آشنایی بیشتر با اکستروردرهای سیاره ای

مطالب زیادی در مورد تکنیک اکستروژن های سیاره ای نوشته نشده است، از همین رو مطلب ذیل، توسط مهندس حمیدحامد موسویان تهیه شده و توسط صنایع پلاستیک منتشر می گردد.

به گزارش صنایع پلاستیک، در تکنیک اکستروژن سیاره ای (Planetary Extrusion)، معمولا از دو اکسترودر پیوسته استفاده می شود. اکسترودر اولیه دارای یک مارپیچ مرکزی است که گرداگرد آن را مارپیچ های کوچک زیادی فرا گرفته اند. مواد در این اکسترودر به شکل مخلوط و مذاب در آمده و سپس با ورود به یک اکسترودر تک مارپیچ دیگر کاملا نرم و هموژن می گردند.در این روش فرایندی، تمام مواد افزودنی و پلیمر مصرفی در همان ابتدا وارد قیف تغذیه دستگاه می شوند.

کاربرد اصلی اکسترودر پلانتری در پی وی سی است،برای فرایند این پلیمر نیاز به عملیات فیزیکی-شیمیایی ویژه ای است، از طرفی حساسیت زیاد پی وی سی به حرارت، یک جنبه مهم و کلیدی است، که همیشه باید مورد توجه قرار گیرد.فرایند پی وی سی، ایجاد برش و تنش های شدید حرارتی را ممنوع کرده است، زیرا حرارت زیاد، موجب کاهش قابل توجهی در خواص و دگرشوی این پلیمر خواهد شد. اگر چه رزین های پی وی سی که به اشکال انواع لوله، پروفیل، ورق و دیگر مصنوعات اکسترود می شوند، نسبت به ادوار گذشته از نظر کیفیت بهبود یافته اند، و هر روز پایدارکننده های حرارتی مناسب تری برای این پلیمر به بازار عرضه می شوند، اما اکستروژن پی وی سی سخت به دلیل حساسیت حرارتی آن، همیشه مشکل آفرین است. این مشکلات به ویژه هنگامی که از رزینی با جرم مولکولی بالاتر به جهت دست یابی به ویژگی های مکانیکی بالاتر استفاده می شود،ملموس تر است. در فرایند پی وی سی لازم است اختلاط و همگنی مذاب درکمترین درجه حرارت انجام پذیرد که این امر با توجه با ساختار اکسترودر سیاره ای به خوبی در فرایند های مختلف در دسترس است.مزیت ویژه اینگونه اکسترودرها فرایند خوب پودر، زمان اقامت کم مواد در اکسترودر و خود پاک کنندگی به هنگام تعویض فرمول است.

محور مرکزی اکسترودر(شکل ۱)، یک مارپیچ دنده ای سیاره ای، با قطر زیاد و ۴۵ درجه زاویه مارپیچ است. در اطراف و گرداگرد مارپیچ مرکزی، تعداد زیادی مارپیچ کوچکتر و درون سیلندر اکسترودر قرار گرفته اند. با حرکت مارپیچ مرکزی،مارپیچ های گرداگرد آن، با هم در گیر شده و حول محور مرکزی شروع به چرخش می کنند. آمیزه پلیمری پس از ورود به اکسترودر، در میان فواصل موجود میان مارپیچ مرکزی، مارپیچ های اطراف و سیلندر اکسترودر قرار می گیرند. با استفاده از این روش مواد مذاب به شکل لایه های نازکی درون اکسترودر، نورد شده و سپس به صورت ریسمان های در هم پیچیده از دستگاه خارج و وارد اکسترودر دوم می شوند.(شکل ۳) اکسترودر دوم دارای یک مارپیچ است که دارای مشخصات وسرعت متفاوتی نسبت به اکسترودر پلانتری است. دلیل استفاده از دو اکسترودر به این دلیل است، همیشه شرایط فرایندی شامل، سرعت و حرارت در اکسترودر اول به شکل ثابت تنظیم می شوند و در اکسترودر دوم با توجه به میزان تغذیه و سرعت دستگاه بعدی، شرایط تغییر داده می شود.

شکل شماره ۱ ) نمای داخلی اکسترودر سیاره ای

اکسترودرهای سیاره ای نسبت به اکسترودرهای دو مارپیچه، قابلیت هموزن سازی و نرم کنندگی بهتری دارند. یکی از ویژگی های مهم این روش، خروج کامل مواد پس از اتمام فرایند از داخل اکسترودر است که عملیات تمیز سازی را به حداقل می رساند.

به طور کلی سیستم های پلانتری شامل مراحل زیر هستند:(شکل ۲)

۱) اکسترودر پلانتری، خود شامل دو قسمت است. تک مارپیچ تغذیه و گروه مارپیچ های سیاره ای

۲) محفظه واکیوم و گاز گیری (موجب مکش گازهای ناشی از فرایند و افزایش کیفیت محصول می شود.)

۳) اکسترود تک مارپیچ (شکل خروجی مواد از این اکسترودر، بستگی به قالب مورد استفاده را دارد.)

شکل شماره ۲ ) نواحی مختلف سیستم اکسترودر سیاره ای

عمده کاربردهای اکسترودر سیاره ای عبارتند:

• انواع مصنوعات پی وی سی ( کابل، شیلنگ، پروفیل، کفپوش، فیلم و ورق،لوله، اتصالات، کفپوش و کاغذدیواری)
• کامپوزیت های چوب پلاستیک
• کامپوزیت های پلی اتیلن
• انواع گرانول
• به طور کلی مزایا و معایب پلانتری اکسترودرها به شرح زیر هستند:
• میکسینگ و کامپاندینگ خیلی خوب
• کاهش مصرف انرژی به دلیل نیاز به حرارت کمتر
• ضایعات کم در هنگام تعویض رنگ
• عملیات گاز گیری خیلی خوب
• امکان استفاده از مقادیر زیاد فیلر در آمیزه

عدم رعایت شرایط صحیح فرایندی در این اکسترودر مشکل ساز خواهد شد، به عنوان مثال چنانچه آمیزه پلیمری به دلیل حرارت زیاد دچار سوختگی شود، و به سرعت اقدام به باز کردن و تمیز کردن مارپیچ ها نشود،مسلما آسیب خواهند دید. تعدد مارپیچ ها، یکی از مشکلات اصلی در این اکسترودر است، چرا که در صورت صدمه دیدن، نیاز به تعویض آن ها به همراه صرف هزینه های زیادی خواهد بود.

وجود ناخالصی های فلزی در آمیزه، موجب ایجاد صدمه به مارپیچ ها و سیلندر دستگاه خواهند شد. استفاده از مگنت های فلزی و دستگاه پرتو فلز یاب، در قسمت ورودی قیف مواد به دستگاه، جهت جلوگیری از ورود هر گونه ناخالصی فلزی به اکسترودر، ضروری است.

شکل شماره ۳ ) شکل مارپیچ ها و مذاب خروجی از دهانه اکسترودر