اکسترودر دو مرحله ای ساخته شده برای کاهش نا خالصی های گرانول و همچنین فروش راحت تر گرانول بدون گاز حاصل از مواد نرم بوده که در تولید مواد پتروشیمی، گرانول های گونی، ایمپکت و … کاربرد دارد.
اکسترودر های دو مرحله ای دارای مکانیزم متفاوت تری به نسبت سایر اکسترودر ها کار می کنند. در اکسترودر های معمولی مراحل مختلف گرانول سازی و تولید نهایی محصول، تنها در یک دستگاه واحد به نام اکسترودر پلاستیک صورت می پذیرد. همچنین در برخی از اکسترودر های تولیدی امکان افزایش نسبت طول به قطر بوده که منجر به پخت بیشتر اکسترودر شده و قادر هست گرانول با کیفیت تری را تولید کند. اما در این مکانیزم می خواهیم به طور دقیق تر به شیوه کارکرد این دستگاه نگاهی بیاندازیم. در ادامه به این مباحث نگاهی خواهیم انداخت.
دستگاه اکسترودر دو مرحله ای چیست؟
دستگاه های اکسترودر دو مرحله ای معمولا برای مواقعی استفاده می شود که قرار بر استفاده بیشتری از مواد بازیافتی هست. زیرا مواد بازیافتی دارای اجرام غیر خالص بوده که در تولید گرانول پلاستیک نهایی اختلال ایجاد می کند. حتی در صورتی که فیلترینگ درستی صورت نپذیرد، ممکن هست با به خطر انداختن دستگاه، موجود تولید گرانول های بی کیفیت نیز گردد.
از این رو مهندسان و صنعتگران استفاده از دستگاه های پیشرفته تری را برای تولید فیلتراسیون و کاهش نا خالصی بوجود آورده اند که دستگاه اکسترودر دو مرحله ای نیز یکی از آن ها می باشد. این دستگاه هزینه های کمتری را در پی دارد و همچنین سرعت بیشتری را در بازدهی تولید به ارمغان می آورد.
به طور کلی باید گفت که در صنایع تولید مواد پلاستیکی و پتروشیمی، اغلب بر سر تولید کالایی که کیفیت بالایی داشته و بتوان آن را به شیوه های راحت تری به فروش رساند، جنجال وجود دارد. زیرا موادی که خوراک تولید گرانول هست به صورت مواد بازیافت هستند. با توجه به سختی هایی که در جداسازی مواد نا خالص از مواد پلاستیکی وجود دارد میتوان درصد حدودی درگیری مواد اضافی با مواد خام را مشخص نمود. این میزان هیچ موقع صفر نمی شود یا اینکه به طور کامل از بین برود. بلکه مقدارش از درصد مشخص شده اندکی پایین تر می آید. از این رو لازم به برخورداری از سیستم جداسازی و فیلترینگ بسیار قوی می باشد که بتوان ما را به هدف کاهش ناخالصی نزدیک کند. اما با توجه به هزینه های سنگینی که در پی دارد، انتخاب های دیگر ممکن هست ما را از انتخابمان دور کند.
فیلتراسیون دستگاه اکسترودر
یکی از راه هایی که ما را در رسیدن به هدف کاهش ناخالصی هدایت می کند، استفاده از فیلتراسیون های مکرر می باشد. با توجه به رشد تکنولوژی و گسترش سطح جوامع صنعتی دنیا، امروزه تولیدات فیلتر های نانومتری به چشم می خورد. اما با توجه به رفع خطا و ایرادگیری و بهبود کارایی، هنوز نتیجه مشخصی از این تکنولوژی به عمل نیامده. فیلتر های نانومتری دارای سوراخ های بسیار ریزی می باشند که در صنعت تصفیه خانه ای بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. این نوع فیلتر های قادر هستند اجسام تا اندازه یک میکرون را دفع نموده و مانع از عبور آن ها از فیلتراسیون گردند. اما این عمل در صنعت بازیافت و جداسازی اجرام از مواد مذاب پلاستیکی تقریبا غیر ممکن می باشد. زیرا سختی مواد باعث مسدود سازی روزنه های فیلتر می شود که ممکن هست نیاز به تعویض های مکرر باشد.
