اکسترودر چیست؟

اکسترودر چیست؟

معرفی اکسترودر – اکسترودر تک مارپیچ ( ماردونه) – اکسترودر دو مارپیچ –  اکسترودر پیستونی -محصولات اکسترودریمعرفی اکسترودر:

اکسترودر ماشینی است که به آمیزه لاستیکی و پلاستیکی تجزیه شده نیرو واردساخته تا با فشار در انتهای دستگاه از میان یک قالب عبور نموده و محصولی نواری شکل با سطح مقطع خاص تولید نماید.

ماشینهای اکسترودر با کاربردهای متنوع بطور گسترده در صنعت لاستیک و پلاستیک مورد استفاده قرار میگیرند.
در خط تولید، ماشینهای اکسترودر برای شکل دهی اولیه لاستیک و پلاستیک جهت عملیات بعدی و نیز برای شکل دادن به محصولات نهائی مورد استفاده قرار میگیرند.

———————————————————————————–
بیشتر بدانید: لیست تولیدکنندگان دستگاه اکسترودر

———————————————————————————–

کلیه این کاربردها باعث می شوند که نیازهای عملی هر کاربرد خاص در ماشین طراحی شود و طیف گسترده طرحهای موجود ماشینهای اکسترودر نیز منعکس کننده همین مطلب است.

محصولات اکسترودری:

۱-      انواع شلنگها

۲-      ترد تایر(آج تایر)

۳-      سایدوال تایر( قسمت کناری رویه ی تایر)

۴-      درزگیرها

۵-      پروفیل ها و نوار ها

۶-      سیمها و کابلها

۷-      و کلا” تمام محصولاتی که به صورت پیوسته می باشند.

تقسیم بندی اکسترودر ها از نظر تغذیه:

اکسترودر هایی که از روی دمای مواد مورد تغذیه آنها که برای انجام عملیات ضروری میباشد تفکیک می شوند دو دسته اند:

– اکسترودر تغذیه گرم

– اکسترودر تغذیه سرد

معمولا” تغذیه مورد نیاز برای اکسترودر های گرم که در صنعت لاستیک به کار گرفته شده اند قبلا” طی عملیاتی جداگانه پیش گرم می شوند.

در روشهای معمول اکستروژن گرم معمولا از یک میل برای این کار استفاده میشود.اکسترودر های سرد که با استفاده ازیک نوار لاستیکی یا لاستیکهای دانه ای در دمای محیط کار میکند.ثانیا” اکسترودر ها را میتوان با توجه به کاربردشان طبقه بندی و تفکیک کرد.

بسیاری از کارخانجات ماشینی میخواهند که اگر به اندازه کافی مؤثر نیست حداقل بتواند با موفقیت و بطور صحیح انواع آمیزه ها را با اختلاط متفاوت فرآیند نماید.

در اینجا روی به حداقل رساندن زمان تعویض دای و برگرداندن ماشین به وضعیت عملیاتی مناسب و سهولت پاکسازی لازم و کافی برای به حداقل رساندن آلودگی ها ناشی از تغییر کامپاند تأکید می شود.

وقتی قرارباشد دستگاهی برای یک مدت طولانی با ترکیبات لاستیکی که دارای خواص روانی و سیلانی محدودی هستند کار کند،مارپیچ سره ودای میتوانند طوری طراحی شوند تا هم میزان خروجی مواد بالا باشد و هم کنترل خوبی از لحاظ ابعاد وجود داشته باشد.

همچنین علیرغم تغییرات جزئی در مواد تغذیه می توان قسمت تغذیه و تسمه کشش و نیز سیستم کنترل را طوری انتخاب کرد که کنترل ابعادی مناسب حاصل گردد.

تفاوت عمده فیزیکی میان ااکسترودرهای سرد وگرم در نسبت طول به قطر مارپیچشان میباشد. برای ماشینهای گرم که قسمت قابل ملاحظه ای انرژی جهت گرم کردن و پلاستیکی کردن مخلوط لاستیک روی میل انجام شده عمل مارپیچ اکسترودر صرفا” انتقال و اعمال فشار میباشد.

