فرایند اکستروژن پلاستیک یک فرآیند تولید معمولاً با حجم بالا است که در آن ماده پلیمری یا پلاستیکی، با افزودنیهای موردنظر، ذوب شده و در یک فرآیند پیوسته شکل میگیرد.
ماده اولیه (پلیمر) به صورت گرانول از طریق قیف و ورودی تغذیه به داخل دستگاه اسکترودر هدایت شده و روی یک پیچ دوار میافتد. چرخش پیچ توسط یک موتور الکتریکی تأمین میشود. طراحی پیچ بسته به نوع ماده و محصول نهایی متفاوت است. چرخش پیچ، پلاستیک را به سمت جلو از طریق یک سیلندر گرمشده هدایت میکند. با حرکت پلاستیک در سیلندر، کانال یا شیار پیچ کاهش مییابد و باعث فشرده شدن پلاستیک میشود. سیلندر توسط سه یا بیشتر کنترلکننده مستقل PID (تناسبی، انتگرالی، مشتقی) که مناطق حرارتی با دمای افزایشیافته تدریجی ایجاد میکنند، گرم میشود. دمای ذوب پلاستیک معمولاً بالاتر از دمای تنظیمشده کنترلکنندهها است. این حرارت اضافی از ترکیبی از نیروی فشاری و اصطکاک برشی (حرارت برشی) تولید میشود.
وقتی پلاستیک ذوبشده به انتهای پیچ میرسد، به خوبی مخلوط شده و از طریق یک مجموعه صافی، که با صفحه شکست پشتیبانی میشود، عبور میکند. این فرآیند آلایندهها را فیلتر کرده و حافظه چرخشی ماده را حذف میکند. در نهایت پلاستیک تصفیهشده از دای عبور داده میشود. دای شکل و پروفیل نهایی محصول را تعیین میکند. پس از خروج از اکسترودر، محصول کشیده و سرد میشود. روش خنکسازی به پروفیل و شکل محصول بستگی دارد.
انواع مختلف فرایند اکستروژن پلاستیک چیست؟
بسته به شکل دای، محصولات مختلفی را میتوان با استفاده از فرآیندهای اکستروژن مختلف که در زیر ذکر شدهاند، تولید کرد:
1. اکستروژن لوله و تیوب (Tubing Extrusion)
این نوع اکستروژن برای تولید لولهها و تیوبها استفاده میشود. در این فرآیند ممکن است از هوای با فشار مثبت داخلی نیز استفاده شود. لولهها یا تیوبها پس از خروج از دای به یک مخزن خنککننده هدایت شده و معمولاً با آب سرد میشوند.
2. اکستروژن فیلم دمشی (Blow Film Extrusion)
این نوع اکستروژن برای تولید فیلمهای پلاستیکی به صورت لولهای از طریق فرآیند پیوسته انجام میشود. در این فرآیند، مذاب فیلم قبل از خروج از دای خنک شده و به یک لوله نیمهجامد تبدیل میشود. سپس با دمیدن هوا به اندازه و ضخامت فیلم مورد نظر گسترش داده میشود. این روش برای تولید محصولاتی مانند کیسههای خرید استفاده میشود.
3. اکستروژن فیلم ورقهای (Sheet Film Extrusion)
این نوع اکستروژن برای تولید ورقهها یا فیلمهای پلاستیکی که برای دمیدن بیش از حد ضخیم هستند، استفاده میشود. پس از خروج از دای، ورقهها از طریق مجموعهای از رولهای خنککننده کشیده و سرد میشوند. این رولها همچنین ضخامت ورقه را تنظیم میکنند.
4. اکستروژن روکش (Over Jacket Extrusion)این نوع اکستروژن برای پوششدهی سیمها استفاده میشود. در این فرآیند، سیم از مرکز دای عبور میکند.
- اگر چسبندگی بین سیم و پوشش موردنیاز باشد، از ابزارهای فشاری استفاده میشود. در این روش، سیم درون دای با پلاستیک مذاب پوشانده شده و هنگام خروج از دای تحت فشار قرار میگیرد.
- اگر چسبندگی موردنیاز نباشد، از ابزارهای روکشدهی استفاده میشود. در این روش، سیم هنگام خروج از دای با مذاب پلاستیک پوشیده میشود.
فرایند اکستروژن پلاستیک: یکی از پرکاربردترین فرآیندهای تولید
در کنار فرآیند تزریق پلاستیک (Injection Molding)، اکستروژن پلاستیک یکی از پرکاربردترین فرآیندهای تولید برای شکلدهی پلاستیکها و پرکاربردترین روش برای ترموپلاستیکها است. این فرآیند برای تولید اشیایی با پروفیل پیوسته مانند لولهها، تیوبها و پروفیلهای درب استفاده میشود.
مراحل فرآیند اکستروژن پلاستیک
برای درک فرآیند اکستروژن پلاستیک، شناخت اجزای دستگاه اکسترودر و عملکرد آن ضروری است. معمولاً یک دستگاه اکستروژن شامل اجزای زیر است:
- قیف (Hopper): جایی که پلاستیک خام نگهداری میشود.
- ورودی تغذیه (Feedthroat): پلاستیک از قیف به سیلندر وارد میشود.
- سیلندر گرمشده (Heated Barrel): شامل یک پیچ که توسط موتور پیچگردان به حرکت در میآید و مواد را به سمت لوله تغذیه هدایت میکند.
- صفحه شکست (Breaker Plate): به همراه فیلترها برای تصفیه مواد و حفظ فشار.