فیلتراسیون دستگاه گرانول ساز
شاید سوال بوجود آید که چرا از فیلتراسیون مکرر و پشت سر هم برای این کار استفاده نمی شود. یا چرا مواد حاصله از دستگاه اکسترودر دوباره از مرحله اول مجدد شروع به چرخه گرانول سازی نمی شود.
جواب این سوال به سادگی قابل تشخیص هست در صورتی که قصد ما تولید مواد با کیفیت باشد. مواد پتروشیمی ممکن هست در شرایط و فرآیند های مختلف صنعتی خواص مفید خود را بر اثر افزایش کیفیت از دست داده و دچار تغییر ساختار گردند. زیرا یکی از ملاک های مهم در تولید گرانول، گرمادهی در کمترین مسافت با افزایش نرخ فیلتراسیون می باشد. در این صورت ما می توانیم گرانول هایی را تولید کرده که با وجود کمترین زمان گرمادهی ذوب شده و خواص خود را حفظ می نمایند.
مشکلات فیلتراسیون
از مشکلاتی که فیلتراسیون های مکرر برا اپراتور های دستگاه اکسترودر و کسانی که مستقیم با آن در حال کار کردن هستند بوجود می آید، تعویض فیلتراسیون و بازسازی آن می باشد. هر چند که به لطف استفاده از فیلتر های هیدرولیکی این امر در کمترین زمان صورت می گیرد. اما در صورتی از این تکنولوژی استفاده نشود، کار به شدت دچار تعویق شده و ممکن هست ساعت ها از بازدهی تولید دستگاه اکسترودر کاسته شود. همچنین افزایش تعداد فیلتر های دستگاه اکسترودر ممکن هست فشار زیادی را به دستگاه تحمیل کند. این فشار مستقیما به موتور دستگاه، گیربکس دستگاه اکسترودر، ماردون و سیلندر دستگاه وارد می شود. لازم به ذکر هست که تعمیرات هر کدام از این قطعات گفته شده کم نبوده و هزینه های گزافی را در پی دارد.
جداسازی مواد پلاستیکی از مواد غیر پلاستیکی
یکی دیگر از روش های تولید گرانول با کیفیت با کمترین میزان ناخالصی، جداسازی اولیه بسیار دقیق می باشد. این جداسازی در مرحله پاکسازی و تمیز نمودن مواد پلاستیکی قرار گرفته که نیازمند منابع بسیار مهمی هست. یکی از این منابع، تامین دستگاه های جداسازی اتوماتیک مواد پلاستیکی از مواد بیهوده می باشد. با توجه به شرایط کنونی کشور و همچنین واردات اجناس حجیم، امکان خریداری این دستگاه ها فراهم نیست. حتی اگر در صورتی هم که امکان تهیه آن ها بوجود آید، هزینه های بسیار زیادی را در بر دارند. زیرا این دستگاه ها به صورت تمام خودکار، قادر به تشخیص مواد خام از مواد نا خالص را داشته و در کمترین زمان آن ها را از هم جدا می کند.
راه های متعددی توسط صنعتگران برای این عمل پیشنهاد شده که هر کدام دارای مزایا و معایبی می باشند. برخی از شرکت های تولید گرانول از روش فیلتراسیون های تخصصی استفاده می کنند. همچنین برخی دیگر نیز از روش های جداسازی اولیه بسیار دقیق مواد بازیافتی. اما با توجه به شرایط سنگین دستگاه ها خودکار جداکننده، امروزه در کشور از شیوه سنتی استفاده می شود. به طوری که تعداد افراد زیادی در کنار نوار نقاله متحرک قرار گرفته اند که قادر به تشخیص اجسام بوده و بلافاصله آن ها را جدا می کنند. این روش نیز دارای سرعت کمتری برای تولیدات انبوه داشته ولی امروزه اکثر تولید کنندگان از همین روش برای کاهش ناخالصی های مواد اولیه استفاده می کنند.
گاز گیری گرانول
گرانول ها با توجه به فشار دمایی که بر آن ها تحمیل شده و در معرض عبور گاز ها به داخل سیلندر می شوند، ممکن هست در فرآیند خروجی از دستگاه اکسترودر دارای اختلال شده و در مرحله برش اختلال ایجاد نمایند. همچنین ممکن هست که گرانول ها دارای حباب های فراوانی گردند که ممکن هست دیگر قابل استفاده نبوده و دارای ناخالصی شوند.