این باعث میشود که ماشینها کوچک بوده و دارای طولهای مارپیچی بر حسب قطر آنها از ۳d تا ۵d باشند.

علاوه بر عملیات انتقال و فشار بوسیله مارپیچ ، در اکسترودرهای سرد میبایستی مارپیچ بتواند در لاستیک کارهای مکانیکی لازم جهت بالا بردن دما و رسیدن به درجه حرارت مورد نظر را انجام دهد و نرمی مواد هنگام خروج از دای را بوجود آورد.

این امر باعث میشود که مارپیچها دارای طولهایی بیشتر  در محدوده ۹d تا ۱۵d باشندو حتی در بعضی کاربردها ممکن است از مارپیچهایی بزرگتر از این هم استفاده شود.

اکسترودر های سرد در حد وسیعی جای انواع گرم را در خطوط تولید گرفته اند. این جایگزینی بیشتر در خطوطی صورت گرفته که با کار دراز مدت و یا دقت در اندازه گیری ابعادی صحیح مورد نظر بوده است این ماشین با پیشرفتهای قابل ملاحظه ای که ناشی از تنوع طرح های توسعه یافته و اطلاع از فنون کار بوده در بدست گرفتن بازار ماشین آلات سهم بسزایی داشتند.

توضیح اجمالی در مورد اجزای اکسترودر مارپیچی با تغذیه سرد :

– قیف تغذیه : محلی است که آمیزه(مواد) وارد اکسترودر میشود. بسته به نوع تغذیه شکل قیف فرق میکند.

دو چیز درمورد قیف تغذیه مهم است:

۱-      اندازه قیف

۲-      یکنواختی تغذیه

** تغذیه یکنواخت باعث تولید محصول یکنواخت میشود.

———————————————————————————–
مقالات مرتبط

تولیدکنندگان دستگاه اکسترودر

———————————————————————————–

–پوسته یا بدنه اکسترودر:

یک استوانه فلزی است که مارپیچ را احاطه میکند.در داخل این استوانه حفره هایی تعبیه میشود تا با عبور آب سرد وگرم بتوانیم درجه حرارت اکسترودر را کنترل کنیم. اگر درجه حرارت آمیزه کنترل نشود آمیزه داغ میشود که باعث میشود  محصول خروجی به صورت برشته یا سوخته دار خارج شود (یا در اصل اسکورچ شود).

–مارپیچ:

در یک اکسترودر با تغذیه سرد همچنان که از نامش بر می آید،آمیزه لاستیکی در درجه حرارت محیط تغذیه میشود.خوراک ممکن است بصورت نوار یا دانه باشد مارپیچ باید به مقدار کافی انرژی مکانیکی انتقال دهد تا هم آمیزه نرم شده و هم با فشار عقب برنده دای مقابله نماید.

در طراحی مارپیچهای بکار برده شده در اکسترودر با تغذیه سرد ،بررسی های خاص لازم است.برای آنکه خرد شدن(Masticationn) به مقدار لازم صورت گیرد باید ارتفاع پره مارپیچ کم و طول مارپیچ زیاد باشد.

مارپیچ یک اکسترودر ساده دارای سه قسمت تغذیه ،قسمت انتقالی یا سنجش و قسمت فشرده شدن میباشد. هر قسمت مارپیچ نقش جداگانه ای دارد .قسمت تغذیه،مواد را از قیف تغذیه انتقال میدهد.قسمت انتقالی مواد را حرارت داده،مخلوط مینماید.

قسمت فشرده سازی یکنواخت کننده است و فشار لازم برای راندن مواد از درون دای در آن ایجاد میگردد.

درون مارپیچ هم کنترل درجه حرارت وجود دارد.داخل مارپیچ مجراهایی تعبیه شده که از داخل آن آب میتواند عبور کند تا کنترل درجه حرارت داشته باشیم. سرعت مارپیچ در دمای اکسترودرتأثیر زیادی دارد در مقدار تغذیه ثابت افزایش سرعتمارپیچ باعث افزایش دمای محصول خروجی از اکسترودر میشود.

