قلب پردازش پلاستیک: فناوری پیچ و بشکه در اکستروژن پلاستیک

اکستروژن پلاستیک فرآیندی حیاتی در ساخت محصولات مختلف از جمله لوله، پروفیل، فیلم و ورق است. در قلب این فرآیند اکسترودر قرار دارد، ماشینی که پلاستیک خام را به شکل مذابی که برای شکل دهی مناسب است تبدیل می کند. در داخل اکسترودر، پیچ و بشکه نقش محوری را ایفا می‌کنند و برای رسیدن به این تغییر به صورت پشت سر هم کار می‌کنند.

پیچ: نیروی محرکه پلاستیک سازی

پیچ، که اغلب به عنوان "قلب" اکسترودر شناخته می شود، به عنوان نیروی محرکه اصلی در پشت فرآیند پلاستیک سازی عمل می کند. طراحی مارپیچ آن، شبیه به قلب چرخان، پلاستیک را در امتداد بشکه به حرکت در می آورد و آن را در معرض یک سری تغییرات فیزیکی و شیمیایی قرار می دهد که در نهایت آن را به یک مذاب یکنواخت تبدیل می کند.

ساختار پیچ معمولاً شامل سه بخش مجزا است: بخش تغذیه، بخش فشرده سازی و بخش اندازه گیری.

قسمت تغذیه: این قسمت وظیفه کشیدن گرانول های پلاستیکی از قیف و انتقال آنها به قسمت فشرده سازی را بر عهده دارد.

بخش فشرده سازی: در اینجا گرانول های پلاستیک فشرده شده و تحت تاثیر حرارت و فشار شروع به ذوب شدن می کنند.

بخش اندازه گیری: پلاستیک مذاب قبل از اینکه به سمت قالب هل داده شود، در قسمت اندازه گیری بیشتر تحت پلاستیک سازی و همگن شدن قرار می گیرد.

هندسه پیچ که با پارامترهایی مانند قطر، نسبت طول به قطر، عمق رزوه و گام مشخص می شود، به طور قابل توجهی بر فرآیند اکستروژن تأثیر می گذارد. طرح‌های پیچ‌های مختلف برای انواع پلاستیکی خاص و الزامات محصول طراحی شده‌اند.

بشکه: ظرف تحول

بشکه که اغلب به عنوان "محفظه" اکسترودر در نظر گرفته می شود، ظرفی را برای قرار دادن پیچ و تامین محیط گرمایش یا سرمایش لازم فراهم می کند. این فضا و محیط ضروری را برای پلاستیک شدن و ذوب شدن پلاستیک ایجاد می کند.

بشکه معمولاً شکلی استوانه ای به خود می گیرد و دیواره داخلی آن فاصله دقیقی از قطر بیرونی پیچ دارد. مواد بشکه باید دما و فشار بالا را تحمل کند و در عین حال مقاومت عالی در برابر سایش و خوردگی را از خود نشان دهد.

مشارکت هم افزایی پیچ و بشکه

پیچ و بشکه به شیوه ای هماهنگ و وابسته به یکدیگر عمل می کنند، عمل ترکیبی آنها باعث نرم شدن، ذوب شدن و اکستروژن یکنواخت پلاستیک می شود.

پلاستیک سازی: نیروهای ترکیبی نیروی محرکه پیچ و حرارت بشکه به تدریج گرانول های پلاستیک را ذوب می کند و از ترکیب یکنواخت با مواد افزودنی و سایر اجزا اطمینان حاصل می کند.

ذوب: با افزایش دما و تشدید نیروهای برشی، مذاب پلاستیک به طور فزاینده ای همگن و روان می شود.

اکستروژن یکنواخت: پیچ در بخش اندازه گیری، مذاب یکنواخت را به سمت قالب هل می دهد و در نهایت آن را به محصول مورد نظر تبدیل می کند.

فناوری پیچ و بشکه در هسته اکستروژن پلاستیک قرار دارد ، کیفیت طراحی و ساخت آنها مستقیماً بر کیفیت و کارایی محصولات اکسترود شده تأثیر می گذارد. از آنجایی که صنعت پلاستیک به تکامل خود ادامه می‌دهد و نیاز به مواد پیچیده‌تر و طراحی‌های پیچیده محصول دارد، تقاضا برای سیستم‌های پیچ و بشکه‌ای با کارایی بالا تشدید می‌شود. آینده نویدبخش پیشرفت در تکنیک های چاپ سه بعدی است که ساخت ساختارهای پیچ و بشکه پیچیده و شخصی تر را امکان پذیر می کند. علاوه بر این، ادغام هوش مصنوعی و اینترنت اشیا (IoT) بینش های عمیق تر و بهینه سازی عملکرد پیچ ​​و بشکه را تقویت می کند و منجر به بهبود بیشتر در کیفیت محصول و راندمان اکستروژن می شود.

