اکسترودر چیست و چه کاربردی دارد؟

اکسترودر (Extruder) یک نوع دستگاه صنعتی محفظ و ماردون شکل است که مواد گرانولی را با یک نیروی حرکتی و حرارتی به داخل هدایت می کند و در زمان خروج با فشار از انتهای دستگاه، محصولی خمیری یا نوار شکل خارج می شود. این دستگاه دارای سه بخش اصلی مانند ناحیه تغذیه، قسمت تراکم و فشردگی و بخش اندازه گیری به وجود می آید. از این دستگاه در قسمت های گوناگون صنایع لاستیک و پلاستیک استفاده می کنند.انواع اکسترودراکسترودرهای متداول موجود به صورت کلی به دو دسته‌ی تک ماردونه و دو ماردونه تقسیم بندی می‌شوند. البته می‌توان آن‌ها را در یک بسته بندی دیگر از نظر دمای تغذیه (ماده اولیه) تفکیک کرد که در ادامه به توضیحات آن خواهیم پرداخت.۱) اکسترودرهای تک ماردونهیکی از متداول‌ترین روش‌های شکل دهی پلاستیک‌ها، اکستروژن است که از یک ماردون تشکیل شده است. مدل تک ماردونه یکی از انواع اکسترودر است که قادر به انجام فرایند اکستروژن مواد، بدون تلورانس می‌باشد به طوری که همزمان قادر است مصرف مواد و انرژی را بهینه کند. از دیگر ویژگی های این دستگاه طول عمر طولانی، ظرفیت تولید بالا و کیفیت مطلوب محصولات را می‌توان نام برد.اجزاء کلیدی اکسترودر تک ماردونه در شکل زیر نشان داده شده است. این دستگاه ۵ قسمت اصلی دارد:سیستم محرکسیستم خوراکسیلندر (ماردون ، پوسته و سیستم‌های گرم کننده)مجموعه قالب و هد (کلگی)سیستم کنترروش کار اکسترودر تک ماردونهمواد اولیه این دستگاه به صورت گرانول یا خاکه نرم از قسمت قیف به ماردونه وارد می‌شود. حال این مواد در اثر حرارت حاصل از گرم کننده های دستگاه (Barrel Heaters) و برش ناشی از حرکت بر روی لبه‌های ماردون گرم می‌شود. ، درادامه عمق معبر در طول ماردون کاهش یافته و موجب فشرده شدن مواد می‌شود. در انتهای این دستگاه، مواد مذاب با عبور از قالب های مختلف به شکل مورد نظر برای محصول نهایی در می‌آیند. اکسترودرهای تک ماردونه عمدتاً برای تولید انواع لوله‌های پلی اتیلن به کار می‌روند.ویژگی اکسترودر تک ماردونهیکی از ویژگی‌های مهم اکسترودرها نسبت طول به قطر (L/D)در آن‌ها است. خروجی این ماشین مستقیماً با نسبت طول به قطر (L/D)وابسته است؛ به طور مثال دو اکسترودر با قطر یکسان اما L/Dهای متفاوت دارای خروجی کاملاً متفاوتی هستند.اکسترودرهای بلندتر ازظرفیت ذوب و مخلوط کردن بیشتری برخوردارند و همچنین این اجازه را می‌دهند که این دستگاه با سرعت بیشتری حرکت کند. اصولاً اکسترودری که قطر بزرگتری داشته باشد متناسب با آن سرعت خروجی بیشتری خواهد داشت لذا اکسترودرهای تک ماردونه معمولاً سرعت خروجی بیشتری نسبت به اکسترودرهای دو ماردونه دارند اما قدرت همگن سازی آن‌ها کمتر است. به همین دلیل معمولاً در خطوطی که از این نوع اکسترودر استفاده می‌شود بهتر است از دو اکسترودر پشت سرهم استفاده شود تا اولی فرآیند ترکیب و همگن سازی و دومی فرآیند اکسترود را انجام دهد.۲) اکسترودرهای دو ماردونهیکی دیگر از انواع اکسترودرها، اکسترودر دو ماردونه است. این دستگاه معمولاً به دستگاه اکسترودر ماردونه دوقلو معروف است اما لزوماً ابعاد این ماردون‌ها به یک اندازه نیست. برخی از این دستگاه ها از حرکت ماردون‌ها در دوجهت مخالف هم و برخی دیگر در یک جهت موافق باهم بهره می‌برند و به علاوه ماردونها امکان دارد به شکل جفت‌شده (Conjugated) یا جفت‌نشده(Non-Conjugated) باشند. ظرفیت تولید اکسترودرهای دو ماردونه معمولاً سه برابر اکسترودرهای تک ماردونه با همان قطر و سرعت است و توانایی تولید ۶ تن بر ساعت محصول را خواهند داشت.در سالهای اخیر استفاده از اکسترودرهای دوماردونه افزایش یافته است.این دستگاه در مقایسه با اکسترودر های تک ماردونه آهنگ خروجی، بازده اختلاط و حرارت تولید شده متفاوتی دارند.روش کار اکسترودر دو ماردونهدر اكسترودر دو ماردونه‌ با جهت چرخش مخالف يكديگر، مواد دچار برش و فشردگي مي‌شوند (مانند آنچه که در غلتكراني رخ مي‌دهد) يعني مواد بين غلتك‌هايي با جهت چرخش متفاوت، فشرده مي‌شوند.