از این رو برای اینکه بتوان گاز موجود در داخل دستگاه و همچنین ذرات جبابی هوا را از آنها جدا نمود، از سیستم اتوماتیک گازگیر استفاده می شود. این سیستم دارای سنسور های تشخیص و حساس به هوای موجود در داخل سیلندر بوده و با تشخیص هوا، از عبور گاز ها و مهار آن ها به خارج از محفظه سینلدر، نقش مهمی را ایفا می کنند.
در صورتی که اکسترودر از سنسور ها و امکانات گازگیری برخوردار باشد، به دستگاه اکسترودر حاصله، اکسترودر گاز گیر دار می گویند. این سیستم به صورت خودکار عمل کرده و همچنین دارای محفظه های تخلیه هوا موجود بر روی سیلندر می باشند. طراحی و ساخت سیلندر و ماردون دستگاه اکسترودر که توسط سازنده دستگاه اکسترودر دو مرحله ای صورت گرفته میگیرد، بگونه ایست که این سیستم هم مرکز با موقعیت قرار گیری شیار های مخصوص گاز گیری هست. همچنین زمانی که زبانه های مخصوص گازگیری در حال دوران باشند، سیستم گازگیری گرانول ها شروع به کار می کنند.
دستگاه اکسترودر دو مرحله ای گاز گیر دار
اما یکی از مهم ترین دلایل استفاده از اکسترودر های دو مرحله ای، سیستم گازگیر آن می باشد. دلیل آن هم بسیار واضح می باشد. زیرا با افزایش طول سیلندر و ماردون اکسترودر و همچنین افزایش تعداد دفعات فیلتر گذاری برای افزایش میزان فیلتراسیون، میزان گازگیری از گرانول ها نیز افزایش می یابد.
برخی از اکسترودر های تولید شده دو مرحله ای تنها در اکسترودر دوم دارای سیستم گازگیری و هوا گیری از گرانول ها می باشند که این به صورت سفارشی برای مشتریان قابل ساخت می باشد. اما شاید سوال باشد که چرا گرانول ها باید از کمترین هوا ممکن برخوردار باشند. جواب این سوال را در ادامه شرح خواهیم داد.
گرانول پتروشیمی خوراک اصلی تولید قطعات پلاستیکی می باشند. زمانی که اکسترودر برای تولید و تزریق قطعات پلاستیکی آماده به کار شود، یکی از همه ترین قسمت ها، به حداقل رسانیدن میزان هوا موجود در لا به لای گرانول ها و همچنین هوا داخل آن ها می باشد. در صورتی که کوچک ترین حبابی وارد مرحله تزریق پلاستیک شده و قطعات تولید شده نهایی دارای حباب شوند، کیفیت و ساختار محصول به هم ریخته و ممکن حتی دیگر مورد استفاده نتوان قرار داد. این امر در تولید نایلون ها بسیار بسیار امری مهم بوده است. زیرا نایلون تولید شده با کوچک ترین حباب بوجود آمده در ساختارش، احتمال پارگی کل امتداد نوار نایلونی را افزایش داده و سلامت کالا تولیدی را تهدید می کند.
فروش گرانول با کیفیت
نهایتا پس از گذر مواد پلاستیکی از مراحل گازگیری، فیلتراسیون، حرارت و تغذیه نوبت به هدف اصلی یعنی فروش راحت تر گرانول ها می باشد. مصرف کنندگان گرانول های پلاستیکی معمولا از تولید کنندگانی گرانول را تهیه می کنند که دارای کیفیت خوبی داشته که این میزان کیفیت تنها با یک بار استفاده و مشاهده عینی قابل تشخیص هست.
توصیه به آن دسته از کسانی که قصد تولید گرانول با حداقل میزان هوایی و همچنین برخورداری از کیفیت بالا به دلیل گذر مواد از مراحل تعدد و مکرر گرانول سازی، استفاده از دستگاه اکسترودر دو مرحله ای می باشد.