- لوله تغذیه (Feedpipe): مواد مذاب از سیلندر خارج شده و به دای منتقل میشود.
- دای (Die): ماده را به شکل پروفیل دلخواه اکسترود میکند.
- سیستم خنککننده جداگانه: به اکسترود کمک میکند تا بهطور یکنواخت جامد شود.
فرآیند اکستروژن پلاستیک با پر کردن قیف از ماده اولیه جامد مانند گرانول یا پرکها آغاز میشود. ماده بهصورت گرانشی از طریق ورودی تغذیه وارد سیلندر اکسترودر میشود.
مراحل تولید با اکستروژن
گرمایش و حرکت مواد:
پس از ورود به سیلندر، ماده از طریق سه یا چند منطقه حرارتی گرم میشود. (این مناطق حرارتی ممکن است نزدیک ورودی تغذیه خنکتر و نزدیک دای گرمتر باشند تا ذوب به تدریج انجام شود.) در حین گرم شدن، ماده بهوسیله یک پیچ رفت و برگشتی که با یک موتور حرکت میکند، به سمت انتهای دای سیلندر هدایت میشود. علاوه بر گرمای مناطق حرارتی، فشار و حرکت پیچ نیز باعث تولید حرارت میشوند، بنابراین مناطق حرارتی نیازی به رسیدن به دمای مورد نیاز برای اکستروژن ندارند.
فیلتراسیون و شکلدهی:
پلاستیک مذاب از سیلندر عبور کرده و از یک صافی تقویتشده توسط صفحه شکست میگذرد. این صافی آلایندهها را حذف کرده و فشار یکنواخت را در سیلندر حفظ میکند. سپس ماده از طریق یک لوله تغذیه به دای مخصوص هدایت میشود. دای که بهطور سفارشی ساخته شده است، دارای بازشدگیای با شکل پروفیل دلخواه است که باعث ایجاد اکستروژن سفارشی میشود.
خنکسازی و جامد شدن:
وقتی ماده از دای عبور میکند، شکل بازشدگی دای را به خود میگیرد و فرآیند اکستروژن تکمیل میشود. پس از خروج کامل از دای، پروفیل اکسترود شده در یک حمام آب یا از طریق مجموعهای از رولهای خنککننده سرد شده و جامد میشود.
پلاستیکهای قابل اکستروژن
اکستروژن پلاستیک با چندین نوع ترموپلاستیک کار میکند. این مواد تا دمایی که برای ذوب مناسب است گرم میشوند، اما دما نباید به حدی بالا باشد که تجزیه حرارتی ایجاد کند. این دما بسته به نوع پلاستیک اکستروژن متفاوت است.
مواد پلاستیکی معمولاً بهصورت گرانول مشابه آنچه برای تزریق پلاستیک استفاده میشود، به اکسترودر تغذیه میشوند. سایر اشکال مواد اولیه شامل پودرها، پرکها و گرانولها هستند.
پلاستیکهای متداول مورد استفاده در اکستروژن شامل موارد زیر هستند:
- پلی اتیلن (Polythene): دمای اکستروژن بین 400 درجه سانتیگراد (چگالی پایین) تا 600 درجه سانتیگراد (چگالی بالا)
- پلی استایرن (Polystyrene): حدود 450 درجه سانتیگراد
- نایلون (Nylon): بین 450 تا 520 درجه سانتیگراد
- پلیپروپیلن (Polypropylene): حدود 450 درجه سانتیگراد
- PVC: بین 350 تا 380 درجه سانتیگراد
در برخی موارد، ممکن است از الاستومرها یا ترموستها به جای ترموپلاستیکها استفاده شود.
کاربردهای اکستروژن پلاستیک
شرکتهای اکستروژن پلاستیک میتوانند انواع قطعات با پروفیلهای یکسان تولید کنند. این پروفیلها برای موارد زیر ایدهآل هستند:
- لولهها و تیوبها: لولهها و تیوبهای پلاستیکی، گاهی از PVC یا ترموپلاستیکهای ذکر شده ساخته میشوند و به دلیل پروفیل ساده استوانهای، کاربرد رایجی در اکستروژن دارند. مثال: ناودانها.
- عایق سیم: بسیاری از ترموپلاستیکها دارای عایق الکتریکی و پایداری حرارتی عالی هستند، بنابراین برای عایقکاری سیم و کابل مناسباند. فلوروپلیمرها نیز برای این منظور استفاده میشوند.
- پروفیلهای درب و پنجره: فریمهای پلاستیکی درب و پنجره به دلیل پروفیل پیوسته و طولانیشان برای اکستروژن بسیار مناسب هستند. PVC یک ماده محبوب برای این کاربرد است.
- کرکرهها (Blinds): کرکرههای پنجره که از تیغههای مشابه تشکیل شدهاند، معمولاً با استفاده از ترموپلاستیک اکسترود میشوند. پلیاستایرن برای کرکرههای ونیزی مصنوعی استفاده میشود.
- نوارهای عایق (Weatherstripping): محصولاتی مانند عایق درزگیر درب و پنجره که از مواد پلاستیکی ساخته شده و پروفیلهایی برای چسبیدن دقیق به قابها دارند.
- برفپاککنها و تیغههای پاککن: تیغه برفپاککن خودرو و تیغههای دستی مشابه معمولاً اکسترود میشوند. مواد پلاستیکی ممکن است شامل لاستیک مصنوعی یا ترکیب لاستیک مصنوعی و طبیعی باشند.
