فرایند اکستروژن پلاستیک، گرانول‌ها را به پروفیل‌های سفارشی تبدیل می‌کند.

لوله های پلاستیکی، قاب پنجره ها و بسته بندی مواد غذایی را که روزانه ما را احاطه کرده اند، در نظر بگیرید. این محصولات چگونه از گلوله های پلاستیکی کوچک به شکل نهایی خود تبدیل می شوند؟ پاسخ در یک شگفتی صنعتی به نام قالب‌گیری اکستروژن پلاستیک نهفته است. بیایید این فرآیند تولید جذاب را که به آرامی دنیای مدرن ما را شکل می دهد، بررسی کنیم.

درک اکستروژن پلاستیک

در اصل، اکستروژن پلاستیک شبیه فشردن خمیر دندان است. این فرآیند با مواد اولیه پلاستیکی (معمولاً گلوله، پودر یا پولک) که به قیف اکسترودر تغذیه می شوند، آغاز می شود. پلاستیک از طریق چرخش پیچ و گرمایش خارجی به تدریج ذوب می شود. سپس این پلاستیک مذاب تحت فشار بالا از یک قالب با شکل خاص عبور داده می شود و به پروفیل های پیوسته با شکل دلخواه خنک می شود. این روش همه کاره محصولات متعددی از جمله موارد زیر را تولید می کند:

• لوله/پروفیل: لوله های پلاستیکی مختلف و پروفیل های تخصصی
• نوارهای آب بندی: برای پنجره ها، درها و کاربردهای خودرو
• فنس: موانع و نرده های پلاستیکی
• نرده های عرشه: اجزای عرشه پلاستیکی در فضای باز
• قاب پنجره: ساختارهای پنجره پلاستیکی
• فیلم/ورق پلاستیکی: بسته بندی مواد غذایی و فیلم های کشاورزی
• پوشش های ترموپلاستیک: لایه های عایق سیم برق

تکامل تاریخی اکستروژن پلاستیک

در حالی که برای صنعت مدرن بسیار مهم است، فناوری اکستروژن ریشه در قرن نوزدهم دارد. اولین نمونه های اولیه اکسترودر نیازهای پردازش لاستیک را برآورده می کردند. در سال 1820، توماس هنکاک یک «ماستیکاتور» لاستیکی برای بازیافت ضایعات لاستیکی اختراع کرد. ادوین چافی در سال 1836 یک دستگاه دو غلتکی برای مخلوط کردن مواد افزودنی در لاستیک توسعه داد. پیشرفت در سال 1935 رخ داد، زمانی که پل تروستر و اشلی گرشوف در هامبورگ، آلمان، اولین اکستروژن پلاستیک ترموپلاستیک را به دست آوردند. اندکی پس از آن، روبرتو کلمبو از LMP در ایتالیا اولین اکسترودر دو پیچی را توسعه داد.

فرآیند اکستروژن گام به گام

فرآیند اکستروژن پلاستیک شامل چندین مرحله دقیق است:

1. تغذیه: گلوله های پلاستیکی (رزین) از طریق گرانش از قیف وارد بشکه اکسترودر می شوند
2. ذوب: پیچ چرخان گلوله ها را به جلو منتقل می کند در حالی که گرم کننده های بشکه انرژی حرارتی را برای ذوب شدن فراهم می کنند
3. همگن سازی: پیچ پلاستیک مذاب را کاملاً برای دمای و ترکیب یکنواخت مخلوط می کند
4. فیلتراسیون: پلاستیک مذاب از صفحه نمایش عبور می کند تا ناخالصی ها را از بین ببرد
5. شکل دهی قالب: مواد از طریق یک قالب شکل داده شده برای تشکیل پروفیل عبور داده می شوند
6. خنک کننده: پروفیل اکسترود شده از طریق حمام آب یا غلتک های خنک کننده جامد می شود
7. کشیدن: تجهیزات حمل و نقل با سرعت ثابت، پایداری ابعادی را حفظ می کنند
8. برش/پیچیدن: محصول پیوسته به طول بریده می شود یا به صورت رول پیچیده می شود

قلب سیستم: پیچ

پیچ اکسترودر نشان دهنده جزء حیاتی سیستم است که طراحی آن مستقیماً بر راندمان و کیفیت محصول تأثیر می گذارد. یک پیچ اکستروژن پلاستیکی استاندارد معمولاً شامل سه ناحیه عملکردی است:

• منطقه تغذیه (انتقال جامد): مواد پلاستیکی را با عمق کانال ثابت معرفی می کند
• منطقه انتقال (فشرده سازی): به تدریج پلاستیک را ذوب می کند در حالی که عمق کانال را کاهش می دهد
• منطقه اندازه گیری (انتقال مذاب): ذوب را کامل می کند و کیفیت ذوب یکنواخت را تضمین می کند