* سرعت ایده آل در اکسترودرهای مارپیچی:

حد سرعتی است که بتواند لاستیک را از تغذیه دریافت و از جمع شدن  آن در قیف تغذیه جلوگیری کند.

–هد(کلگی):

هدف از بکار گیری هد متعادل ساختن و یکنواخت نمودن فشار و انتقال آمیزه به سمت قالب است.

شکل هد باید طوری طراحی شود تا بتواند نیازهایی را که لازم است تأمین کند:

۱-      تأمین حداکثر محصول خروجی بدون هیچ مشکل وبی نظمی

۲-      جبران تغییر شکل ناشی از خواص بازگشت الاستیک آمیزه

۳-      حذف نواحی ساکن و ایستا که احتمالا” در مسیر آمیزه ایجاد میشود.

-قالب(دای):

قالب جسمی است که بر روی کلگی(هد) قرار می گیرد و باعث می شود آمیزه هنگام خروج شکل مورد نظرما را به خود بگیرد.به طور کلی طراحی دای نیاز به مهارت وتجربه فراوان است.

انواع دستگاه اکسترودر اکسترودر پیستونی

ساده ترین اکسترودر،  اکسترودر پیستونی است، این دستگاه با فشار اکسترودر توسط نیرویی که خارج از دای بهپیستون اعمال می گردد فراهم می شود ، اکسترود می کند . گرما با عث ذوب مواد درون بدنه شده و ویسکوزیته را کاهش می دهد.

با ترکیب صحیح فشار و دما ، محصول اکسترودر با فشار به شکل مورد نظر و طراحی شده از دای خارج می شود.

این نوع اکسترودر ها مشکلاتی دارد:

اولا اینکه فرایند به صورت ناپیوسته است

دوماً به دلیل عایق بودن پلاستیک، زمان طولانی برای گرم کردن یکنواخت مواداز سطح پوسته تا مرکز لازم است و از طرفی در صورتی که دمای پوسته بیش از حد بالا باشد سبب تخریب رزین در دیواره می گردد.

همچنین در اکسترودر پیستونی ، میزان گرمایش برشی ایجاد شده از حرکت اکسترودر حداقل است .

اکسترودر تک مارپیچ ( ماردونه)

اجزاء کلیدی اکسترودر تک مارپیچ به ۵ قسمت اصلی تقسیم می شوند.

• سیستم محرک
• سیستم خوراک
• مارپیچ،پوسته (سیلندر) و سیستم های گرم کننده
• مجموعه دای هد
• سیستم کنترل

سیستم محرک شامل موتور ، گیربکس ، بلبیرینگ ها و مجموعه یاتاقان است.

سیستم خوراک دهی شامل قیف خوراک ، گلوی خوراک و قسمت خوراک مارپیچ است.

پس از آن مارپیچ ، سیلندر و سیستم های گرمایش قرار دارند که در آن بخش رزین جامد منتقل شده ، مذاب و مخلوط می شود و به دای پمپ می گردد.

محصول اکسترودر پس از انتقال از مارپیچ در آداپتور و دای شکل می گیرد.

اکسترودر ها با توجه به قطر مارپیچ یا سیلندر و نسبت طول به قطر ( L/D) طبقه بندی و فروخته میشوند .

L/D اکسترودر میزان نسبت طول مارپیچ و سیلندر را توصیف میکند.

تعریف L/D شامل طول محوری L به سازنده تجهیزات بستگی دارد.

در برخی کارخانه ها طول بخش تغذیه از طول سیلندر می باشند و بعضی ها شامل نمی شوند.

میزان عملکرد، مستقیماً به L/D اکسترود مربوط می شود.

دو اکسترودر با قطر یکسان اما L/D های متفاوت، عملکرد و ظرفیت های متفاوتی دارند. اکسترودر طولانی تر (L/D بیشتر) توانایی میکس و ذوب بیشتری دارد .

