شناخت نسبت طول به قطر مارپیچ ( L/D ) در اکسترودر های گرما نرم

در این مطلب به موضوع شناخت اولیه نسبت طول به قطر مارپیچ در اکسترودرهای گرما نرم و نکاتی که در این زمینه باید رعایت شود می پردازیم. با ما همراه باشید : گروه مهندسی و ماشین سازی کشاورز برترین برند تولید ماشین آلات کشاورزی و پلیمری

 این نسبت اولین و ساده ترین شاخصه سیلندر و مارپیچ های تک می باشد . نسبت طول به قطر عددی حاصل می کند که با داشتن آن می توان قضاوت های فراوانی را در خصوص محصول نهایی بعمل آورد. مثلا” اگر طول یک مارپیچ600/2 میلیمتر باشد و قطر آن 90 میلیمتر ،نسبت 90=  نکته قابل توجه در محاسبه نسبت این است که طول مارپیچ را از شروع گامها تا انتهای مارپیچ اندازه گیری کنیم (طول مفید ) . از دم مارپیچ تا انتهای مارپیچ غلط است .

تفسیر نسبت طول به قطر مارپیچ :

 برای تفسیر طول مارپیچ به قطر آن ابتدا باید موارد مصرف آنرا بشناسیم . اگر برای لوله پلی اتیلن به دنبال سیلندرو مارپیچ هستیم به نکات زیر باید توجه کنیم :

– سایز لوله های تولیدی

– ظرفیت تولید در1 ساعت

– کیفیت لوله های تولیدی

اگر کیفیت لوله ها در قدم اول انتخاب قرار دارد باید نسبت L/D قطعا” بالاتر از 33 مورد نظر باشد . اگر تولید بالاهم مورد نظر است باید از نسبت بالاتری استفاده شود . این نسبت در حال حاضر 36 به بالا است . نسبت 38 هم اکنون در حال عمومی شدن می باشد ولی 40=L/D خیلی کاربردی نشده است .

یک قاعده کلی را باید مد نظر داشت هرچه سرعت اکسترودر (rpm) بالاتر می رود لازم است نسبت L/D هم بالاتر رود . یعنی برای انتخاب ظرفیت بالاتر باید دور مارپیچ را بالا برد به همین منظور باید از L/D بزرگتر استفاده کرد .

نسبت طول به قطر مارپیچ

برای تولید لوله با با سایزهای بزرگتروضخامت بیشتر نیز بهتر است از L/D بزرگتر استفاده کرد. گرچه در انتخاب سایزهای بزرگتر لوله لازم است قطر مارپیچ بزرگتر انتخاب گرددولی بهتر است از L/D بزرگترنیز استفاده کرد .

 نکته قابل اهمیت در انتخاب L/D بزرگتر این است که توجه داشته باشیم به دنبال دور بالای مارپیچ و ظرفیت بالا هستیم که کیفیت تولید به مخاطره نیافته . وقتی سرعت مارپیچ بالا می رود ماندگاری مواد داخل اکسترودر کمتر می شود لذا نسبت L/D  را افزایش می دهیم تا ماند گاری اندکی بیشتر شود و طول بیشتر باعث افزایش اختلاط  دماش می شود و هرچه سرعت را بتوانیم بالاتر ببریم اختلاط بهتر و کیفیت افزایش می یابد . سرعت 180-150 دور در دقیقه برای مارپیچ های لوله پلی اتیلن یک فرایند ایده آل است به شرطی که نسبت L/D از 36 به سمت 38 رفت ببندد. برای 180 دور به بالاتا 200 نسبت 40 را پیشنهاد داده ام ولی تجربه نشده است . بنده دور بالاتر از 200 را دور تخریب پلیمرها میدانم زیرا پلیمرها وارد یک تنش بسیار زیاد شده  وفشار داخل اکسترودربالا می رودواین فشار بیش از 40مگاپاسکال می شود و برای پلیمرها مضر است . مجموعه اینجانب هنوز این سرعت را تجربه نکرده ولی در آینده این تجربه اتفاق خواهد افتاد .

– نسبت L/D برای تولید نایلن معادل 32-28 بسیار مناسب است . گرچه در گذشته عمدتا” 25 مورد استفاده بوده و هنوز هم در بسیاری از کارگاههای سنتی مورد استفاده قرار بگیرد .در این کارگاهها تولید پایین است و اکسترودرها فاقد کاورو فن می باشند . در دستگاههای جدید که عمدتا” 30=L/D می باشد چون سرعت مارپیچ ها بالاتر هستند لذا استفاده از کاوروفن ضروری است . برای تولید نایلکس هم بهترین گزینه 32=L/D می باشد زیرا مواد نایلکس پلی اتیلن سنگین است (HDPE) استفاده از نسبت بزرگترها چند سالی است همه گیر شده ( گرچه هنوز هم هستند کارگاههایی که دستگاههای قدیمی را با تعمیر و بازسازی با توجه به اینکه نسبت کمتر از 28 را دارند همچنان حفظ می کنند .) و استفاده از این دستگاهها اقتصادی تر بوده زیرا هم تولید بیشتر دارند ، هم انرژی کمتری مصرف می کنند وهم کیفیت محصولات بیشتر شده است . مهمتر اینکه از خطوط ABA یا ABC با دو یا سه اکسترودر محصولات سه لایه تولید می کنند و ضمن کاهش ضخامت ، تعداد تولیدات در وزن را افزایش داده و در بازار های جهانی دست بالا با تولیداتی است که تعداد محصولات در واحد وزن بیشتر باشد . تولید کنندگان ماهم چند سالی است که پی به اهمیت انتخاب مارپیچ ها و اکسترودرهای جدیدتر با L/D مناسب تر و سرعت بالاتر برده اند و تولیدات بهتری ارائه می دهند . بر دولت است که ماشین سازان این بخش از صنعت را مورد حمایت قرار دهندتا با ساخت ماشین آلات بهتر با قابلیت های بیشتر بتوانند نیازهای داخلی و همسایگان را برآورده کنند و کیفیت ماشین آلات افزایش یابد .

