سیستمهای اکستروژنی شامل انواع مختلفی از جمله تک مارپیچ ساده و کونیک، دو مارپیچ هم سوگرد موازی و دو مارپیچ نا همسوگرد کونیک میباشد که این اکسترودرها بر اساس نوع مواد دارای زونهای حرارتی متفاوتی هستند که تعداد این زون های حرارتی و دمای هر زون تابعیت نوع ماده تحت فرایند دارد، که تعداد زون ها میتواند بین 3 تا 8 زون متغیر باشد که هر زون دارای دمای خاص خود بوده و نقش خاصی را در فرایند اکستروژن ایفا میکند.
این تعداد زون ها بسته به عواملی از جمله نوع سیلندر و مارپیچ، ابعاد سیلندر و مارپیچ، ظرفیت و نوع مواد متغیر است.اما عموما در کاردبردهای اصلی اکسترودر را در چهار زون طراحی میکنند که هر زون شامل هیتر و فن بوده که در خصوص تنظیم دمای اکسترودر به کار میرود.
ایجاد گرمای مورد نیاز برای نرم کردن مواد پلیمری از دو منبع تامین میشود که این دو منبع شامل هیتر الکتریکی و حرکت خود سیلندر و مارپیچ میباشد ولی بخش عمده ی این گرما از طریق حرکت سیلندر و مارپیچ تامین میشود.
اما در هر زون باید دما در محدودهی خاصی گه داشته شود که در این سیستم برای پایین آوردن دما از فن استفاده میکنند که این فن سبب میشود که دما در محدودهی خاصی نگه داشته شود و نوسانات حرارتی در نقطهی خاصی دمپ گردد.
کار انجام شده در ناحیه پردازش یک دستگاه اکسترودر دو مارپیچ دوار متحرک منجر به کیفیت مطلوب مواد ترکیبی و محصول خروجی از سیستم می شود. منطقه پردازش اکسترودر (EPZ)، قلب یک اکسترودر دو مارپیچ است که در دستیابی به عملکرد مطلوب کمک می کند.
در EPZ، اقدامات متعددی بر روی مواد انجام می شود و سپس مادهی مذاب فرایند شده از قالب خارج می شود. بسته به ماهیت کاری که انجام می شود، این مناطق به نام های ورودی، ذوب، گاز گیری، مخلوط کردن، تهویه خلاء و اندازه گیری نامیده می شود. پیکربندی مناسب با انتخاب مناسب عناصر و سیلندرها، عملکرد هر منطقه را بهینه می کند. مواد جامد انتقال در جذب، نرم شدن پلیمر در ناحیهی ذوب، گاز زدایی در تخلیه، پراکندگی و توزیع در اختلاط، کنترل تخلیه در اندازه گیری عملکردهای مناطق مختلف است.
پیچ های انتقال دهنده،زائدههای اختلاط دهنده و سایر عناصر مخلوط کننده، اعضای فعال در هر منطقه هستند. انتخاب صحیح از بین عناصر متعدد و پیکربندی آن ها به ترتیب از اهمیت ویژهای برخوردار است.
طراحی این زون باید دارای ویژگیهای زیر باشد:
طرح باید مقدار صحیح کار روی محصول را برای ذوب و اختلاط ارائه دهد.
طرح باید دارای ظرفیت خروج و خارج کردن محصول از دستگاه اکسترودر باشد.
در نهایت ، طرح باید اجازه دهد گازها یا مواد فرار بدون خروج محصول از دریچه ها خارج شوند.
دو روش رایج تغذیه اکسترودر عبارتند از: استفاده از نیروی جاذبه و تغذیه اجباری. در طول تغذیه اجباری ، ذخیره ای از مواد در قیف اکسترودر حفظ می شود و مواد به اجبار وارد اکسترودر می شوند. تغذیه با نیروی جاذبه شرایطی است که اکسترودر با سرعتی کمتر از ظرفیت پیچ تغذیه می کند. قیف خالی باقی می ماند و به عنوان یک مجرای برای جلوگیری از ریختن مواد عمل می کند. تغذیه با کمک نیروی جاذبه به دلیل مزایای متعددی که دارد، روش رایج تری برای تغذیه است.
ناحیه ی ورودی خوراک در هیتروفن سیلندر و مارپیچ
Free Volume فضای آزاد جهت جریان مواد موجود در اکسترودر است. حجم این فضا با تفریق حجم اشغال شده توسط پیچ از حجم فضای داخلی سیلندر به دست می آید . اگر تمام مواد در پایان هر دور چرخش به جلو حرکت کنند، تراکم عبارت است از حذف هوای محبوس در مواد. به عنوان مثال ، ضربه زدن یا لرزش یک ظرف حاوی پودر ، مواد را فشرده می کند (حجم را کاهش می دهد) در حالی که هم زدن نمی کند. شکستن منجر به کاهش اندازه ذرات یا تغییر مورفولوژی ذرات می شود.
ناحیه ی ذوب
در این ناحیه پلیمر تحت گرمای حاصل از هیترها و گرمای حاصل تنشهای وارد شده از سوی سیلندر و مارپیچ از حالت جامد به مادهای ویسکوز تبدیل میشوند. در پلیمرهای بلورین، ماده شروع به ذوب شدن نموده ولی در پلیمرهای آمورف، پلیمر به حالت نرم شده در می آید. فشرده سازی قوی به ذوب پلیمرهای کریستالی مانند پلی آمیدها و پلی الفین ها کمک می کند. تولید گرمای اصطکاکی با نیروهای برشی برای افزایش دمای پلیمرهای بی شکل و نرم کردن آن ها مانند پلی استایرن آتاکتیک و پلی کربنات به دمای فرآیند مورد نیاز که معمولاً بالاتر از دمای گذار شیشه است، کافی است.
ناحیه ی گاززدایی
ناحیه ی گازگیری برای حذف مداوم هوا و رطوبت پس از مرحله ذوب مورد نیاز هست. حذف رطوبت برای جلوگیری از هیدرولیز پلیمرهای چگالشی مانند نایلون و PET یکی از مهمترین الزامات است. علاوه بر این، ممکن است هوای به دام افتاده به سمت ناحیه تخلیه، از یک تغذیه کننده جانبی به اکسترودر پمپ شود که برای افزایش ظرفیت اکسترودر باید خارج شود.
مهمترین عامل کنترل کننده که بر عملکرد این ناحیه تأثیر می گذارد ، میزان پر شدن (Dof) است. Dof نسبت فضای واقعی (حجم) اشغال شده توسط مواد به فضای آزاد واقعی در آن قسمت خاص از دستگاه اکسترودر است. هنگامی که Dof زیاد باشد، مواد می توانند از طریق درگاه خروجی خارج شوند. Dof در یک دستگاه اکسترودر توسط عواملی مانند سرعت اکسترودر، میزان تغذیه، طراحی عناصر و پیکربندی عناصر مارپیچ کنترل می شود.
در فرایند یک اکسترودر هر بخشی دارای دمای خاص بوده که میزان تنش وارد شده از سوی اکسترودر تعیین کنندهی اصلی دمای اکسترودر است و از هیتر های نصب شده بر روی سیلندر جهت کنترل بهتر دمای اکسترودر استفاده می گردد .