در حالت با جهت چرخش یکسان، مواد از یک ماردون به ماردون دیگر انتقال داده می‌شوند. این دستگاه برای مواد حساس به حرارت کاملاً مناسب است، زیرا مواد در این نوع ماشین به سرعت بدون اینکه کمترین حالت ته‌نشینی موضعی (Entrapment) برای مواد پیش آید، منتقل می‌شوند و از طرفی دیگر حرکت مواد در اطراف ماردون های جفت نشده آهسته تر و نیروی پیشران آن (Propulsive) بزرگتر است.مزایای اکسترودرهای دو ماردونهدر مقایسه با ماردون ساده که باید از ماده اولیه پر باشد تا عمل کند، میزان مواد اولیه ورودی به داخل اکسترودر دو ماردونه را می‌توان مستقل از میزان ماده اولیه ورودی و نوسانات میزان تولید داخل ماردون تنظیم کرد.دستگاه های دو ماردونه می‌توانند مواد با رطوبت بالا یا سایر محصولاتی که در نوع تک ماردونه می‌لغزند و به خوبی منتقل نمی‌شوند را جابه‌‌جا کنند، در واقع این دستگاه ها انعطاف پذیری بیشتری در تولید دارند.در این نوع دستگاه برای کنترل فشار در مخزن، از جابجایی دستگاه به جلو یا عقب استفاده می‌شود.در بخش تخلیه کم، فشار لازم برای عملیات اکستروژن تأمین شده و در اختیار بخش کوچکتر دستگاه قرار می‌گیرد.انواع دیگر اکسترودرهادر ابتدا این مقاله به انواع اکسترودرها اشاره کردیم، یکی دیگر از اساس‌های تقسیم‌ بندی این دستگاه‌ها از روی دمای تغذیه ورودی (مواد اولیه) است که درادامه به توضیحات آن خواهیم پرداخت.اکسترودر تغذیه گرماکسترودر تغذیه سردمعمولاً مواد اولیه مورد نیاز برای اکسترودرهای گرم طی عملیاتی جداگانه پیش گرم می شوند. در روش‌های معمول اکستروژن گرم، معمولاً از یک میل برای این کار استفاده می‌شود. در این روش، هدف به حداقل رساندن زمان تعویض مواد، برگرداندن دستگاه به وضعیت عملیاتی مناسب و پاکسازی آسان و سریع برای به حداقل رساندن آلودگی ها است. اکسترودرهای سرد با استفاده از یک نوار لاستیکی یا لاستیک‌های دانه‌ای (گرانول پلی اتیلن، گرانول پلی پروپیلن و …) در دمای محیط کار می‌کنند. این مواد توسط حرارت دهنده های دستگاه (Barrel Heaters) گرم می‌شوند.وقتی قرار باشد دستگاهی برای یک مدت طولانی با ترکیبات لاستیکی کار کند، ماردون، هد و قالب می‌توانند طوری طراحی شوند تا هم میزان خروجی مواد بالا باشد و هم کنترل قابل قبولی از لحاظ ابعاد وجود داشته باشد.تفاوت اکسترودر گرم و سردتفاوت عمده فیزیکی میان اکسترودرهای سرد وگرم در نسبت طول به قطر (L/D) ماردون ها است. برای ماشین‌های گرم که قسمت قابل ملاحظه ای از انرژی جهت گرم کردن و پلاستیکی کردن مخلوط لاستیک روی میل انجام می‌شود، عمل ماردون اکسترودر صرفاً انتقال و اعمال فشار خواهد بود. این امر باعث می‌شود که دستگاه ها سایز کوچکی داشته و طول آن ها بر حسب قطرشان از ۳d تا ۵d متغیر باشد.در اکسترودرهای سرد علاوه بر عملیات انتقال و فشار به‌وسیله ماردون، باید ماردون بتواند در لاستیک، عملیات مکانیکی لازم جهت بالا بردن دما و رسیدن به درجه حرارت مورد نظر را انجام دهد و نرمی مواد هنگام خروج از قالب را بوجود آورد؛ این امر باعث می‌شود که ماردون ها طول‌هایی بلند در محدوده ۹d تا ۱۵d داشته باشند و حتی در بعضی کاربردها ممکن است از ماردون‌هایی بزرگتر از این اندازه هم استفاده شود.اکسترودر دو ماردونه برای تولید لوله PVC کاربرد دارد. کیفیت بسیار بالای این اکسترودر، به همراه ماردون پیشرفته آن, اطمینان بالایی را برای فرابند تولید PVC تضمین می‌کند. این نوع اکسترودرها برای تولید انواع لوله، پروفایل و پنل و دیوارپوش‌ها حتی محصولات چوب پلاست بسیار موثر است.کاربرد اکسترودرفرآورده های اکسترودر را بسته به نوع کاربرد مورد نظرشان می‌توان به ۶ گروه اصلی تقسیم بندی کرد:میله و پروفیللولهفیلم و ورقتک رشته هاپوشش های اکستروژنپوشش سیم و کابلروش‌های شکل‌دهی با استفاده از اکسترودراکستروژن روش بسیار انعطاف پذیری است که با استفاده از حدیده مناسب می‌توان طیف وسیعی از تولیدات را تهیه کرد.برخی از روش های پرکاربرد را در زیر مشاهده می‌کنید.تولید دانه‌گونه ( گرانولی شکل)تولید پروفیلتولید ورقه های بسیار نازک به طریق دمشیقالب‌گیری دمشیExtruder یک ماشینی است که ترکیبات پلاستیکی و لاستکی را ذوب کرده و به آن نیرو وارد می کند. از این وسیله در خط تولید برای شکل دهی اولیه لاستیک و پلاستیک در جهت عملیات بعدی و برای شکل دادن به محصولات نهایی استفاده می شود. در روش اکستروژن بر خلاف قالب گیری تزریقی یک قطعه با طول زیاد و سطح مقطع یکسان به وجود می آید.