اکسترودر تک ماردون رایج‌ترین و محبوب‌ترین دستگاه ساخت مواد پلاستیکی است، چون نسبتا ساده و ارزان است و به راحتی، یک خروجی پیوسته ارائه می‌دهند. ترموپلاستیک‌ها (گرمانرم‌ها) بزرگ‌ترین گروه مواد پلاستیکی اکسترود شده به حساب می‌آیند؛ تقریبا 65 درصد از تمام پلاستیک‌ها، از داخل این اکسترودر عبور می‌کنند. اکثر اکسترودرها، اکسترودر تک مارپیچ هستند. این همان مارپیچی است که مواد را به سمت قالب هل می‌دهد و سپس از درون آن عبور می‌دهد. در این فرآیند سنسور فشار مذاب نقش نظارتی و کنترلی دارد که به بالاتر رفتن کیفیت محصول، ایمنی بالاتر فرآیند و موارد دیگری منجر می شود که به آن با جزئیات خواهیم پرداخت.
ساختار اکسترودر تک ماردون
یک نمای مقطع از یک اکسترودر تک ماردون ساده، در شکل زیر نشان داده شده است. این شکل، آرایش و چیدمان قسمت‌های مختلف دستگاه را نشان می‌دهد. مارپیچ (screw) و لوله (barrel)، دو بخشی هستند که برای انتقال و جابجایی مواد پلاستیکی با هم تعامل دارند، مواد را ذوب می‌کنند و سپس مواد را هدایت می‌کنند تا از قالب عبور کند.
بخش درایو موتور الکتریکی و گیربکس، مارپیچ را با سرعتی از پیش‌تعیین‌شده می‌چرخانند. کنترلرهای دما به المنت‌های گرمایشی/سرمایشی روی لوله متصل می‌شوند تا دما را در دمای ست‌پوینت (تنظیم شده) حفظ کنند.
توانایی این چیدمانِ مارپیچ و لوله، برای اکسترود کردن یک ماده مشخص، به ویژگی‌های مواد پلاستیکی، خصیصه‌ها یا ساختار پیچ و لوله و شرایطی که سیستم تحت آنها کار می‌کند، بستگی دارد.
در ادامه به قسمت های مختلف یک اکسترودر تک ماردون و وظایف آن ها می پردازیم:
لوله و مارپیچ: بشکه محفظه ای برای مارپیچ فراهم می کند و وظیفه انتقال مواد و کنترل دما را بر عهده دارد. طراحی مارپیچ شامل عناصر مختلفی مانند پروازها، کانال ها و بخش های اختلاط برای اطمینان از پردازش کارآمد مواد است.
قیف خوراک و سیستم تغذیه: قیف خوراک، مواد اولیه اکسترودر را ذخیره و تامین می کند. سیستم تغذیه، مانند لودر قیف یا مارپیچ، نرخ جریان مواد به داخل اکسترودر را برای پردازش ثابت کنترل می کند.
سیستم های گرمایش و سرمایش: این سیستم ها کنترل دقیق دما را در اکسترودر حفظ می کنند. هیترها، معمولا برقی یا نفتی، بشکه را گرم می کنند تا مواد ذوب شوند. مکانیسم های خنک کننده، مانند فن ها یا ژاکت های آب، دما را در طول فرآیند اکستروژن تنظیم می کنند.
سیستم درایو و کنترل ها: سیستم درایو از یک موتور و گیربکس تشکیل شده است که چرخش پیچ را تامین می کند. کنترل‌هایی مانند تنظیمات سرعت و گشتاور، اپراتورها را قادر می‌سازد تا فرآیند را تنظیم و بهینه کنند.
اصول کار
در ادامه اصول کار یک اکسترودر تک ماردون به ترتیب مراحل از ابتدا تا انتها توضیح داده می شود.
انتقال و ذوب مواد: مارپیچ دوار مواد را به جلو منتقل می کند در حالی که از طریق اصطکاک و فشرده سازی گرما ایجاد می کند. با پیشروی مواد در امتداد بشکه، به تدریج ذوب شده و چسبناک تر می شود.
اختلاط و ترکیب: بسته به طراحی مارپیچ، اختلاط بخش ها یا بلوک های ورز دهنده، ترکیب مواد افزودنی، پرکننده ها یا رنگ ها را در مواد مذاب تسهیل می کند. این فرآیند توزیع یکنواخت را تضمین می کند و خواص محصول را افزایش می دهد.
