کی از روش های شکل دهی پلاستیک ها اکستروژن است . یک اکسترودر همانند یک پمپ عمل می کند که سیال را از یک طرف گرفته و یا با افزایش فشار آن را از دای خارج می کند .
البته وظیفه دیگر اکسترودر انجام عمل اختلاط نیز هست . اکسترودر ها را می توان به دو نوع کلی تک مارپیچ و دو مارپیچ تقسیم بندی کرد . اکسترودر تک مارپیچ : اکسترودر های تک مارپیچ انعطاف پذیری بالایی دارند و تجزیه تحلیل درون آنها ساده تر است . در اینجا ما اجزاء اکسترودر و مکانیزم عملکرد اکسترودر را به صورت مختصر توضیح می دهیم : اجزاء اکسترودر : اکسترودر اکسترودر قیف تغذیه : اگر خوراک ورودی به اکسترودر به شکل گرانول یا پودر باشد ٬ درست بعد از قیف نیاز به یک قسمت به نام ناحیه تغذیه است که در ان به مواد گرما داده می شود تا به حالت مذاب در آیند .
به این اکسترودر ها Plasticating Extruder می گویند . ولی اگر خوراک ورودی به اکسترودر به عنوان مثال از یک راکتور پلیمریزاسیون تامین شود و خوراک به صورت مذاب باشد در این صورت در روی پیچ دیگر نیازی به ناحیه تغذیه نیست و خوراک به طور مستقیم وارد ناحیه تراکم و فشردگی و یا حتی ناحیه اختلاط می شود به این نوع اکسترودر Melt Extruder می گویند .
سیلندر : محفظه نگهدارنده پیچ می باشد . انتقال حرارت به مواد بیشتر از طریق سیلندر صورت می گیرد و ایجاد جریان درگ با استفاده از آن میسر می گردد . در بعضی از موارد بر روی سیلندر نیز شیار هایی به عنوان کانال انتقال مذاب تعبیه می شود . صافی و صفحه سرعت شکن : یکی از اجزای مهم اکسترودر ٬ صافی است که پس از مارپیچ و قبل از دای قرار می گیرد .
این صافی هر گونه مواد نا همگن و نا خالصی را از مذاب جدا می کند . عدم وجود صافی حتی باعث گرفتن دای می شود . استفاده از صافی های بسیار ظریف باعث افزایش کیفیت محصول نهایی می گردد ٬ ولی این نوع صافی ها بسیار آسیب پذیر اند . جهت جلوگیری شکست این صفحات ٬ از صفحات سرعت شکن استفاده می شود که دارای سوراخ های مماس بر یکدیگر و بسیار تنگاتنگ است که باعث می شود جریان مذاب چرخشی خروجی از مارپیچ به صورت خطی در آیند مارپیچ : مارپیچ مارپیچ مهمترین قسمت یک اکسترودر مارپیچ اکسترودر می باشد . مارپیچ می تواند یک کانال یا چند کاناله باشد ٬ قسمت های مختلف از یک مارپیچ عبارتند از :
۱– قطر مارپیچ : همانطور که در شکل نشان داده شده منظور از قطر پیچ همان قطر درونی سطح صفر مارپیچ است . ۲
– زاویه پیچ : زاویه بین صفحه عمود بر محور پیچ و راستای پره ها است . اکسترودر در هنگام کار باید به گونه ای بچرخد که گویی پیچ در حال باز شدن است . تنها در این صورت است که مواد به سمت جلو حرکت می کنند . البته گاهی از زوایای معکوس جهت عمل اختلاط استفاده می شود .
۳- گام پیچ : به فاصله محوری یک پره تا پره دیگر گفته می شود . باید توجه کرد که فاصله خالی بین دو پره laed گفته می شود که به اندازه عرض پره ٬ از گام پیچ کمتر است .
۴- عمق کانال : به فاصله بین سطح صفر مارپیچ و سطح داخلی سیلندر عمق کانال گقته می شود و ممکن است در طول کانال تغییر کند . ۵
– درجه لقی : به فاصله بین سطح پره و جداره داخلی سیلندر اطلاق می شود ٬ این فاصله باعث ایجاد یک جریان برگشتی شده که به اختلاط مواد درون اکسترودر کمک می کند ٬ ولی شدت برش وارده به سیال در این منطقه بسیار زیاد است و گرمای زیادی تولید می شود که افزایش گرمای تولید شده باعث سوختن و تخریب پلیمر می شود . ۶
– عرض پره ها : به فاصله محوری بین ابتدا و انتهای لبه های پره گفته می شود . ۷
– عرض کانال : به فاصله عمودی بین پره ها گفته می شود . تقسیم بندی نواحی مختلف یک مارپیچ ساده : یک اکسترودر تک مارپیچ سه ناحیه متفاوت دارد که عبارتند از : ناحیه تغذیه ٬ ناحیه تراکم و فشردگی یا انتقال ٬ ناحیه اندازه گیری و سنجش چگونگی حرکت مواد در داخل اکسترودر : خوراک جامد ابتدا وارد ناحیه تغذیه می شود و در جداره سیلندر شروع به ذوب شدن می کند ٬ در ضمن عملیات ذوب شدن ٬ مواد از جداره سیلندر جدا کرد و در حوضچه مذاب مارپیچ در حال چرخش می ریزد و با ایجاد نیروی درگ به سمت جلو می روند با استمرار چرخش مارپیچ مواد بیشتری به داخل حوضچه مذاب می ریزد تا اینکه در انتهای منطقه تغذیه خوراک جامد به طور کامل به حالت مذاب در می آید .
در منطقه فشردگی با کاهش عمق مارپیچ مذاب شده و در انتهای منطقه فشردگی حداکثر فشار ایجاد می شود ٬ در طول منطقه اندازه گیری ٬ مذاب فشرده شده شروع به همگن شدن کرده و مذابی با فشار و دمای ثابت از خروجی اکسترودر به سمت دای می رود . مارپیچ مارپیچ اکسترودر دو مارپیچ : متناسب با جهت چرخش و وضع استقرار دو مارپیچ نسبت به یکدیگر ٬ می توان انواع مختلف مارپیچ از جمله مارپیچ با حرکت همسو و معکوس ٬ همین مارپیچ نوع شانه ای ٬ غیر شانه ای و شانه ای فشرده را تشخیص داد . متناسب با جهت چرخش دو مارپیچ به یکدیگر نحوه ورود و انتقال مواد ٬ هموژنیزه شدن مواد ٬ انتقال انرژی ٬ شدت و یکنواختی برش ٬ فشار و حجم مواد عبوری از مارپیچ ها ها و مقدار اصطکاک مشخص می شود برتری اکسترودر دو مارپیچ و شانه ای با حرکت معکوس نسبت به مارپیچ با حرکت همسو عبارتند از :
• انتقال مواد به شدت صورت می گیرد
• خود به خود تمیز شده و پلاستیک شوندگی را با دقت انجام می دهد .
منابع : کاربرد PVC در صنعت (چاپ دوم ) – دکتر مسئود گنجی تکنولوژی پلیمر ها : دکتر وحید حدادی اصل خواص فیزیکی و مکانیکی پلیمر ها –(مجموعه کارشناسی ارشد مهندسی پلیمر انتشارات علوی) – ابوالفضل محبی