اگر در کارخانه‌های تولید محصولات پلاستیکی و پلیمری فعالیت داشته‌اید، احتمالاً با دستگاه اکسترودر آشنا هستید. این دستگاه در صنایع دیگری مثل نساجی و فلزات نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای کسانی که در صنایع مرتبط با اکسترودر فعالیت می‌کنند، درک مکانیزم عملکرد و روش‌های کنترل آن بسیار مهم است.

در این متن، به معرفی انواع اکسترودر، اجزای تشکیل‌دهنده و روش‌های کنترل بخش‌های مختلف آن می‌پردازیم. با آکادمی ماهر همراه باشید.

اکسترودر چیست؟

این دستگاه با اعمال فشار، مواد را از قالب عبور می‌دهد تا محصولاتی با سطح مقطع ثابت تولید کند. اکسترودر مزایایی از جمله امکان تولید مقاطع پیچیده و کار با مواد شکننده را فراهم می‌سازد. نیروی وارد شده توسط اکسترودر شامل فشار و برش است و نیروی ضربه‌ای یا ارتعاشی به مواد وارد نمی‌کند، که منجر به تولید محصولی صاف و فرآیند شکل‌دهی آسان می‌شود.

اکسترودر در صنایع مختلفی کاربرد دارد، از جمله:

- پلیمر

- فلزات

- پلاستیک‌سازی

- تولید قطعات لاستیکی

- سرامیک‌سازی

- صنایع غذایی

- داروسازی

- نساجی

- کابل‌سازی

این دستگاه به تولیدکنندگان کمک می‌کند تا محصولات با کیفیت و شکل‌دهی مناسب تولید کنند.

دستگاه اکسترودر از یک سیلندر استوانه‌ای بزرگ و یک میله مارپیچ به نام ماردون تشکیل شده است که از وسط سیلندر می‌گذرد و به عنوان عامل حرکت‌دهنده عمل می‌کند. در برخی مدل‌ها، به جای ماردون از میله‌ای استوانه‌ای به نام سمبه (Ram) استفاده می‌شود. در یک طرف اکسترودر، هاپری قرار دارد که مواد اولیه از طریق آن وارد سیلندر می‌شوند و در طرف دیگر، قالبی نصب شده که به مواد خروجی فرم می‌دهد. اکنون که با اجزای اصلی آشنا شدید، ممکن است بپرسید: اکسترودر چیست؟ این دستگاه برای شکل‌دهی و تولید محصولات مختلف از طریق فرآیند اکستروژن استفاده می‌شود.

اکسترودر در پلاستیک و پلیمر

اکسترودر یکی از دستگاه‌های اساسی در صنعت پلاستیک و پلیمر محسوب می‌شود. این دستگاه برای تولید محصولاتی مانند لوله‌ها، روکش‌های پلاستیکی، و تسمه‌های بسته‌بندی به کار می‌رود. فرآیند تولید به کمک اکسترودر شامل مراحل زیر است:

1. ذوب کردن پلاستیک یا پلیمر
2. فشرده‌سازی مواد ذوب‌شده به درون قالب برای ایجاد شکل مورد نظر
3. خنک‌سازی محصول خروجی از قالب
4. برش محصول به اندازه‌های مورد نیاز

اکسترودر با ارائه این مراحل، نقش مهمی در تولید محصولات پلاستیکی دارد.

تجهیزات و مواد اولیه

برای تولید محصولات پلاستیکی و پلیمری، ابتدا باید دستگاه اکسترودر آماده شده و مواد اولیه تامین گردد. اجزای اصلی یک اکسترودر شامل سیلندر، ماردون و هاپر است. همچنین، اکسترودر باید دارای قالب و المنت گرم‌کننده باشد و موتور الکتریکی قوی برای حرکت ماردون نیاز است. مواد اولیه شامل رزین یا گرانول پلاستیکی است که به صورت دانه‌های ریز در هاپر ریخته می‌شود. ترکیبات مختلف شیمیایی مانند پلی‌استر ضربه‌پذیر، PVC، پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن و ABS در ساخت این مواد به کار می‌روند. حال پرسش اصلی این است که اکسترودر چیست؟ ابزاری کلیدی در این فرآیند تولیدی محسوب می‌شود.

انواع اکسترودر

اکسترودرها در انواع مختلفی مانند تک‌ماردون، چند‌ماردون و سمبه‌ای (Ram) موجود هستند. نوع تک‌ماردون و چند‌ماردون بیشتر استفاده می‌شوند، در حالی که برای برخی پلاستیک‌هایی که به سختی ذوب می‌شوند، از اکسترودر سمبه‌ای بهره می‌برند. ماردون، که تنها قطعه متحرک اکسترودر است، نقش مهمی در کنترل دما، فشار و نرخ مصرف مواد ایفا می‌کند. بنابراین، طراحی مناسب آن اهمیت زیادی دارد و به عواملی چون سرعت ذوب، اندازه رزین، نوع پلاستیک و فشار مورد نیاز بستگی دارد.

در مواردی که نیاز به ترکیب چند ماده خام است، اکسترودرهای دوقلو برای بهبود کیفیت ترکیب استفاده می‌شوند. اکسترودرهای تک‌ماردون ارزان و ساده هستند، اما برای یکنواختی بیشتر، اکسترودرهای دوماردون عملکرد بهتری دارند.

