مقالات

شکل‌دهی پلاستیک و فلزات با استفاده از دستگاه اکستروژن پلاستیک

آشنایی با استفاده از دستگاه اکستروژن پلاستیک 

در این مقاله ماشین بازار به بررسی دستگاه اکستروژن پلاستیک خواهیم پرداخت. اگر برای توسعه بازار و پیشرفت کسب‌ و کارتان به دنبال خرید این ماشین‌آلات هستید، این مطلب می‌تواند راهنمای خلاصه و مفیدی باشد.
اکستروژن (extrusion) یکی از روش‌های تولید است که در آن ماده اولیه (پلاستیکی یا فلزی مثل آلومینیوم) در یک محفظه در اثر فشار شکل پذیر شده و با عبور از یا قرارگرفتن در قالب، شکل موردنظر را به خود می‌گیرد. در این صنایع مواد مورد استفاده در اکستروژن، موادی هستند که به‌سادگی شکل می‌پذیرند، مثل آلومینیوم و پلاستیک. اگرچه عبارت اکستروژن برای آلومینیوم و پلاستیک مشترک است، اما فرآیند و دستگاه اکستروژن این دو متفاوت است. 
در معرفی محصول، در ماشین‌آلات صنعتی اکستروژن آلومینیوم یک بیلت (استوانه) توسط یک سیلندر هیدرولیک داخل یک محفظه فشرده شده و از قالبی که در مسیر آن قرار دارد و به شکل سطح مقطع دلخواه است عبور کرده و پروفیل موردنظر را ایجاد می‌کند. اما در ماشین‌آلات اکستروژن پلاستیک دانه‌‌های پلیمری توسط ماردون (مارپیچ، پیچ) که در یک سیلندر قرار دارد به جلو رانده شده و در اثر فشار و حرارت ذوب شده و در ادامه با فرآیندهای مختلف شکل قالب را به خود می‌گیرد. 

تعریف اکستروژن پلاستیک

اکستروژن پلاستیک یک فرایند تولید با حجم بالا است که در آن پلاستیک خام ذوب شده و به شکل یک پروفیل پیوسته شکل می‌گیرد. اکستروژن برای ساخت و تولید مواردی از قبیل لوله، نرده، قاب‌‌های پنجره، فیلم و ورق‌های پلاستیکی، روکش‌های گرمانرم و عایق سیم به کار می‌رود.
در این صنعت، این فرآیند با تغذیه مواد پلاستیکی (دانه، گرانول، پوسته یا پودر) از یک قیف به داخل سیلندر اکسترودر شروع می‌شود. این ماده به‌تدریج توسط انرژی مکانیکی حاصل از ماردون‌های چرخشی و هیتر‌هایی که در امتداد سیلندر چیده شده‌اند، ذوب می‌شود. سپس پلیمر مذاب از قالب عبور داده شده و پلیمر به شکلی که هنگام خنک شدن سخت می‌شود، شکل می‌گیرد. 

فرآیند 

در دستگاه اکستروژن پلاستیک، ماده ترکیبی خام که معمولاً به‌ صورت نودل (دانه‌های کوچک، که اغلب به آن رزین گفته می‌شود) است توسط گرانش، از یک قیف نصب‌ شده در بالا، به سیلندر اکسترودر تغذیه می‌شود. مواد افزودنی مانند رنگ کننده‌ها و مهارکننده‌های ماوراء بنفش (به‌ صورت مایع یا گلوله) که اغلب مورد استفاده قرار می‌گیرند، می توانند قبل از رسیدن به قیف با رزین مخلوط شوند.
این فرآیند از نظر تکنولوژی اکسترودر شبیه قالب‌گیری تزریقی پلاستیک است، اگرچه از این نظر که اکسترود یک فرآیند پیوسته است، با تزریق پلاستیک متفاوت است. اکستروژن می‌تواند پروفایل‌های زیادی را به‌ طور پیوسته و معمولاً با استحکام بیشتر ساخت و تولید کند. این کار با کشیدن محصول نهایی از قالب به‌ جای اکسترود کردن پلیمر مذاب از طریق قالب انجام می‌شود.

1- فشار و گرمایش در تماس با ماردون و ذوب

مواد از طریق گلوگاه خوراک (دریچه‌ای در نزدیکی قسمت عقب سیلندر) وارد می‌شوند و با پیچ تماس پیدا می‌کنند. مارپیچ (که معمولاً با سرعت 120 rpm می‌‌چرخد) دانه‌های پلاستیکی را در بشکه گرم به جلو می‌راند. به دلیل گرمایش ویسکوز و سایر اثرات، دمای اکستروژن مطلوب به‌ ندرت برابر با دمای تعیین‌ شده بشکه است. در اکثر فرآیندها، مشخصات گرمایشی به‌ گونه‌ای برای سیلندر تعیین‌ شده است که در آن سه یا چند ناحیه گرمایشی، که هر کدام مستقلاً با یکPID  کنترل می‌‌شوند، دمای سیلندر را از عقب (جایی که پلاستیک وارد می‌شود) به سمت جلو افزایش می‌دهد. این امر به دانه‌های پلاستیکی اجازه می‌دهد همان‌ طور که در سیلندر تحت‌ فشار قرار می‌‌گیرند، به‌تدریج ذوب شوند و خطر گرمای بیش‌ ازحد که ممکن است موجب تخریب پلیمر شود کاهش یابد.

