ماشین آلات در فرآیند تولید مستربچ

بررسی روش های تولید (مستربچ های افزودنی، سفید، مشکی و رنگی در شرکت آرمن پلیمر) همراه با ماشین آلات روش پیش اختلاط

در فرآیند تولید مستربچ به روش پیش اختلاط از یک مخلوط کن داخلی با سرعت بالا استفاده کرده تا یک مخلوط همگن از فرمولاسیون مستربچ (پودر پلیمر,پیگمنت وعامل پراکنش) تولید شود. پیش اختلاط در دو نوع سرد و گرم انجام می‌شود.

در نوع سرد صرفا مخلوطی همگن از اجزا تشکیل می‌شود. در حالی که در نوع گرم به علت ایجاد انرژی و اصطکاک کافی عامل پراکنش ذوب شده و خیس شدگی پیگمنت ها آغاز می‌شود.

واضح است که پراکنش بهتر در پیش اختلاط نوع گرم اتفاق بیافتد سپس این مخلوط همگن به اکسترودر فرستاده می‌شود تا وزن کشی شود. بعد از وزن کشی مخلوط وارد قسمت تغذیه اکسترودر و ماردون شده، ذوب می‌شود. برهم کنش و پراکنش پیگمنت ها درون مذاب پلیمری صورت می‌گیرد .در نهایت مذاب خروجی خردشده، در حمام آب سرد می‌شود، همگن سازی شده و به صورت گرانول بسته بندی می‌شود.

این روش به علت هزینه سرمایه گذاری کم، کیفیت بالای محصول، سرعت بالای خروجی محصول به طور عمده استفاده می‌شود. میزان خروجی بین ۱۰۰ تا ۵۰۰ کیلوگرم بر ساعت متغیر است.

روش تسهیم خوراک در تولید (مستربچ های افزودنی، مستربچ سفید ، مستربچ مشکی و مستربچ رنگی در شرکت آرمن پلیمر)

درفرآیند تولید مستربچ (مستربچ های افزودنی، مستربچ سفید ، مستربچ مشکی و مستربچ رنگی در شرکت آرمن پلیمر ) به روش تسهیم خوراک ابتدا پودر پلیمر به صورت جدا وارد مخزن تغذیه شده و در آنجا وزن کشی می‌شود. سپس وارد ناحیه تغذیه اکسترودر دو مارپیچه شده و عملیات ذوب آن شروع می‌شود.

در سمت دیگر واکس (عامل پراکنش) و پیگمنت درون مخلوط کن داخلی با سرعت بالا پیش اختلاط شده و مخلوط همگنی از‌ آنها تهیه می‌شود. سپس وزن کشی شده و توسط خط جانبی تغذیه اکسترودر به مذاب پلیمری درون اکسترودر اضافه می‌شود.

مزیت این روش این است که پیگمنت دیگر وارد ناحیه ذوب نمی‌شود و لازم نیست از آن عبور کند که از خطر کلوخه شدن آن کاسته شود .
به علت مقاومت حرارتی پایین تر پیگمنت ها در روش قبلی ,ممکن است دیگر قدرت رنگدهی لازم را نداشته باشند یا کیفیت رنگ آنها کاسته شود که با این تکنیک این مشکل رفع می‌شود.

دراین روش معمولا مستربچ (مستربچ های افزودنی، مستربچ سفید ، مستربچ مشکی و مستربچ رنگی در شرکت آرمن پلیمر ) با کیفیت عالی و با کیفیت بالا تر از روش پیش اختلاط بدست می‌آید. ماردون اکسترودر دو ماردون برای این فرآیند نسبت طول به قطر ۴۰ تا ۴۸ را دارا است که برای تولید مستربچ های کربن بلک و تیتانیوم دی اکسید استفاده می‌شود.

به دلیل پیچیدگی سیستم هزینه سرمایه گذاری اولیه افزایش می‌یابد. از این روش برای تولید محصول به میزان ۵۰۰ تا ۵۰۰۰ کیلوگرم بر ساعت استفاده می‌شود.

نقش اکسترودر در تولید (مستربچ های افزودنی، مستربچ سفید ، مستربچ مشکی و مستربچ رنگی در شرکت آرمن پلیمر) 

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

معرفی اکسترودر در تولید(مستربچ های افزودنی، مستربچ سفید، مستربچ مشکی و مستربچ رنگی در شرکت آرمن پلیمر)

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

تقسیم بندی اکسترودر ها از نظر تغذیه در تولید(مستربچ های افزودنی، مستربچ سفید، مستربچ مشکی و مستربچ رنگی در شرکت آرمن پلیمر)

اکسترودر هایی که از روی دمای مواد مورد تغذیه آنها که برای انجام عملیات ضروری است تفکیک می‌شوند 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 می‌شوند.

در روش های معمول اکستروژن گرم معمولا از یک میل برای این کار استفاده می‌شود. اکسترودر های سرد که با استفاده ازیک نوار لاستیکی یا لاستیک های دانه ای در دمای محیط کار می‌کند. ثانیا اکسترودرها 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 می‌شود.

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 می‌توان قسمت تغذیه و تسمه کشش و نیز سیستم کنترل را طوری انتخاب کرد که کنترل ابعادی مناسب حاصل گردد.

تفاوت عمده فیزیکی میان اکسترودرهای سرد و گرم در نسبت طول به قطر مارپیچشان است. برای ماشین های 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 است. این باعث می‌شود تا ماشین ها کوچک و دارای طول های 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 را بوجود آورد. این امر باعث می‌شود که مارپیچ ها دارای طول های بیشتر در محدوده ۹d تا ۱۵d باشند و حتی در بعضی کاربردها ممکن است از مارپیچ های بزرگ تر 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 پیشرفت های 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 داشته اند.