اکسترودرهای تخصصی مانند مدل های دریچه دار (دو مرحله ای) شامل مناطق اضافی هستند:

• منطقه کاهش فشار: واقع در حدود دو سوم طول پیچ، این بخش کانال عمیق تر فشار را کاهش می دهد تا گازهای به دام افتاده را تخلیه کند
• منطقه اندازه گیری دوم: مذاب را دوباره تحت فشار قرار می دهد تا بر مقاومت پایین دست غلبه کند

نسبت طول به قطر (L/D) پیچ به عنوان یک پارامتر طراحی کلیدی عمل می کند. یک پیچ با قطر 6 اینچ با L/D 24:1، 144 اینچ (12 فوت) طول دارد. نسبت های L/D بالاتر، ظرفیت اختلاط و خروجی را بهبود می بخشد. در حالی که 25:1 رایج است، برخی از ماشین ها به 40:1 می رسند. پیچ های دریچه دار معمولاً به L/D 36:1 نیاز دارند تا مناطق اضافی را در خود جای دهند.

کنترل دمای بحرانی

تنظیم دقیق دما در طول اکستروژن ضروری است. هر منطقه شامل ترموکوپل یا RTD برای نظارت و کنترل گرما است. «پروفیل دما» ایجاد شده به طور قابل توجهی بر ویژگی های محصول نهایی تأثیر می گذارد.

انواع اکستروژن

• اکستروژن فیلم دمیده: فیلم های پلاستیکی را برای بسته بندی و ورق تولید می کند
• اکستروژن ورق/فیلم: ورق های پلاستیکی ضخیم تر را با استفاده از قالب های T یا قالب های آویز کت ایجاد می کند
• اکستروژن لوله: تولید لوله های پلاستیکی مانند مجراهای PVC
• اکستروژن پوشش: عایق پلاستیکی را روی سیم ها و کابل ها اعمال می کند
• هم اکستروژن: چندین ماده را در ساختارهای لایه ای ترکیب می کند
• پوشش اکستروژن: فیلم های پلاستیکی را روی بسترهایی مانند کاغذ یا فویل لمینت می کند
• اکستروژن ترکیب: پلیمرها را با مواد افزودنی مخلوط می کند تا ترکیبات سفارشی ایجاد کند

گزینه های مواد

• پلی اتیلن (PE)
• پلی پروپیلن (PP)
• پلی اکسی متیلن (POM)
• اکریلیک (PMMA)
• نایلون (PA)
• پلی استایرن (PS)
• پلی وینیل کلرید (PVC)
• اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)
• پلی کربنات (PC)

تنوع قالب

• قالب های حلقوی: طراحی ساده اما ممکن است باعث جریان ناهموار شود
• قالب های عنکبوتی: جریان متقارن را فراهم می کنند اما خطوط جوش ایجاد می کنند
• قالب های مارپیچی: خطوط جوش و عدم تقارن جریان را از بین می برند
• قالب های T/قالب های آویز کت: جریان دایره ای را به خروجی های مسطح تبدیل می کنند

مزایای هم اکستروژن

هنگامی که پلیمرهای منفرد نمی توانند تمام الزامات را برآورده کنند، هم اکستروژن چندین ماده را در محصولات لایه ای ترکیب می کند. این رویکرد خواص مختلف مواد را ادغام می کند - مانند توانایی مانع اکسیژن با استحکام ساختاری - در اجزای منفرد.

نقش ترکیب

اکستروژن ترکیب، پلیمرها را با مواد افزودنی مخلوط می کند تا ویژگی هایی مانند رنگ، دوام یا مقاومت در برابر آب و هوا را اصلاح کند. گلوله های حاصل، سایر روش های پردازش پلاستیک را تغذیه می کنند.

برتری دو پیچی

ترکیب اغلب به اکسترودرهای دو پیچی برای قابلیت اختلاط برتر آنها نیاز دارد. اینها در پیکربندی های هم چرخش و مخالف چرخش وجود دارند که اولی اختلاط محوری بهتری را ارائه می دهد و دومی فشارهای بالاتری را ایجاد می کند.

کاربردهای همه جا

فناوری اکستروژن زندگی مدرن را فرا می گیرد و اجزایی را برای بخش های ساختمانی، خودرو، پزشکی و کالاهای مصرفی تولید می کند.

آینده اکستروژن

با پیشرفت فناوری، فرآیندهای اکستروژن به سمت راندمان بیشتر، صرفه جویی در انرژی و پایداری زیست محیطی تکامل می یابند و نوآوری های بیشتری را در تولید محصولات پلاستیکی نوید می دهند.