بخش 2: بررسی تفاوت های ظریف طراحی پیچ و بشکه

طراحی پیچ:

هندسه پیچ نقش اساسی در تعیین رفتار جریان و راندمان پلاستیک سازی پلاستیک دارد. هر پارامتر، از قطر و نسبت طول به قطر گرفته تا عمق و گام رزوه، به عملکرد کلی پیچ کمک می کند.

قطر: قطر پیچ به طور مستقیم بر ظرفیت خروجی اکسترودر تأثیر می گذارد. قطرهای بزرگتر به طور کلی منجر به توان عملیاتی بالاتر می شود، اما آنها همچنین به موتورهای قدرتمندتری نیاز دارند و گرمای بیشتری تولید می کنند.

نسبت طول به قطر (L/D): این پارامتر طول نسبی پیچ را نسبت به قطر آن نشان می دهد. نسبت L/D بالاتر معمولاً منجر به اختلاط و جداسازی بهتر می‌شود، در حالی که نسبت L/D پایین‌تر ممکن است برای توان عملیاتی سریع‌تر پلیمرهای کم تقاضا مناسب باشد.

عمق رزوه: عمق رزوه های پیچ بر زمان ماندن مواد در اکسترودر تأثیر می گذارد. رزوه‌های عمیق‌تر زمان اختلاط و پلاستیک‌سازی بیشتری را فراهم می‌کنند، در حالی که رزوه‌های کم عمق‌تر جریان مواد را سریع‌تر می‌کنند.

گام: گام یا فاصله بین رزوه های پیچ مجاور، بر حرکت محوری مواد تأثیر می گذارد. گام بلندتر باعث پیشرفت سریعتر مواد می شود، در حالی که گام کوتاهتر باعث اختلاط و ورز دادن بهتر می شود.

در حالی که طراحی اولیه پیچ طیف وسیعی از کاربردهای اکستروژن را ارائه می دهد، انواع پلاستیک خاص و عملکردها اغلب نیاز به پیکربندی پیچ های تخصصی دارند. در اینجا چند نمونه آورده شده است:

* **پیچ های اختلاط:** این پیچ ها عناصر اختلاط ویژه ای را در قسمت فشرده سازی مانند صفحات شکن یا مناطق اختلاط خاص طراحی شده دارند. این پیکربندی باعث افزایش همگن شدن مواد افزودنی، پرکننده ها و رنگدانه ها در مذاب پلاستیک می شود.

* **پیچ های بازدارنده:** برای مواد مستعد تخریب در دماهای بالا طراحی شده اند، پیچ های بازدارنده از ناحیه خاصی برای جداسازی پلاستیک ذوب نشده و مذاب استفاده می کنند. این جداسازی از قرار گرفتن در معرض حرارتی زودرس مواد ذوب نشده جلوگیری می کند و کیفیت و قوام محصول را بهبود می بخشد.

* **پیچ های تهویه شده:** بعضی از پلیمرها اجزای فرار را در طول فرآیند اکستروژن آزاد می کنند. پیچ‌های تهویه‌دار کانال‌هایی را در امتداد بشکه ادغام می‌کنند تا به این مواد فرار اجازه دهند تا از ایجاد حفره یا حباب در محصول نهایی جلوگیری کنند.

** بشکه: انتخاب مواد و مهندسی دقیق**

انتخاب مواد بشکه نقش مهمی در تضمین عملکرد بهینه و طول عمر دارد. انتخاب های رایج عبارتند از فولاد نیترید و فولاد کروم اندود، که تعادل مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر خوردگی و پایداری حرارتی را ارائه می دهد.

سطح داخلی بشکه به همان اندازه مهم است. روکش صاف اصطکاک بین بشکه و پلاستیک را به حداقل می رساند و مصرف انرژی و سایش پیچ را کاهش می دهد. برعکس، یک روکش بافت می تواند برای کاربردهای خاص مفید باشد، و باعث اختلاط یا چسبندگی بهتر بین پلاستیک و بشکه می شود.