربه و تنش فشاری حساس هستند.
2-جوش دادن پوششی از مولیبدن بر روی سطح مورد نظر:
مزیت:
عدم وجود لب پریدگی ناشی از تنش های ضربه ای
عیب:
افزودن مقدار زیادی اجزای آلیاژهای دیگر به مولیبدن برای بدست آوردن جوش پذیری مناسب
کاهش خاصیت لغزندگی سطوح را در لایه محافط سایش---نتایج نامطلوبی در زمینه دوام و طول عمر سیستم دارد.
 
تنظیم دمای مارپیج:
وقتی پودرPVC  سرد می باشد. روی مارپیچ ریخته می شود .ابتدا مارپیچ سرد می گردد و انتهای مارپیچ نیز چون مواد ذوب شده با این قسمت مارپیچ در تماس اند، دمای انتها مارپیچ بالا می رود، پس نیاز است با تجهیزاتی دمای قسمت خوراکگیری مارپیچ گرم و دمای قسمت نوک مارپیچ (انتهای مارپیچ) سرد شود. تا دمای مارپیچ یکنواخت شود. دو روش برای اینکار وجود دارد.


1-تعادل دمایی خارجی:
در روش تعادل دمایی خارجی که شکل آن در زیر دیده می شود داخل مارپیچ دو سوراخ وجود دارد که روغن (یا آّب) با دمای مشخص از این سوراخ وارد مارپیچ می شود و پس از جریان داخل مارپیچ از سوراخ دیگر خارج و به مخزن نگهداری جهت تبادل حرارت و ثابت شدن دمای آن می ریزد.
در این کار به یک پمپ و یک مخزن نگهداری مایع با دمای ثابت نیاز است.
2-تعادل دمایی داخلی:
در این روش یک سوراخ داخل مارپیچ ایجاد می شود و مایعی درون آن ریخته می شود و سپس سوراخ بسته می شود.بدین ترتیب گرمای اضافی موجود در انتهای مارپیچ به کمک یک جریان بسته مایع در داخل مارپیچ به مواد سرد بخش خوراک دهی انتقال داده می شود. و همواره نوک مارپیچ با این سیکل خنک و ابتدای مارپیچ (قسمت خوراک دهی) گرم می شود. و در نتیجه دمای مارپیچ یکنواخت می گردد. مزیت روش تعادل دمایی داخلی اینست که 15 درصد صرفه جویی در مصرف انرژی انجام می شود. و به پمپ و کندانسور نیاز نمی باشد. و در ضمن تعمیرات و نگهداری نیاز ندارد.

ثبت نظر


( نظر خود را درباره این مقاله ثبت نمایید )