 

توضیح اجمالی در مورد اجزای اکسترودر مارپیچی با تغذیه سرد در تولید (مستربچ های افزودنی، مستربچ سفید، مستربچ مشکی و مستربچ رنگی در شرکت آرمن پلیمر)

قیف تغذیه :

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

دو چیز درمورد قیف تغذیه مهم است

  • اندازه قیف

  • یکنواختی تغذیه

** تغذیه یکنواخت باعث تولید محصول یکنواخت می‌شود.

 

پوسته یا بدنه اکسترودر در تولید (مستربچ های افزودنی، مستربچ سفید، مستربچ مشکی و مستربچ رنگی در شرکت آرمن پلیمر)

یک استوانه فلزی است که مارپیچ را احاطه می‌کند. در داخل این استوانه حفره هایی تعبیه می‌شود تا با عبور آب سرد و گرم 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 می‌آید،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. در طراحی مارپیچ های بکار برده شده در اکسترودر با تغذیه سرد ،بررسی های خاص لازم است. برای آن که خرد شدن (Mastication) 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 است. 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 اکسترودر تأثیر زیادی دارد در مقدار تغذیه ثابت افزایش سرعت مارپیچ باعث افزایش دمای محصول خروجی از اکسترودر می‌شود.

سرعت ایده آل در اکسترودرهای مارپیچی جهت تولید (مستربچ های افزودنی، مستربچ سفید، مستربچ مشکی و مستربچ رنگی در شرکت آرمن پلیمر)

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 برای تولید (مستربچ های افزودنی، مستربچ سفید، مستربچ مشکی و مستربچ رنگی در شرکت آرمن پلیمر)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

  • تأمین حداکثر محصول خروجی بدون هیچ مشکل وبی نظمی

  • جبران تغییر شکل ناشی از خواص بازگشت الاستیک آمیزه

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

قالب(دای)

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

انواع دستگاه اکسترودر در تولید (مستربچ های افزودنی، مستربچ سفید، مستربچ مشکی و مستربچ رنگی در شرکت آرمن پلیمر)

اکسترودر پیستونی

ساده ترین اکسترودر، اکسترودر پیستونی است جهت تولید (مستربچ های افزودنی، مستربچ سفید، مستربچ مشکی و مستربچ رنگی در شرکت آرمن پلیمر)این دستگاه با فشار اکسترودر توسط نیرویی که خارج از پیستون اعمال می‌گردد فراهم می‌شود، اکسترود می‌کند. گرما با عث ذوب مواد درون بدنه شده و ویسکوزیته را کاهش می‌دهد.
با ترکیب صحیح فشار و دما، محصول اکسترودر با فشار به شکل مورد نظر و طراحی شده از دای خارج می‌شود.

 

این نوع اکسترودر ها مشکلاتی دارد

  • اولا این که فرایند به صورت ناپیوسته است
  • دوماً به دلیل عایق بودن پلاستیک، زمان طولانی برای گرم کردن یکنواخت مواد از سطح پوسته تا مرکز لازم است و از طرفی در صورتی که دمای پوسته بیش از حد بالا باشد سبب تخریب رزین در دیواره می‌گردد.
  • همچنین در اکسترودر پیستونی، میزان گرمایش برشی ایجاد شده از حرکت اکسترودر حداقل است.

اکسترودر تک مارپیچ ( ماردونه) برای تولید (مستربچ های افزودنی، مستربچ سفید، مستربچ مشکی و مستربچ رنگی در شرکت آرمن پلیمر)

اجزاء کلیدی اکسترودر تک مارپیچ به ۵ قسمت اصلی تقسیم می‌شوند جهت تولید (مستربچ های افزودنی، مستربچ سفید، مستربچ مشکی و مستربچ رنگی در شرکت آرمن پلیمر)

 

  • 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 می‌شود و به دای پمپ می‌گردد.
محصول اکسترودر پس از انتقال از مارپیچ در آداپتور و دای شکل می‌گیرد.
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 می‌باشند و بعضی ها شامل نمی‌شوند.
میزان عملکرد، مستقیماً به L/D اکسترود مربوط می‌شود.
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 در تولید

(مستربچ های افزودنی، مستربچ سفید، مستربچ مشکی و مستربچ رنگی در شرکت آرمن پلیمر)

  • 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 می‌شوند

  • مستلزم گشتاور چرخشی ترک کمتر

  • توان کمتر و در نتیجه نیاز به موتور کوچک تر

اکسترودرها با L/D بلندتر جهت تولید

(مستربچ های افزودنی، سفید، مشکی و رنگی در شرکت آرمن پلیمر) نیز این مزایا را به دنبال دارند

  • دارای خروجی بیشتر
  • توانایی اختلاط با ظرفیت بیشتر
  • می توانند در فشار 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 می‌باشند

تغذیه

شامل دو سیستم تغذیه، که بصورت ثقلی کار می‌کنند، دو نوع flood و starve هستند. هر دو سیستم 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 می‌کنند. جریان آب می‌تواند 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 می‌شود مواد با کمترین محدودیت درون اکسترودر جریان یابد .
گلوهای تغذیه شیاردار درتولید فیلم های دمشی و دیگرکاربرد ها برای افزایش خروجی اکسترودر استفاده می‌شوند .
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 ناپدید 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 و از مذاب زودرس جلوگیری می‌کند.