فرایند ذوب پلاستیک در اکسترودر

فرایند ذوب مواد در اکسترودر با ورود مواد خام به هاپر آغاز می‌شود. در صورت لزوم، افزودنی‌هایی مانند رنگ اضافه می‌گردد. سپس، مواد خام به سیلندر وارد شده و توسط ماردون به سوی قالب رانده می‌شوند. در این فرآیند، پلاستیک در دمای ۲۰۰ تا ۳۰۰ درجه سلسیوس ذوب می‌شود. برخی اکسترودرها دما را به تدریج افزایش می‌دهند تا از افت کیفیت پلاستیک جلوگیری کنند. پلاستیک مذاب به قالب منتقل شده تا در آنجا خنک و سخت شود. برای خنک‌سازی از حوضچه آب، رول خنک‌کننده یا دمش هوا استفاده می‌شود.

تنظیم دما

تنظیم دما و کنترل سرعت ذوب مواد در اکسترودر از مسائل حیاتی در تولید محصولات پلاستیکی است. تنظیم صحیح دما در اکسترودر باعث می‌شود محصول نهایی بدون تاب خوردگی یا له‌شدگی تولید شود. اصطکاک و فشار در سیلندر اکسترودر باعث افزایش دمای مواد می‌شود.

برای کنترل دقیق دما، از هیتر (المنت) استفاده می‌گردد. توان هیترها قابل تنظیم است و با روشن و خاموش کردن آن‌ها دمای اکسترودر تثبیت می‌شود. در برخی مدل‌ها، برای کاهش دما، فن‌های خنک‌کننده روی بدنه سیلندر نصب می‌شوند.

هیترهای اکسترودر به دلیل شکل استوانه‌ای سیلندر، از نوع المنت کمربندی هستند که به دور سیلندر حلقه می‌شوند و می‌توانند تسمه‌ای یا سرامیکی باشند.

محصولات پلاستیکی خاص

اکسترودر در تولید محصولات پلاستیکی خاص نیز کاربرد دارد. برای مثال:

- تولید قطعات چند‌لایه (Coextrusion): در این روش، مواد مختلف از طریق اکسترودرهای جداگانه ذوب شده و به یکدیگر متصل می‌شوند تا یک محصول چند‌لایه ایجاد شود.

- تولید محصولات روکش‌دار (Overjacketing): برای ایجاد روکش‌های محافظتی مانند سیم و کابل استفاده می‌شود.

- تولید محصولات لوله‌ای (Tubing Extrusion): با استفاده از قالب و دمش هوا، محصولات توخالی یا لوله‌ای تولید می‌شوند.

- تولید ورقه‌های بادی (Blown Film Extrusion): این روش برای تولید کیسه‌های پلاستیکی است که با دمیدن هوا، از چروک شدن پیشگیری می‌شود.

اکسترودر در صنایع نساجی

در صنایع نساجی به‌طور گسترده‌ای برای تولید الیاف مصنوعی پلیمری که در ساخت نخ، پارچه، موکت و فرش استفاده می‌شوند، به‌کار می‌رود. فرایند «رشته پیوسته حجیم» یا BCF یکی از روش‌های اصلی تولید نخ از این الیاف است.

در این فرایند، ابتدا رزین مشابه تولید پلاستیک‌ها وارد اکسترودر شده و ذوب می‌شود. افزودنی‌هایی مانند مستربچ برای رنگ‌دهی به محصول به‌صورت دقیق با دستگاه دوزینگ اضافه می‌شوند. اکسترودر مواد را به‌صورت مذاب یکدست درآورده و با استفاده از ماردون به لوله‌های خروجی منتقل می‌کند.

این لوله‌ها دوجداره هستند و با عبور گاز داغ از بین جداره‌ها، از سفت شدن مواد در حال انتقال جلوگیری می‌شود. مواد مذاب سپس از طریق «رشته‌ساز» به‌صورت ژله‌ای خارج و با دمش هوا خنک شده و به رشته‌های باریک تبدیل می‌شوند.

در مرحله تبدیل رشته‌ها به الیاف، پس از خروج از دستگاه رشته‌ساز، این رشته‌ها به دستگاهی به نام «وایندر» هدایت می‌شوند. در این مرحله، با عبور از قطعه‌ای به نام «لاملا» و با استفاده از هوای پرفشار، رشته‌ها به الیاف نازک و حجیم تبدیل می‌گردند. در پایان، این الیاف به دور استوانه‌های گردان پیچیده شده و توسط وایندر به صورت کلاف نخ در‌می‌آیند که محصول نهایی فرایند است.

ذوب مواد اولیه و تولید رشته‌های پلیمری

فرایند BCF، یک فرایند پیوسته برای تولید نخ‌های حجیم محسوب می‌شود و در سازه‌های چند‌طبقه نصب می‌گردد. در این مقاله، به بررسی اجزای دستگاه اکسترودر پرداخته و کاربرد آن در صنایع پلاستیک، نساجی و آلومینیوم مورد بررسی قرار گرفت. همچنین، نحوه کنترل دمای سیلندر و دور موتور اکسترودر توضیح داده شد.

جمع بندی

برای مهندسان و تکنسین‌های فعال در این حوزه، آشنایی با کاربردها و عملکرد دستگاه اکسترودر اهمیت بالایی دارد. آکادمی ماهر دوره آموزشی جامعی برای یادگیری این دستگاه ارائه کرده است که می‌توانید از طریق لینک مربوطه به آن دسترسی داشته باشید. اکسترودر چیست؟ این دستگاه ابزار کلیدی در صنایع مختلف است و آشنایی با آن برای متخصصان ضروری است.