تولید و کنترل فشار: با پیشرفت مواد مذاب، مارپیچ فشار وارد می کند و به همگن شدن مواد مذاب و افزایش جریان یکنواخت کمک می کند. فشار از فشرده سازی مواد در کانال باریک بشکه ایجاد می شود.
اندازه گیری و اکستروژن: در انتهای اکسترودر، یک بخش اندازه گیری به کنترل سرعت جریان مواد مذاب کمک می کند. مواد با فشار از یک قالب عبور می‌کنند، که هنگام خروج از اکسترودر، آن را به پروفیل مورد نظر مانند لوله، فیلم یا ورق تبدیل می‌کند.
انواع اکسترودر تک ماردون
اکسترودرهای تک ماردون پیوسته
اکسترودرهای تک مارپیچ پیوسته برای پردازش بی وقفه مواد طراحی شده اند. آنها دارای یک جریان ثابت مواد از طریق اکسترودر هستند که امکان تولید با حجم بالا با خروجی ثابت را فراهم می کند. طراحی پیوسته، ذوب، اختلاط و اکستروژن کارآمد و مداوم مواد را امکان پذیر می کند و آنها را برای کاربردهایی که نیاز به محصول پیوسته و یکنواخت دارند مناسب می کند.
اکسترودرهای تک ماردون متناوب
اکسترودرهای تک مارپیچ متناوب با عملکرد start-stop مشخص می شوند. آنها معمولاً برای اجراهای تولید در مقیاس کوچکتر یا برنامه هایی که نیاز به تغییرات مکرر مواد دارند استفاده می شوند. بر خلاف اکسترودرهای پیوسته، اکسترودرهای متناوب انعطاف پذیری بیشتر در پردازش مواد مختلف و تولید انواع محصولات مختلف را امکان پذیر می کنند. عملکرد متناوب امکان تمیز کردن، نگهداری و تنظیم آسان تر اکسترودر را فراهم می کند و آنها را برای کاربردهایی که نیاز به تغییرات مکرر و تطبیق پذیری دارند مناسب می کند.
اکسترودر ونتد تک مارپیچ
یک اکسترودر ونتد (vented)، اکسترودری است که حاوی یک ونت یا دریچه‌ای است که برای استخراج مواد فرار از ماده پلاستیکی در طول فرآیند اکستروژن ← استفاده می‌شود. میزان آب (رطوبت) و مواد فرار در یک ماده پلاستیکی، ممکن است با استفاده از یک دستگاه ونتد، به سطح پایین‌تر و قابل قبولی کاهش یابد.
در بخشی از مسیر در امتداد لوله اکسترودر، ماده مذاب با کاهش قطر ریشه مارپیچ از حالت فشرده خارج می‌شود. دریچه‌ای که بخار از طریق آن خارج می‌شود، در این نقطه از لوله قرار دارد (ممکن است دریچه بسته یا گرفته شده باشد و در صورت عدم نیاز به هواگیری استفاده نشود).
سپس ماده مذاب بدون بخار، به سمت قالب منتقل می‌شود و با افزایش قطر ریشه مارپیچ دوباره فشرده می‌شود. برای اطمینان از اینکه مذاب از طریق دریچه خارج نمی‌شود، یک قسمت سد یا اژدر (تورپیدو) درست قبل از دریچه، روی مارپیچ تعبیه شده است. به دلیل نحوه تولید، ساختار و بکارگیری این دستگاه‌های ونتد میکس بسیار خوبی ارائه می‌کنند.
با این حال، باید به خاطر داشت که از پیش‌خشک کردن پلیمر (pre-drying) ممکن است انتخاب بهتری باشد، چون گرم کردن برخی از پلاستیک‌ها در تماس با آب، ممکن است باعث تجزیه یا تخریب آنها شود.
اکسترودر آبشاری (cascade)
ساده‌ترین نوع اکسترودر آبشاری، شامل دو اکسترودر تک ماردونی (دو چیدمان مارپیچ و لوله، که یکی بالای دیگری نصب شده) می‌شود که در آن، خروجی (مذاب) از دستگاه اول، دستگاه دوم را تغذیه می‌کند.