مزایای اکسترودر های با L/D کوچک :

• · نیاز به مساحت کمتری برای نصب
• · سرمایه اولیه کمتر
• · هزینه جابه جایی کمتر برای مارپیچ ها و سیلندر ها
• · زمان ماندگاری کمتر در اکسترودرها)بویژه وقتی که مواد حساس به دما ،فرآیند می شوند (
• · مستلزم گشتاور چرخشی )ترک( کمتر
• · توان کمتر و در نتیجه نیاز به موتور کوچک تر

اکسترودرها با L/D بلندترنیز این مزایا را به دنبال دارند :

• · دارای خروجی بیشتر
• · توانایی اختلاط با ظرفیت بیشتر
• · می توانند در فشار دای بیشتر پمپ شوند .
• · گنجایش مذاب بیشتر با گرمای برشی کمتر
• · افزایش جابه جایی حرارت از سیلندر

L/D بعضی اکسترودرها ۱۸:۱ ، ۲۰:۱ ، ۲۴:۱ ، ۳۰:۱ ، ۳۶:۱ ، ۴۰:۱ می باشند .

تغذیه

شامل دو سیستم تغذیه ،که بصورت ثقلی کار می کنند، دو نوع flood و starve هستند . هردوسیستم تغذیه یک قیف مستقیماً روی گلوی تغذیه اکسترودر دارند.

قسمت گلوی تغذیه مستقیما به سیلندر اکسترودر متصل شده ، و از جریان آب برای سرد کردن و گرم کردن ان استفاده می کنند.

جریان آب می تواند با یک مقیاس جریان اندازه گیری شود . دمای گلوی تغذیه باید به گونه ای باشدکه در هنگام لمس ، گرما احساس شود اما داغ نباشد.

هدف ازخنک سازی توسط آب ،جلوگیری مواد تغذیه شده از نرم شدن ،چسبناک شدن و به هم چسبیدن در گلوی تغذیه است که باعث ایجاد مانع و مذاب زود رس در قیف تغذیه میشود.

یک مانع عایق بین سیلندر و قسمت تغذیه برای به حداقل رساندن انتقال گرما وصل شده است . شکل هندسی قیف و گلوی تغذیه سبب می شود مواد با کمترین محدودیت درون اکسترودر جریان یابد .

در شکل بالا،بخش A طراحی گلوی تغذیه استاندارد برای دانه یا پودر نشان داده است ،. در حالیکه شکل B برای اکسترودر های با خوراک مذاب مناسب تراست.

گلوهای تغذیه شیاردار درتولید فیلم های دمشی و دیگرکاربرد ها برای افزایش خروجی اکسترودر استفاده میشوند . شکل بعد یک بخش تغذیه شیار دار را نشان می دهد.

توجه داشته باشید که شیار ها در ابتدای بخش خوراک دهی و تغذیه در زیر قیف عمیق بوده و تا قبل از ورودی بخش سیلندر نا پدید میشوند.

کانال های خنک سازی اطراف قسمت تغذیه ،گرمای ناشی از اصطکاک تولید شده به وسیله چرخش مارپیچ و تراکم دانه درون کانال های مارپیچ را خنثی نموده واز مذاب زودرس جلوگیری میکند.

در شکل بالا شیارها در جهت محوری هستند اما می توانند به صورت مارپیچی اطراف قسمت تغذیه باشند . مزیت گلوی تغذیه شیاردار این است که اصطکاک بین دانه ها و دیواره سیلندر را افزایش داده و سبب خروجی بیشتر می شود . اکسترودر های دارای بخش تغذیه شیاردار به سه بحث نیازدارند :

• · خنک سازی گلوی تغذیه برای خنثی نمودن گرمای اصطکاک تولید شده و افزایش فشار دردسترس  (۱۵۰۰۰ psi plos)  در قسمت شیاردار تغذیه
• · یک مانع عایق خوب بین سیلندرو قسمت تغذیه برای به حداقل رساندن انتقال گرما .
• · مارپیچ های اکسترودر با نسبت تراکم پایین تر برای افزایش سرعت عملکرد .
• ·مارپیچ ،سیلندر و هیترها

مارپیچ مواد را به جلو انتقال می دهد ، شرایط گرما دادن و ذوب کردن ، همگن سازی و مخلوط کردن مذاب و رساندن مذاب به دای را فراهم می کند.

