اکسترودر چیست؟ معرفی انواع دستگاه‌ اکسترودر و اجزای آن‌

با افزایش نیاز به تولید محصولات پلاستیکی، تجهیزات و تکنولوژی تولید این محصولات نیز روز به روز پیشرفت کرده‌اند. اکسترودر، به عنوان یکی از مهمترین دستگاه‌های تولید محصولات پلاستیکی، همواره مورد توجه تولیدکنندگان، چه در حوزه تولید گرانول و چه در حوزه تولید محصولات پلاستیکی تمام‌شده بوده است. برای تولید محصولات پلاستیکی، گرانول را وارد دستگاه اکسترودر (اکستروژن) کرده و پس از ذوب آن، تبدیل به محصولات دلخواه می‌شود. در این مقاله به بررسی این موضوع که «اکسترودر چیست»، «چه اجزایی دارد» و «چگونه کار می‌کند» خواهیم پرداخت. با ما همراه باشید.

اکسترودر (Extruder) چیست؟

اکسترودر دستگاهی است که برای اکسترود (روش اکستروژن) انواع مواد پلاستیکی و تولید محصول تمام‌شده مورد استفاده قرار می‌گیرد. اکستروژن یکی از روش‌های شکل‌دهی است که برای کاهش ضخامت یا سطح مقطح مواد به کار می‌رود. اگر بخواهیم ساده‌تر توضیح دهیم، دستگاه اکسترودر را همانند یک سرنگ در نظر بگیرید که در بخش بزرگتر (مخزن اصلی سرنگ) مذاب پلیمر وارد می‌شود و تحت فشار، از سر نازکتر سرنگ (اکسترودر) خارج می‌شود و محصول نهایی شکل می‌گیرد. اکستروژن روش بسیار انعطاف پذیری است و با استفاده از مواد اولیه ورودی مناسب می‌توان طیف وسیعی از تولیدات را تهیه کرد. اکسترودر می‌تواند به عنوان دستگاه گرانول ساز در تولید انواع گرانول و یا به عنوان دستگاهی برای تولید محصول تمام‌شده مورد استفاده قرار بگیرد.

انواع اکسترودر

با توجه به اجزای به کار رفته در تولید اکسترودر، این محصول می‌تواند انواع مختلفی داشته باشد. در ادامه به بررسی انواع اکسترودر می‌پردازیم.

اجزای اکسترودر

زمانی که از اکسترودر صحبت می‌کنیم، منظورمان مجموعه محفظه (سیلندر) و ماردون است که می‌توان آن را به عنوان بدنه و واحد اصلی تولید قطعاتی با اشکال مختلف به کار برد. مذاب پلیمر درون سیلندر قرار می‌گیرد و با استفاده از ماردون به سمت جلو هدایت می‌شود تا به دریچه خروجی (دهانه قالب) برسد. اکسترودرها به دو دسته اکسترودر تک ماردونه و اکسترودر دو ماردونه تقسیم می‌شوند. اکسترودر دو ماردونه سه قسمت مجزا دارد: ناحیه تغذیه (Feed Zone)، ناحیه تراکم و فشردگی (Compression Zone) و ناحیه اندازه‌گیری و سنجش.

تصویر زیر، نمایی از قطعات و اجزای اکسترودر را نشان می‌دهد.

اکسترودر از اجزای اصلی زیر تشکیل می‌شود:

1. ناحیه تغذیه (Feed Zone): کار این ناحیه، دادن گرمای اولیه به پلاستیک و انتقال آن به نواحی بعدی است. طراحی این ناحیه حائز اهمیت است. زیرا عمق ثابت ماردون طوری انتخاب شود که مواد لازم و کافی را به ناحیه اندازه گیری (Metering Zone) تغذیه کند؛ به طوری که نه دچار گرسنگی شود و نه در اثر زیاد بود ن مواد، لبریز و پس زده شود. طراحی مناسب (Optimum) و متعادل، به طبیعت و شکل مواد تغذیه شونده (Feedstock)،شکل هندسی (Geometry) ماردون و خواص اصطکاکی پلاستیک نسبت به ماردون و محفظه بستکی دارد. رفتار اصطکاکی مواد تغذیه شده، تاثیر قابل توجهی بر آهنگ ذوب شدن مواددارد.
2. ناحیه تراکم و فشردگی (Compression Zone): در این ناحیه، عمق ماردونه به تدریج کاهش می یابد که موجب متراکم شدن و فشردگی پلاستیک می شود. این فشردگی دو نقش عمده ایفا می کند؛ یکی آنکه هوای محبوش در داخل مواد را به ناحیه تغذیه می راند و دیگر آنکه انتقال حرارت را با کاهش دادن ضخامت مواد بهبود می بخشد.
3. ناحیه اندازه گیری و سنجش: در این ناحیه، عمق ماردونه یکسان و ثابت، اما بسیار کمتر از عمق ناحیه تغذیه است. در این ناحیه، مذاب به صورت همگون و یکنواخت در می آید به طوری که با آهنگ ثابتی، در درجه حرارت و فشار یکسان و ثابت، به حدیده تغذیه می شود. این ناحیه به سهولت و سادگی تحلیل و ارزیابی می شود؛ زیرا مشتمل بر جریان مذاب گرانروان در داخل مجرایی با عمق و ابعاد ثابت است. طول نواحی سه گانه ماردون خاص، بستگی به ماده ای دارد که تحت اکستروژن قرار می گیرد. برای نمونه نایلون خیلی سریع ذوب می شود، به طوری که تراکم و فشردگی مذاب در طول یک گام از ماردون نیز قابل تامین است.
4. سایر اجزای فرعی اکسترودر: در اکسترودرهای تجاری، اجزا و نواحی اضافی برای بهبود کیفیت محصول به ماردون افزوده می‌شود. به عنوان نمونه، ناحیه اختلاطی (Mixing Zone) مشتمل بر پلکان هایی (Flights) با گام کمتر یا معکوس، به منظور کسب اطمینان از یکنواختی مذاب و کافی بودن آن در منطقه اندازه گیری، استفاده می شود. برخی از اکسترودرها ناحیه هواگیری (منفذ خروج هوا) وجود دارد. وجود این ناحیه به این دلیل است که برخی پلاستیک ها جاذب رطوبت (Hygroscopic) هستند

ویدیو نحوه کار دستگاه اکسترودر

همانطور که قبل‌تر توضیح داده شد، نحوه کار اکسترودر همانند یک سرنگ است. طی فرآیند حرارت دادن، گرانول به مذاب تبدیل می‌شود و در سیلندر اکسترودر، به وسیله ماردون به سمت دهانه قالب هدایت می‌شود و پس از خروج از اکسترودر و سرد شدن، محصول نهایی تولید می‌شود. ویدیوی زیر، مراحل تولید به وسیله اکسترودر را نشان می‌دهد.

روش‌های شکل‌دهی با استفاده از اکسترودر

• تولید گرانول
• تولید پروفیل
• تولید فیلم های دمشی بسیار نازک (Film blowing)
• قالب گیری دمشی (Blow Molting)

نکات مهم درباره تولید به روش اکستروژن

اکسترودر، می‌تواند یکی از بخش های مهم دستگاه تزریق پلاستیک باشد و از نظر فرایند کاری، شبیه به این دستگاه است. یکی از مهمترین ویژگی پلیمرها و به ویژه پلاستیک ها سهولت شکل پذیری آنهاست. در بعضی حالات، قطعات نیمه کاملی نظیر ورقه ها یا میله های تولید شده، متعاقباً با استفاده از روش‌های متداول ساخت، مانند جوشکاری یا ماشین کاری به قطعه نهایی تبدیل می شود. اما در بسیاری مواقع، قطعه نهایی، علیرغم برخورداری از شکلی کاملاً پیچیده، طی یک مرحله تولید می شود.

عملیات حرارت دادن، شکل دادن و خنک کردن ممکن است (مانند تولید لوله به روش اکستروژن) به دنبال یکدیگر و بدون وقفه (Continuous) انجام شود و یا ممکن است طی مراحلی ناپیوسته، زمانگیر و تکرار شونده (مثل عملیات تولید تلفن خانگی به روش قالبگیری تزریقی یا دستگاه تزریق) صورت پذیرد که در اکثر موارد، فرایند به طور خودکار انجام شده برای تولید انبوه بسیار مناسب است.

طیف وسیعی از روشهای شکل دهی برای پلاستیک ها و پلیمرهای شکل پذیر کاربرد دارد. در بسیاری از حالات انتخاب روش به چگونگی شکل نهایی قطعه و گرما نرم یا گرما سخت بودن ماردون بستگی دارد.

بنابراین در عملیات طراحی، آگاهی طراح از روش های متنوع شکل دهی، حائز اهمیت است زیرا اشکال ناجور و نامناسب قطعه و یا مسائل جزئی کار طراحی، ممکن است محدودیت هایی در انتخاب روش قالبگیری برای طراح ایجاد کند. دسته بندی اکسترودرهای متداول این دسته بندی شامل گونه های زیر می شود.

ویکی پلاست | مرجع بازار صنعت پلاستیک