طرز کارکرد دستگاه اکسترودر دو مرحله ای
دستگاه اکسترودر دو مرحله ای متشکل از دو اکسترودر جداگانه می باشند که این دستگاه ها قادر به کار کردن در حالت تکی نیز هستند. اما کاربردشان زمانی محقق می شود که استفاده از آن ها به صورت کامل انجام شود. زیرا این دو اکسترودر مکمل هم هستند و به تنهایی شاید نتوان استفاده مفیدی را دریافت نمود.
همانطور که گفته شد منظور از دستگاه اکسترودر دو مرحله ای، برخورداری از دو اکسترودر پشت سر هم می باشد. یعنی اکسترودر نخست وظیفه تغذیه مواد پلاستیک بازیافتی را داشته و یک بار مواد را از ماردون و سیلندر عبور می دهد. پس از عبور و وارد کردن حرارت بر داخل سینلدر اکسترودر و ذوب نمودن مواد، ماردون و مارپیچ دستگاه، مواد را به سمت بیرون هدایت می کنند. در انتهای مخرج اکسترودر نوبت به فیلتراسیون اولیه می گردد. در این فیلتراسیون مواد ذوب شده دارای ناخالصی و اجسام ریز و درشت متعددی می باشند که با عبور از فیلتر دستگاه، از چرخه دستگاه اکسترودر خارج شده و در پشت فیلتر قرار می گیرند.
حال که مواد مذاب دارای حرارت بالایی بوده و کاملا انعطاف پذیر هستند، نوبت به انتقال رشته مواد مذاب به دهانه تغذیه اکسترودر دوم می رسد. اکسترودر دوم مواد گرفته شده را مانند اکسترودر اولیه حرارت داده و کاملا به حالت پخت می رساند. این کار باعث می شود که مواد به طور کامل عاری از هرگونه میکروب ها و مواد اضافی شوند.
انواع دستگاه اکسترودر دو مرحله ای
اما دستگاه اکسترودر دو مرحله تنها دارای یک نوع بوده که کاربرد خود را در زمینه تولید گرانول حفظ می نماید. این نوع از دستگاه دومرحله ای تنها قادر به تولید گرانول های رشته ای می باشد. معمولا سازنده دستگاه اکسترودر دو مرحله ای آن را به نام دستگاه اکسترودر رشته ای دومرحله نیز نامیده و بفروش می رساند. با توجه به شرایط تولید گرانول های مخصوص اکسترودر دو مرحله ای، امکان برش تنها به صورت عبور از تشت آب و برش توسط دستگاه خردکن میسر می باشد. زیرا دستگاه اکسترودر دو مرحله ای تنها به صورت رشته ای کار کرده که جریان رشته ای گرانول های شریانی فقط به این روش مرسوم می باشند.
دلیل استفاده از اکسترودر دو مرحله ای
اکسترودر های تک مرحله ای میزان پخت و همچنین فیلتراسیون کمتری را برای تولید گرانول فراهم می کنند که این مسئله نقش بسیار مهم در فروش را در پی دارد. از این رو نیاز تولید کنندگان به اکسترودر هست که معیار های تولید گرانول با کیفیت را رعایت نموده و بتواند نیاز مشتری را رفع کند.
این نوع دستگاه ها دارای میزان حداکثری در هواگیری از مواد مذاب را دارا می باشند که می توان در صورت نیاز به صورت سفارشی در دو مرحله سیستم گازگیر دار را تعبیه نمود.
با توجه به حرارت دهی دوگانه در فرآیند گرانول سازی در این دستگاه، پخت مواد در هم آمیخته تر شده و کیفیت گرانول نهایی را ارتقا می دهد که باز هم نقش مهمی در کیفیت گرانول را در پی دارد.
برخورداری از نسبت طول ماردون بیشتر سبب شده تا در هم آمیختگی و هم خوردن بیشتر مواد موجب حل شوندگی اضافه شدن مواد جانبی در اکسترودر ها شود. این مواد جانبی ممکن هست هر گونه اعمال خاصی را بر استحکام و ساختار اکسترودر اعمال کنند.
مزایای استفاده از اکسترودر دو مرحله ای
از دیگر مزایای اکسترودر های دو مرحله ای برخورداری از برش گرانول ها به صورت رشته ای بوده که کمترین زمان و بیشتر بازدهی منابع را در پی داشته و میتوان نقش مهم در کاهش هزینه های تولید گرانول را به دنبال داشته باشد.