پلیمر در سیلندر به وسیله هیتر هاوباکنترل دقیق دما در نواحی حرارتی ، گرم ومذاب شده ، ضمن این که از تخریب و گرم شدن بیش از اندازه مواد نیزجلوگیری می شود.

مارپیچ و سیلندر مواد را به دای هدایت کرده و فشار را در دای ایجاد می کند .

اجزا سیلندر در شکل بالا نشان داده شده است. در هرناحیه حرارتیدر طول سیلندر ، هیترهایی به همراه ترموکوپل آن ها برای کنترل دمای هیتر و سیلندر قرارگرفته اند . هیترها تا حد امکان سیلندر را می پوشانند. در هر ناحیه حرارتی ممکن است ۱،۱ ،ویا ۳ گرمکن)هیتر( و یک ترموکوپل موجود باشد . فرض شود که نزدیکترین هیتر به ترموکوپل بسوزد دو هیتر دیگر باید انرژی مورد نیاز را تأمین می کنند، در این حالت سطح سیلندر نزدیک دو هیتری که کار می کنند داغ تر است.

اگر دورترین نوار هیتر از ترموکوپل بسوزد ،در این حالت پیش بینی می شودسطح سیلندر زیر هیتر سوخته شده سردتر از مساحت جاییکه هیترها به طور صحیح نزدیک ترموکوپل کنترل عمل می کنند باشد .گرمکن های سوخته شده باید در سریعترین زمان ممکن با گرمکن های جدید با ظرفیت یکسان جایگزین شوند.در هر ناحیه حرارتی برای کنترل دمای سیلندر از اب یا هوای سرد استفاده می شود .

سیلندر ها از فولاد کربن یا مواد دیگر ساخته میشوند . پوسته توسط عملیات نیتراته تا عمق حدود ۳mm دارای سطح سفت و سخت می باشد. سیلندر های فولادی ضدزنگ با سطح سخت خود، انتخاب بهتری برای اکسترودرهای کوچک هستند.اگر چه سخت کردن فولاد ضدزنگ سبب کاهش مقاومت خورندگی آن می شود وهمچنین فولاد ضد زنگ یک هادی مناسب برای گرما نیست . راه دوم برای بهبود مقاومت سایشی و خورندگی در سیلندراستفاده از پوشش های bimetal است. این پوشش ازنیتراته کردن ضخیم تر است و سبب افزایش مقاومت سایشی می گردد.

جدول بالا بعضی ازپوشش ها و خواص سایشی آنها را نشان می دهد . راه سوم برای بهبود مقاومت خوردگی و سایش استفاده از یک لایه به صورت آستر در سیلندر می باشد که از جنس الیاژ فولادضدزنگ و نیکل و یا از جنس فولاد سخت شده با کربن می باشد .

برای جلوگیری از سایش سطح سیلندرسطح درونی سیلندر باید سخت تر از مارپیچ باشد . معمولا سطح مارپیچ زودتر از سطح سیلندردچارسایش می شود زیرا مساحت سطحی سیلندر به مارپیچ حدود نسبت ۱۰:۱ است واین به آن معنی است که پره هایمارپیچ تنها با ۱۱ % دیواره سیلندر طی هر حرکت انتقالی در تماس هستند .

اگرمسیرحرکت سیلندر ، مکان گلوی تغذیه و یاتاقان درست انتخاب شود ، هنگامیکه اکسترودر سرداست مارپیچ به آسانی به بیرون و داخل می لغزد. اگر برای وارد نمودن مارپیچ به سیلندر ویا چرخاندن آن باید آن را گرم کرد بدین معنی است ، که یک جزء درمسیر درست خود قرار نگرفته است. کار با اکسترودی که در مسیر درست نصب نشده است می تواند آسیب های جدی را بوجود آورد.