یک گذرگاه که ممکن است برای فرارزدایی ونتد شده باشد، دو چیدمان مارپیچ را به یکدیگر متصل می‌کند. چنین ماشینی، همچنین ممکن است به عنوان یک اکسترودر ونتد دسته‌بندی شود و این مزیت را دارد که هر مارپیچ ممکن است با سرعت مستقل و جداگانه‌ای درایو شود، بنابراین خروجی آنها می‌تواند با هم مطابقت داشته باشد. همچنین ممکن است از شیرها برای بهینه‌سازی خروجی هر مرحله استفاده شود.
کاربردهای اکسترودر تک ماردون
پردازش پلاستیک
فرآیندهای تولید پلاستیک با استفاده از اکسترودرهای تک پیچ به طور گسترده در صنایعی مانند بسته بندی، ساخت و ساز و خودرو استفاده می شود. این اکسترودرها امکان تولید محصولات پلاستیکی مانند لوله ها، تیوب ها، ورق ها، پروفیل ها و فیلم ها را فراهم می کنند. آنها همچنین برای بازیافت مواد پلاستیکی استفاده می شوند و راه حل های پایدارکننده طبیعت ایجاد می کنند.
صنایع غذایی و آشامیدنی
اکسترودرهای تک مارپیچ نقشی حیاتی در فرآوری مواد غذایی، به ویژه در تولید اقلام مختلف غذایی ایفا می کنند. آنها برای تولید ماکارونی، اکسترود غلات، تولید اسنک (مانند تنقلات اکسترود شده و غلات صبحانه) و تولید غذای حیوانات خانگی استفاده می شوند. این اکسترودرها کنترل دقیقی بر فرآیند ارائه می‌دهند و کیفیت ثابت و بافت‌های مطلوب را تضمین می‌کنند.
صنایع دارویی و شیمیایی
اکسترودرهای تک مارپیچ کاربردهایی در فرآیندهای تولید دارویی و شیمیایی پیدا می کنند. از آنها برای تولید قرص، کپسول و گرانول استفاده می شود. فناوری اکستروژن اجازه می دهد تا آزادسازی دارو کنترل شده، حلالیت افزایش یافته و فراهمی زیستی بهبود یافته باشد.
در صنایع شیمیایی، اکسترودرهای تک ماردون برای ترکیب، اختلاط و تولید مواد شیمیایی ویژه با خواص و عملکردهای خاص مورد استفاده قرار می گیرند.
مزایای اکسترودرهای تک ماردون
کارایی و مقرون به صرفه بودن: اکسترودرهای تک مارپیچ به دلیل راندمان بالای خود در پردازش مواد و مقرون به صرفه بودن شناخته شده اند و آنها را به گزینه ای ارجح برای بسیاری از فرآیندهای تولید تبدیل می کند.
تطبیق پذیری و تطبیق پذیری: این اکسترودرها را می توان برای طیف وسیعی از مواد از جمله پلاستیک، محصولات غذایی، داروها و غیره استفاده کرد. آنها انعطاف پذیری و سازگاری با نیازهای مختلف تولید را ارائه می دهند.
سهولت در بهره برداری و نگهداری: اکسترودرهای تک ماردون کارکرد و نگهداری نسبتاً آسانی دارند. آنها طراحی ساده ای دارند و به حداقل مداخله اپراتور نیاز دارند که منجر به کاهش زمان خرابی و افزایش بهره وری می شود.
محدودیت ها
محدودیت‌های پردازش برای برخی مواد: اکسترودرهای تک پیچ ممکن است هنگام پردازش مواد خاصی که به شرایط پردازش خاصی نیاز دارند یا ویژگی‌های منحصر به فردی دارند، با چالش‌هایی مواجه شوند. در چنین مواردی، روش های اکسترود جایگزین یا اکسترودرهای دو مارپیچ ممکن است مناسب تر باشند.
قابلیت اختلاط محدود در مقایسه با اکسترودرهای دو ماردون: اکسترودرهای تک ماردون از نظر قابلیت اختلاط خود دارای محدودیت هایی هستند، به ویژه در مقایسه با اکسترودرهای دو مارپیچ ←. راندمان اختلاط ممکن است کمتر باشد و در برخی کاربردها بر همگنی محصول نهایی تأثیر بگذارد.
نقش سنسور فشار ملت در اندازه گیری فشار و کنترل فرآیند
برای اطمینان از عملکرد بهینه و کیفیت محصول، کنترل دقیق و نظارت بر فرآیند استفاده از سنسور فشار مذاب ← ضروری است. در ادامه، اهمیت سنسورهای فشار مذاب و نقش آنها در کنترل و نظارت بر ماشین‌های اکسترودر تک ماردون را بررسی خواهیم کرد.