از مزایای استفاده از دستگاه اکسترودر دو مرحله ای امکان قرار گیری و انعطاف آن در محیط های کوچک تر نیز می باشد. زیرا دستگاه اولیه به صورت جداگانه از دستگاه اکسترودر دوم بوده و می توان از فضای موجود بیشترین استفاده را کرد.
یکی دیگر از دلایل استفاده از اکسترودر های دو مرحله ای امکان برخورداری از مواد درسته میباشد. به طوری که دستگاه به صورت تغذیه مستقیم از مواد پلاستیکی بازیافتی تغذیه نموده و قادر آن ها را ذوب و به گرانول تبدیل کند.
ویژگی پر مصرف بودن این دستگاه، پشتیبانی از اکثر گرانول های پر مصرف صنایع پلاستیک سازی می باشد. به گونه ای که از گرانول های پلی پروپیلن، ای بی اس، پلی آمید و مواد و پلاستیک های ایمپکت شده به طور کامل پشتیبانی کرده و مخصوصا فقط از این دستگاه استفاده می شود.
جنس ماردون و سینلدر اکسترودر دو مرحله ای
یکی از مهم قسمت های اکسترودر دو مرحله که تماس مستقیم با مواد مذاب داشته و تحت شرایط سنگین دمایی و فشار بالای موتور و گیربکس قرار دارد، مارودون و سیلندر می باشد. این دو قطعه باید دارای جنسی باشد که ضد خرد شدگی و صدمه را داشته باشند. معمولا در ساخت ماردون اکسترودر دو مرحله ای از جنس آلیاژ ضد خوردگی استفاده می شود. بدین وسیله عمر ماردون و سیلندر افزایش پیدا کرده و بر کارایی دستگاه می افزاید.
فیلتراسیون اکسترودر دو مرحله ای
از مهم ترین قسمت های فیلتر گذاری توسط سازنده دستگاه اکسترودر دو مرحله ای پیاده سازی فیلتر به صورت هیدرولیکی و یا دستی می باشد. با توجه به تکنولوژی حال حاضر صنعت بازیافت و برخورداری از راحت ترین ابزار های کاری برای افزایش بازدهی در زمان و منابع کاری، امروزه اکثرا از فیلتر های نیمه اتوماتیک هیدرولیکی استفاده می کنند.
تفاوت دستگاه اکسترودر دو مرحله ای با سایر اکسترودر ها
با توجه به موارد ذکر شده، اکسترودر دو مرحله ای متشکل از دو اکسترودر به صورت کاملا مستقل می باشد. اما این دستگاه تنها در صورتی کاربرد دارد که هر دو در حال کار کردن باشند و به فعالیت خود ادامه دهند. همچنین به صورت تکی کاربرد خیلی کمی را برای مصرف کننده ارائه می دهند. این در حالیست که همه اکسترودر ها، چه اکسترودر تولید بالا و چه اکسترودر تولید کم تنها به صورت تکی بوده و جفت دیگری را اختیار ندارند. از این رو قدرت هر کدام از اکسترودر ها در هر مرحله، اندکی کم تر از اکسترودر تک مرحله ای می باشد. زیرا هدف در استفاده از این دستگاه ارائه میزان پخت مواد بیشتر و همچنین افزایش نرخ طول به قطر (L/D) می باشد.
اکسترودر دو مرحله ای برای چه نوع موادی مناسب هست؟
با توجه به ساختاری که مواد پلاستیکی متعددی در دنیا شناخته و استفاده می شود، هر کدام دارای خواص خاص خود هستند که فقط در شرایط مخصوص به خود توانایی تولید را دارند. اگر به طور خلاصه بخواهیم به آن بپردازیم می توان گفت که هر مدل و نوع خاصی از اکسترودر ها تنها قادر به تولید دسته مشخصی از مواد هستند. زیرا میزان در هم آمیختگی، محدودیت حرارت، شرایط دفع ناخالصی خاص و … مستلزم برخورداری از دستگاه هایی هست که بتوان مطابق با ساختار ماده بوده و خواص آن را حفظ کند. از این جهت این دستگاه برای برخی از مواد موجود در بازار مورد استفاده قرار میگیرد که در ادامه برخی از آن ها را شرح خواهیم داد.