فشاربالا در سیلندر اکسترودر می تواند خیلی خطرناک باشد . در نتیجه یک دیسک آزاد ( rupture disk) به هد اکسترودر به منظور ایمنی نصب می شود.ممکن است در هر اتفاقی فشار مذاب در سیلندر افزایش یابد بنابراین ، این دیسک عمل کرده و فشار را شکسته و کاهش میدهد . سیلندر ها به طورمعمول با مقاومت فشاری psi 10000 طراحی می شود .

شکل بالا یک دیسک ازاد fike که درون سیلندر اکسترودر می چرخد را نشان می دهد .

سه نوع هیتر برای گرم کردن سیلندر اکسترودر و آداپتور وجود دارند : cast ,cermic,micaاین هیترها باید ماکزیمم مساحت اطراف سیلندر را بپوشانند تا ازایجاد لکه های داغ جلوگیری شده و گرمای یکسانی را فراهم کنند . اکسترودر های بزرگ عموماً هیتر cast دارند و در اکسترودر های کوچکتر از پیوند هیترها استفاده می شود . هیترهای cermic به نسبت هیترهای mica برای دماهای بالاتر طراحی شده اند . هر دو هیتر در رنج دمایی وسیعی کاربرد دارند . خنک کاری سیلندر با آب یا هوا انجام می شود . خنک سازی بهتربه وسیله آب بهترو با انتقال حرارت بیشتری نسبت به هواانجام شده وهمچنین کنترل دما نیز راحت تر است . مسیرهای آب می توانند کثیف و مسدودشوند . جریان اب باید اندازه گیری شود بنابراین این سیستم باید درست کار کند . سیستم آب گردان به عملکرد آب وابسته است .مزیتی که آب دارد این است که هوای گرم را به داخل واردنمی کند .اگر سیستم خنک کاری آب درست اندازه گیری شود در کاهش گرمای سطح اکسترودر خیلی مؤثر میباشد و میتواند عملکردخوبی داشته باشد.

در شکل بالاسیستم های خنک کاری برای سیستم های گردش آب و هوا نشان داده شده است . فاصله گذارهای شیاردار اطراف سیلندر در سیستم air-cooled )خنک سازی بوسیله هوا(مساحت سطحی اضافی برای بیرون راندن گرما فراهم کرده و بازده خنک سازیرا افزایش می دهد . سیستم های air-cooled یک فن برای جریان هوا دارندو ماکزیمم بازده را برای فرآیندهای مختلف فراهم می کنند.

دستگاه اکسترودر دو مارپیچ ( ماردونه)

این دستگاه ها در مقایسه با اکسترودرهای تک مارپیچ 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

 قسمت های مختلف از یک مارپیچ عبارتند از :

۱- قطر مارپیچ :  قطر پیچ همان قطر درونی سطح صفر مارپیچ است .
۲- زاویه پیچ : زاویه بین صفحه عمود بر محور پیچ و راستای پره ها است . اکسترودر در هنگام کار باید به گونه ای بچرخد که گویی پیچ در حال باز شدن است . تنها در این صورت است که مواد به سمت جلو حرکت می کنند . البته گاهی از زوایای معکوس جهت عمل اختلاط استفاده می شود .
۳- گام پیچ : به فاصله محوری یک پره تا پره دیگر گفته می شود . باید توجه کرد که فاصله خالی بین دو پره laeddd گفته می شود که به اندازه عرض پره ٬ از گام پیچ کمتر است .
۴- عمق کانال : به فاصله بین سطح صفر مارپیچ و سطح داخلی سیلندر عمق کانال گقته می شود و ممکن است در طول کانال تغییر کند .
۵- درجه لقی : به فاصله بین سطح پره و جداره داخلی سیلندر اطلاق می شود ٬٬٬ این فاصله باعث ایجاد یک جریان برگشتی شده که به اختلاط مواد درون اکسترودر کمک می کند ٬٬٬ ولی شدت برش وارده به سیال در این منطقه بسیار زیاد است و گرمای زیادی تولید می شود که افزایش گرمای تولید شده باعث سوختن و تخریب پلیمر می شود .
۶- عرض پره ها : به فاصله محوری بین ابتدا و انتهای لبه های پره گفته می شود .
۷- عرض کانال : به فاصله عمودی بین پره ها گفته می شود.