نظارت بر فشار مذاب
سنسورهای فشار مذاب اجزای کلیدی در ماشین‌های اکسترودر تک ماردون هستند که اپراتورها را قادر می‌سازند تا فرآیند را به طور موثر نظارت و تنظیم کنند. این سنسورها معمولاً در نقاط استراتژیک داخل بشکه اکسترودر قرار می‌گیرند، جایی که فشار وارد شده توسط مواد مذاب را در طول فرآیند اکستروژن اندازه‌گیری می‌کنند. با نظارت مداوم بر فشار مذاب، اپراتورها می توانند بینش ارزشمندی در مورد رفتار مواد به دست آورند و تنظیمات لازم را برای بهینه سازی فرآیند انجام دهند.
متغیرهای فرآیند کنترل
داده های ارائه شده توسط سنسورهای فشار مذاب به اپراتورها اجازه می دهد تا متغیرهای مختلف فرآیند را کنترل کنند و اطمینان حاصل کنند که فرآیند اکستروژن به صورت روان و پیوسته اجرا می شود. در اینجا چند راه وجود دارد که سنسورهای فشار مذاب به کنترل فرآیند کمک می کنند:
سرعت مارپیچ و بار موتور
سنسورهای فشار مذاب با ارائه خوانش فشار در لحظه به تنظیم سرعت مارپیچ و بار موتور کمک می کنند. اگر فشار از محدوده مورد نظر فراتر رود، ممکن است نشان دهنده انسداد مواد یا فشار برگشتی بیش از حد باشد. در پاسخ، اپراتورها می توانند سرعت مارپیچ یا بار موتور را برای حفظ شرایط عملیاتی بهینه و جلوگیری از آسیب تجهیزات تنظیم کنند.
مناطق دما و گرمایش
سنسورهای فشار مذاب به کنترل دما و مناطق گرمایش در امتداد بشکه اکسترودر کمک می کنند. با نظارت بر فشار مذاب در نقاط مختلف، اپراتورها می توانند تغییرات یا ناسازگاری دما را تشخیص دهند. این اطلاعات امکان تنظیم دقیق عناصر گرمایشی را فراهم می کند و از ذوب یکنواخت و جلوگیری از تخریب مواد جلوگیری می کند.
نرخ جریان مواد
حفظ نرخ جریان مواد ثابت برای دستیابی به مشخصات محصول مورد نظر بسیار مهم است. سنسورهای فشار مذاب بازخوردی را در مورد فشار درون اکسترودر ارائه می‌کنند و اپراتورها را قادر می‌سازند تا نرخ جریان مواد را نظارت و کنترل کنند. اگر فشار از محدوده هدف منحرف شود، می توان تنظیماتی را در سرعت مارپیچ، سرعت تغذیه یا پیکربندی قالب برای دستیابی به دبی مورد نظر انجام داد.
ایمنی فرآیند و تضمین کیفیت
سنسورهای فشار مذاب نقش مهمی در تضمین ایمنی فرآیند و کیفیت محصول دارند. با نظارت مداوم بر فشار مذاب، اپراتورها می توانند ناهنجاری هایی را که ممکن است نشان دهنده مشکلات بالقوه باشد، مانند افزایش فشار بیش از حد یا ناسازگاری مواد، تشخیص دهند. تشخیص زودهنگام چنین مسائلی امکان اقدام سریع، به حداقل رساندن خطر خرابی تجهیزات و اطمینان از تولید محصولات اکسترود شده با کیفیت بالا را فراهم می کند.
نتیجه:
سنسورهای فشار مذاب ابزارهای ضروری برای کنترل و نظارت بر ماشین های اکسترودر تک ماردون هستند. آنها بازخورد زمان واقعی را در مورد فشار مذاب ارائه می دهند و اپراتورها را قادر می سازند تا متغیرهای مختلف فرآیند را تنظیم کنند، ایمنی فرآیند را تضمین کنند و کیفیت محصول را حفظ کنند.
با این حال انتخاب یک سنسور فشار مذاب متناسب برای دستگاه شما نیازمند در نظر گرفتن نکات ریز و حساسی است که نیازمند متخصصین حوزه اتوماسون صنعتی می باشد. کارشناسان ما برای مشاوره به شما در این زمینه مشتاق شنیدن صدای شما هستند.
