اکسترودر

 

اکسترودر (Extruder) یک نوع دستگاه صنعتی محفظ و ماردون شکل است که مواد گرانولی را با یک نیروی حرکتی و حرارتی به داخل هدایت می کند و در زمان خروج با فشار از انتهای دستگاه، محصولی خمیری یا نوار شکل خارج می شود. این دستگاه دارای سه بخش اصلی مانند ناحیه تغذیه، قسمت تراکم و فشردگی و بخش اندازه گیری به وجود می آید. از این دستگاه در قسمت های گوناگون صنایع لاستیک و پلاستیک استفاده می کنند.

دستگاه اکستروژن پلاستیک از دسته دستگاه های هستند که در آینده نزدیک دنیا را از زباله ها پاک کرده و کره زمین پاکی را برای ما به وجود می آورند. این نوع نسبت به بقیه روش های بازیافت بهتر عمل می کند و در زمان به وجود آمدن به یک فناوری بزرگ تبدیل شده است و حتی برای تولید انواع پلاستیک از آن استفاده می کنند که اکسترودر پلاستیک نمونه ای از آن است.

انواع اکسترودر

اکسترودرهای متداول موجود به صورت کلی به دو دسته‌ی تک ماردونه و دو ماردونه تقسیم بندی می‌شوند. البته می‌توان آن‌ها را در یک بسته بندی دیگر از نظر دمای تغذیه (ماده اولیه) تفکیک کرد که در ادامه به توضیحات آن خواهیم پرداخت.

اکسترودرهای تک ماردونه

یکی از متداول‌ترین روش‌های شکل دهی پلاستیک‌ها، اکستروژن است که از یک ماردون تشکیل شده است. مدل تک ماردونه یکی از انواع اکسترودر است که قادر به انجام فرایند اکستروژن مواد، بدون تلورانس می‌باشد به طوری که همزمان قادر است مصرف مواد و انرژی را بهینه کند. از دیگر ویژگی های این دستگاه طول عمر طولانی، ظرفیت تولید بالا و کیفیت مطلوب محصولات را می‌توان نام برد.

اجزاء کلیدی اکسترودر تک ماردونه در شکل زیر نشان داده شده است. این دستگاه ۵ قسمت اصلی دارد:

·        سیستم محرک

·        سیستم خوراک

·        سیلندر (ماردون ، پوسته و سیستم‌های گرم کننده)

·        مجموعه قالب و هد (کلگی)

·        سیستم کنترل

اکسترودرهای دو ماردونه

یکی دیگر از انواع اکسترودرها، اکسترودر دو ماردونه است. این دستگاه معمولاً به دستگاه اکسترودر ماردونه دوقلو معروف است اما لزوماً ابعاد این ماردون‌ها به یک اندازه نیست. برخی از این دستگاه ها از حرکت ماردون‌ها در دوجهت مخالف هم و برخی دیگر در یک جهت موافق باهم بهره می‌برند و به علاوه ماردونها امکان دارد به شکل جفت‌شده (Conjugated) یا جفت‌نشده(Non-Conjugated) باشند. ظرفیت تولید اکسترودرهای دو ماردونه معمولاً سه برابر اکسترودرهای تک ماردونه با همان قطر و سرعت است و توانایی تولید ۶ تن بر ساعت محصول را خواهند داشت.

در سالهای اخیر استفاده از اکسترودرهای دوماردونه افزایش یافته است.این دستگاه در مقایسه با اکسترودر های تک ماردونه آهنگ خروجی، بازده اختلاط و حرارت تولید شده متفاوتی دارند.

روش کار اکسترودر دو ماردونه

در اكسترودر دو ماردونه‌ با جهت چرخش مخالف يكديگر، مواد دچار برش و فشردگي مي‌شوند. يعني مواد بين غلتك‌هايي با جهت چرخش متفاوت، فشرده مي‌شوند.

در حالت با جهت چرخش یکسان، مواد از یک ماردون به ماردون دیگر انتقال داده می‌شوند. این دستگاه برای مواد حساس به حرارت کاملاً مناسب است، زیرا مواد در این نوع ماشین به سرعت بدون اینکه کمترین حالت ته‌نشینی موضعی (Entrapment) برای مواد پیش آید، منتقل می‌شوند و از طرفی دیگر حرکت مواد در اطراف ماردون های جفت نشده آهسته تر و نیروی پیشران آن (Propulsive) بزرگتر است.

مزایای اکسترودرهای دو ماردونه

·        در مقایسه با ماردون ساده که باید از ماده اولیه پر باشد تا عمل کند، میزان مواد اولیه ورودی به داخل اکسترودر دو ماردونه را می‌توان مستقل از میزان ماده اولیه ورودی و نوسانات میزان تولید داخل ماردون تنظیم کرد.

·        دستگاه های دو ماردونه می‌توانند مواد با رطوبت بالا یا سایر محصولاتی که در نوع تک ماردونه می‌لغزند و به خوبی منتقل نمی‌شوند را جابه‌‌جا کنند، در واقع این دستگاه ها انعطاف پذیری بیشتری در تولید دارند.

·        در این نوع دستگاه برای کنترل فشار در مخزن، از جابجایی دستگاه به جلو یا عقب استفاده می‌شود.

·        در بخش تخلیه کم، فشار لازم برای عملیات اکستروژن تأمین شده و در اختیار بخش کوچکتر دستگاه قرار می‌گیرد.

نحوه کارکرد اکسترودر

طول نواحی 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(PVC) ، به حرارت بسیار حساس است و لذا 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 متفاوت است.

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، ناحیه اختلاطی مشتمل بر پلکان هایی با گام کمتر یا معکوس، به منظور کسب اطمینان از یکنواختی مذاب و کافی بودن آن در منطقه اندازه گیری، استفاده می شود .

در برخی از اکسترودرها ناحیه هواگیری(منفذ خروج هوا) وجود دارد. وجود این ناحیه به این دلیل است که برخی پلاستیک ها جاذب رطوبت 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 گران و پر هزینه است و امکان آلودگی نیز در مواد ایجاد می کند. روش دوم، استفاده از محفظه های منفذدار است .

در اولین قسمت 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 ناحیه غیر فشردگی ،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 ممانعت به عمل آید.

دلیل دفع بخار این است که در دمایی برابر با 250 درجه سانتیگراد، بخار آب موجود در پلاستیک مذاب دارای فشاری برابر 4  است که موجب خروج آسان آن از مذاب و گریز از منفذ خروج می شود. توجه کنید که چون فشار محیط تقریباً 0.1  است، استفاده از مکش خلاء (Vacuum) در منفذ خروجی، اثر ناچیزی در خروج بخار و مواد فرار دارد.