– نسبت L/D  مناسب برای تولید محصولات بادی برابر 26-25 می باشد . برای این محصولات استفاده از سیلندر و مارپیچ ها ی با L/D بالاتر مثل 28 الی 30یا بالتر نمی باشد . زیرا سرعت در این محصولات زیاد نمی باشد و لذا نیاز به نسبت بالاتر از 26-25 احساس نمی شود چون جواب نمی دهد .محصولات بادی از پلی اتیلن سنگین ولی با MFI بالاتر تولید می گردد. به همین دلیل با حرارت لازم روانش بالاتری دارد لذا 25=L/D مناسبتر است .

– نسبت L/D  مناسب برای تولید لوله PPR جهت آبرسانی ساختمانها 33و34 می باشد . گرچه بسیاری از تولیدکنندگان از سیلندرو مارپیچ های لوله پلی اتیلن با نسبت 33و34 برای لوله های PPR  هم استفاده می کنند ولی خود مواد PP  برای لوله PPR طراحی مخصوص دارد که تفاوتهایی با طراحی پلی اتیلن دارد . بهتر است از طراحی مخصوص PPR  در تولید این نوع لوله ها استفاده شود تا طول عمر لوله ها در مقابل فشارآب و دمای بالای آب گرم در لوله کش های ساختمانها و منازل تضمین گردد. با توجه به اینکه عمده سایزهای لوله PPR جهت آبرسانی عمدتا” 20 الی 32 میلیمتر می باشد ولی تا سایز 63 میلیمتر هم تولید ومصرف اندکی دارد پس سیلندرو مارپیچ های سایز 34×65 یا 34×75  مناسب تشخیص داده می شود ولی برای لوله های پوش فیت PPR فاضلابی با توجه به اینکه مصرف سایزها عمدتا” از 63 الی 160 می باشد ولی به دلیل ضخامت کم ، استفاده از اکسترودرهای  34×65 یا 34×75  توصیه می گردد.

– نسبت مورد استفاده برای تولیداتی مانند انواع نوارآبیاری بغل دوخت 32-30 می باشد . ولی برای تولید نوار پلاکدار بهتر است از نسبت بالاتر 36-33 استفاده گردد.زیرا سرعت دو نوار بغل دوخت کمتر ( حدود60الی 70 متر که دونوار همزمان تولید می شود یعنی سرعت خطی 30 الی 35 متر می باشد )ولی در نوار پلاکدار یک نوار تولید می شود و لذا چون تولید آن بیش از 100 متر در دقیقه می باشد (گاها” تا 180 متر در دقیقه هم می رسد ) لذا از اکسترودرهای با L/D بزرگتر از 33(الی36) استفاده می گردد. مجموعه گروه مهندسی و ماشین سازی کشاورز ازنسبت 36 بهره می برد .

– نسبت مورد استفاده در تولیدات PVC نرم ( شلنگ و نوارهای لبه  غیره ) در اکسترودرهای تک مارپیچ عمدتا”28-25 می باشد . کمتر از 25 اقتصادی نیست و سرعت و ظرفیت پایین است و بیشتر از 28 هم باعث سوختگی در مواد PVC  می دهد .  مواد PVC  به سوختن بسیار حساس است . استفاده از فن و کاور روی هیترهای اکسترودر و تنظیم دما بسیار حائز اهمیت است .

– نسبت مورد استفاده در تولیدات مرتبط با PET، 25 است . البته طراحی این مارپیچ ها بسیار مهم و دقیق است . از مواد PET برای تولیداتی مانند تسمه ، الیاف و غیره از بازیافت بطریهای PET استفاده می شود . تنظیم دما و کنترل آن با استفاده از ترموستاتهای حساس و هیترو فن و کاور مناسب توصیه می گردد.چنانچه ملاحظه شداستفاده از L/D های مناسب برای کلیه تولیدات پلاستیک ها ضروری است . در برخی تولیدات نمی توان از نسبت های بالاتر و یا پایین تر استفاده کرد . ولی در برخی تولیدات به تناسب طراحی  ، انتظارات و نیازها می توان از نسبت های بالاتر برای یک محصول واحد استفاده کرد . مثلا” برای تولید لوله پلی اتیلن شرکتهایی را می شناسم که با نسبت 30=L/D همچنان استفاده می کنند.با توجه به اینکه لوله پلی اتیلن استاندارد اجباری دارد لذا ادعامی کنند همه تست ها را پاس می کند . شاید سرعت تولید بسیار پایین است و شاید هم استاندارد چشم خود را می بندد. ولی این نسبت در بعضی از شرکتها 33،34 واخیرا” تعداد شرکتهای استفاده کننده 36 بیشتر شده و حجم و ظرفیت تولیدات بیشتری دارند و نسبت 38 هم اخیرا” کمکم وارد گردونه استفاده شده و شرکتهااستقبال بیشتری دارند . پس برای تولید لوله پلی اتیلن از نسبت 30 تا 38 در کشور عزیزمان ایران و برخی از کشورها استفاده می شود ولی در شرکتهای معتبر تولید کننده لوله پلی اتیلن در سراسر دنیا از نسبت 36 به بالا الی 40 استفاده می شود .