دستگاه اکسترودر دو مرحله ای مناسب تولید مواد زیر می باشد:
گرانول پلی پروپیلن
گرانول پلی آمید
گرانول ای بی اس
گرانول ایمپکت شده
البته با بررسی موارد بالا نمی توان گفت که دستگاه اکسترودر دو مرحله ای فقط و فقط با موارد بالا سازگار هست. زیرا در شرایط مختلف صنایع تولیدی پلاستیک ممکن است از این دستگاه برای مصارف و گرانول های مخصوص دیگری نیز استفاده کنند که این مسئله نیاز به تجربه و تخصص کافی در زمینه مهندسی مواد و ساختار شناسی آن ها می باشد. حالا برخی از پر مصرف ترین موارد که در بالا نیز به آن ها اشاره کردیم را در ادامه شرح خواهیم داد.
گرانول پلی پروپیلن
این نوع ماده دارای خواص فشاری بسیار خوبی بوده است که قادر هست پس از ورود فشار، به حالت اولیه خود باز گشته که این ویژگی ناشی از سفتی کم آن می باشد. این ماده در صنعت پلاستیک سازی امروزه یکی از مهم ترین بسپار های روز دنیا می باشد. از خواص مهم گرانول پلی پروپیلن می توان به عدم جذب رطوبت در آن اشاره نمود. این خاصیت باعث شده که به یکی از پر مصرف ترین مواد لازمه در صنعت ساخت و ساز پلاستیکی تبدیل شود. مصرف سالانه این ماده در دنیا به بیش از ۵۰ میلیون تن در دنیا بوده که در ساخت محصولات بادی و تزریق پلاستیک جزو نخستین منابع می باشد.
گرانول پلی آمید
پلی آمید نوعی ماده می باشد که در طبیعت به صورت طبیعی به شکل پروتئینی پشم و ابریشم و به صورت مصنوعی نایلون، آرامید و پلی سدیم وجود دارد. پلی آمید مصنوعی به علت برخورداری از استحکام و دوام بالای خود به صورت الیاف و پارچه ها بسیار کاربرد دارد. از گرانول پلی آمید برای ساخت قطعات صنعتی و پر کاربرد بسیار استفاده می شود. من جمله در صنایع ساخت خودرو، نساجی و تولید پوشاک، صنایع حمل و نقلی، تجهیزات و ابزارآلات صنعتی، لوازم پزشکی و … . این ماده به علت تحمل فشار و استحکام بالا، مخصوص ساخت بخشی از قسمت نگهدارنده بلبرینگ های صنعتی بوده که فقط با این ماده ساخته می شوند.
گرانولABS
گرانولABS که مخفف آکریلونیتریل بوتادین استایرن می باشد، به دلیل برخورداری از مقاومت در برابر ضربه و خوردگی، به یکی از پر مصرف ترین مواد اولیه در صنعت پلاستیک شناخته می شود. این ماده تنها به صورت رنگامیزی شده در صنایع مورد استفاده قرار می گیرد و همچنین نوع شفاف آن غیر قابل تولید هست. از این ماده برای ساخت انواع لوله ها، اسباب و اثاثیه منزل، اسباب بازی ها، لوازم روز مره پر مصرف، استفاده می شود. از دیگر ویژگی های گرانول ای بی اس، برخورداری از قیمت و موجودیت بیشتر به نسبت سایر مواد مورد استفاده در صنایع پلاستیکی می توان اشاره نمود.
گرانول ایمپکت شده
گرانول ایمپکت شده معمولا به آن دسته از مواد و یا قطعات مصرف شده گفته می شود که به صورت فله ای و یا خرد شده در اوزان مختلف به صورت یکجا به فروش می رسد. معمولا این نوع گرانول مستقیم از محصولات پتروشیمی تغذیه نکرده و مقدار قابل توجهی از پلاستیک بازیافتی در آن ها مصرف شده است. مواد ایمپکت شده دارای بیشترین نوع ناخالصی می باشند. زیرا به صورت در هم بوده و کم ترین میزان جداسازی مواد مختلف در آن ها صورت گرفته است.