2- عبور از صافی

در قسمت جلوی بشکه، پلاستیک مذاب مارپیچ را ترک کرده و از مجموعه صافی عبور می‌کند تا آلودگی‌های موجود در مذاب از بین برود. صافی‌ها با یک صفحه فشار شکن (فلز ضخیمی که سوراخ‌های زیادی در آن وجود دارد) تقویت می‌شوند؛ چون فشار در این نقطه می‌تواند از 5000 psi (34 مگاپاسکال) نیز فراتر رود. همچنین مجموع صفحات صافی و فشار شکن باعث برگشت فشار به سیلندر می‌شود. فشار برگشتی برای ذوب یکنواخت و اختلاط مناسب پلیمرها موردنیاز است، و اینکه چه مقدار فشار ایجاد می‌شود را می‌توان با تغییر ترکیب صافی‌ها (تعداد صافی، اندازه بافت سیم آن‌ها و پارامترهای دیگر) تنظیم کرد. این صفحه فشار شکن و ترکیب صافی‌ها "حافظه چرخشی" پلاستیک مذاب را نیز از بین برده و در عوض، "حافظه طولی" ایجاد می‌کند.

3- عبور از قالب

پس از عبور از صفحه فشار شکن پلاستیک مذاب وارد قالب می‌شود. قالب شکل پروفیل محصول نهایی را ایجاد می‌کند و باید طوری طراحی، ساخت و تولید شود که پلاستیک مذاب به‌طور یکنواخت از یک پروفیل استوانه‌ای به شکل پروفیل محصول حرکت کند. جریان غیر یکنواخت در این مرحله می‌تواند محصولی با تنش‌های پسماند ناخواسته در نقاط خاصی از پروفیل ایجاد کند که ممکن است طی سرد شدن باعث تاب برداشتن محصول شود. با این روش طیف گسترده‌ای از اشکال را، مشروط بر اینکه به شکل پروفیل پیوسته باشند، می‌توان ایجاد کرد.

4- خنک کاری
اکنون این محصول باید خنک شود و این کار معمولاً با بیرون کشیدن محصول اکسترودشده از میان حمام آب حاصل می‌شود. پلاستیک‌ها عایق حرارتی بسیار خوبی هستند و به همین دلیل خنک کردن سریع آنها دشوار است. در مقایسه با فولاد، پلاستیک 2000 بار کندتر گرما را از خود عبور می‌دهد. در خط تولید اکستروژن لوله، وان آبی سربسته با خلأ کنترل‌ شده وجود دارد تا لوله تازه شکل‌ گرفته، که هنوز مذاب است، از هم نپاشد. برای محصولاتی مانند ورق های پلاستیکی، خنک کاری با کشیده شدن روی مجموعه‌ای از رول‌های خنک‌کننده حاصل می‌شود. برای فیلم‌ها و ورق‌های بسیار نازک، مثل اکستروژن فیلم بلون، جریان هوای خنک کننده می‌تواند به‌عنوان مرحله خنک کننده اولیه مؤثر باشد.
اکسترودرهای پلاستیک برای فرآوری دوباره زباله‌های پلاستیکی بازیافت شده یا سایر مواد اولیه، پس از تمیز کردن، دسته‌بندی و یا مخلوط کردن، نیز مورداستفاده قرار می‌گیرند.

طراحی پیچ

در یک ماردون ترموپلاستیک می‌توان پنج ناحیه در نظر گرفت. از آنجا که اصطلاحات در صنعت استانداردشده نیستند، ممکن است نام‌های مختلفی به این مناطق اطلاق شود. انواع مختلف پلیمر طراحی ماردون مختلفی دارند که برخی ممکن است همه نواحی را شامل نشوند.

بیشتر ماردون‌ها این سه ناحیه را دارند:

• ناحیه تغذیه (ناحیه انتقال مواد جامد): این منطقه رزین را درون اکسترودر تغذیه می‌کند و عمق کانال معمولاً در کل ناحیه یکسان است.
• منطقه ذوب (ناحیه انتقال یا فشرده‌‌سازی): بیشتر پلیمر در این بخش ذوب می‌شود و عمق کانال به‌تدریج کم می‌شود.
• ناحیه اندازه‌گیری (ناحیه انتقال ذوب): این منطقه آخرین ذرات را ذوب می‌کند و در دما و ترکیب یکنواخت مخلوط می‌کند. مانند منطقه خوراک، عمق کانال در کل این ناحیه نیز ثابت است.

علاوه بر نواحی فوق، ماردون تهویه (دومرحله‌ای) نواحی زیر را نیز دارد:

• منطقه رفع فشار: در این منطقه، حدود دوسوم پایین ماردون، کانال به‌ طور ناگهانی عمیق تر می‌شود، که باعث کاهش فشار شده و اجازه می‌دهد تا گازهای به دام افتاده (رطوبت، هوا، حلال‌ ها یا واکنش‌ دهنده‌‌ها) با خلأ بیرون کشیده شود.
• منطقه اندازه‌‌گیری دوم: این منطقه شبیه منطقه اول اندازه‌‌گیری است اما دارای عمق کانال بیشتر است؛ لذا باعث فشرده شدن دوباره مذاب برای عبور از مقاومت صافی‌ها و قالب می‌شود.

مواد مورداستفاده در اکستروژن 

مواد پلاستیکی که معمولاً در اکستروژن مورداستفاده قرار می‌گیرند شامل موارد زیر هستند (اگرچه محدود به این موارد نیستند): پلی‌ اتیلن (PE)، پلی‌ پروپیلن، استیل، آکریلیک، نایلون (پلی آمید)، پلی استایرن، پلی وینیل کلرید (PVC)، آکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS) و پلی کربنات.

اگر به دنبال خرید ماشین‌ صنعتی به صورت قسطی هستید می‌توانید به سایت ماشین ‌بازار سر بزنید. در این سایت می‌توانید محصولات دانش‌بنیان و غیردانش‌بنیان متنوعی را انتخاب کنید و با توجه به فروش اقساطی سایت کالای صنعتی را که مناسب کار و خط تولید شماست، انتخاب کنید.