ظرفیت سیلندر و مارپیچ (ماردون)

ظرفیت سیلندر و مارپیچ ؛ در یک اکسترودر عوامل زیادی بر توان یک اکسترودر در خروج مذاب از خود موثر است که از جمله این عوامل در ادامه شرح داده می­شود.

• عمق کانال اکسترودر: در یک اکسترودر هر چه میزان عمق کانال موجود روی پیچ بیشتر باشد، میزان مذاب بیشتری توسط مارپیچ با هربار چرخش حمل شده و میزان مذاب بیشتری را از سیستم خارج می­کند. بنابراین با افزایش عمق کانال میزان توان خروجی و ظرفیت اکسترودر افزایش می­یابد.
• زاویه­ی دیوار کانال: هر چه میزان زاویه­ی دیوار کانال با خط عمود کمتر باشد، مارپیچ با هر بار چرخش، مذاب را مسافت بیشتری جا به جا می­کند و زمان ماند مذاب در اکسترودر کمتر می­شود و ظرفیت اکسترودر افزایش می­یابد.
• عرض کانال: در مارپیچ یک اکسترودر، هرچه عرض کانال ( مقدار گام ) بیشتر باشد، کانال توان جا به جایی مذاب بیشتری در خود دارد و میزان ظرفیت اکسترودر برای انتقال مذاب بیشتر می­گردد.
• طول اکسترودر: هر چه طول اکسترودر بلندتر باشد مدت زمانی که طول می­کشد مذاب از ناحیه­ی خوراک به دای برسد بیشتر بوده و مذاب زمان ماند بیشتری گرفته و دیر تر از مارپیچ خارج می­شود اما بر میزان مذاب خروجی از یا ظرفیت اکسترودر تاثیری ندارد.
• دور مارپیچ اکسترودر: در یک اکسترودر هر چه دور مارپیچ بیشتر شود میزان مذاب خارج شده از درون اکسترودر بیشتر می­شود اما این قانون تا مقدار مشخصی از دور صادق است و با عبور سرعت مارپیچ از میزان مشخصی، جریان مذاب پلیمری خروجی شروع به کاهش می­کند. دلیل افزایش جریان خروجی با افزایش دور مارپیچ، افزایش جریان دراگ یا برشی از اکسترودر بوده اما در ادامه با افزایش بیشتر دور اکسترودر جریان فشاری بر جریان برشی غلبه کرده و منجر به کاهش جریان خروجی مذاب اکسترودر می­گردد.
• به نوع و تراکم مواد ورودی وابسته است.

در کانال مارپیچ یک اکسترودر دو نوع جریان وجود دارد که یکی جریان برشی بوده و بر اثر حرکت متفاوت سطح دو فلز به وجود می­آید که مذاب پلیمری را به سمت دای و خروجی اکسترودر هدایت می­کند و این جریان به افزایش ظرفیت اکسترودر کمک می­کند.

البته در کانال مارپیچ نوع جریان دیگری در خلاف جریان برشی وجود دارد و ماهیت جریان فشاری دارد که این جریان در خلاف جهت جریان برشی بوده و منجر به ایجاد یک جریان کلی درهم و اختلاط در اکسترودر می­گردد و جریان خروجی از دای را کاهش می­دهد. این جریان به دلیل وجود دای در اکسترودر به وجود می­آید.

میزان خروجی نهایی مذاب از دای اکسترودر برابر با تفاضل این دو جریان در کانال­های اکسترودر می­باشد.

محاسبه ی ظرفیت اکسترودر :

برای محاسبه توان عملیاتی سیستم اکستروژن، باید تعدادی از مقادیر مربوط به فشار سیستم، ابعاد اکسترودر و خصوصیات ماده ای را که اکسترود می کنید، بدانید. توان اکستروژن با کسر جریان فشار حجمی سیستم از جریان کشش حجمی سیستم محاسبه می شود. شما باید از قطر پیچ اکستروژن ، سرعت پیچ که در دور بر دقیقه اندازه گیری می شود، زاویه مارپیچ با محور اکسترودر و ارتفاع و عرض کانال پیچ اطلاع داشته باشد. همچنین باید از تغییر فشار سیستم بر حسب پوند بر اینچ مربع ، گرانروی ماده و طول کل کانال اکستروژن مطلع شوید. ضریب پاورلا را برای ماده ای که استفاده می کنید تعیین کنید. اگر از ضریب پاورلا برای یک پلیمر اطلاع ندارید ، می توانید به جدول 4.2 در صفحه 46 کتاب Giles ، Wagner  مراجعه کنید.

برای محاسبه ی جریان کشش حجمی نیوتونی سیستم،  متغیرهای زیر را در هم ضرب کنید: عرض کانال ، عمق کانال ، سرعت پیچ ، قطر پیچ و کسینوس زاویه مارپیچ. آن نتیجه را در ثابت ریاضی pi ضرب کنید (تقریباً 3.14) و آن نتیجه را بر دو تقسیم کنید. این معادله برآورد جریان کشش حجمی برای یک مایع نیوتنی در سیستم اکستروژن شما را فراهم می کند.

جریان کشش حجمی نیوتنی را برای ماهیت جدید نیوتنی ماده خود اصلاح کنید. چهار شاخص را به شاخص پاورلا پلیمر خود اضافه کنید و مقدار حاصل را بر 5 تقسیم کنید. این نتیجه را در جریان کششی حجمی تخمینی که قبلاً محاسبه کرده اید ضرب کنید. نتیجه جریان کشش واقعی حجمی برای سیستم اکستروژن شما است.

جریان فشار نیوتنی را برای سیستم خود محاسبه کنید. ارتفاع کانال اکستروژن خود را محاسبه کرده و حاصل آن را در سینوس زاویه مارپیچ ، عرض کانال و تغییر فشار سیستم در هنگام اکستروژن ضرب کنید. مقدار حاصل را بر ویسکوزیته پلیمر، طول کل سیستم اکستروژن و ثابت 12 تقسیم کنید. مقدار حاصل تخمین نیوتنی جریان فشار سیستم است.

جریان فشار نیوتنی را اصلاح کنید تا ماهیت غیر نیوتنی پلیمر شما را در نظر بگیرید. شاخص پاورلا پلیمر خود را در دو ضرب کرده و سپس یک را اضافه کنید تا مخرج معادله را بدست آورید. سپس برآورد جریان فشار نیوتنی را در سه ضرب کرده و سپس آن نتیجه را بر مخرجی که قبلاً محاسبه کرده اید تقسیم کنید. با انجام این کار جریان واقعی حجمی برای سیستم شما حاصل می شود.

جریان فشاری سیستم خود را از جریان کشش حجمی آن کم کنید. نتیجه حاصل ظرفیت اکستروژن برای سیستم شما است که بر اساس اینچ مکعب بر ثانیه اندازه گیری می شود.

Q_t= Q_d – Q_p

:Q_{t جریان کلی}

:Q_{p جریان فشاری}

:Q_{d جریان دراگ}

 

با توجه به اینکه گروه مهندسی و ماشین سازی کشاورز با سابقه و تجربه بالایی که در این زمینه و صنعت پلیمری دارد سیلندر مارپیچ هایی که طراحی و ساخته شده با توجه به تمامی نکات بالا می باشد و رضایت مشتری افتخار ماست.

به امید موفقیت برای تمام عزیزان

گروه مهندسی و ماشین سازی کشاورز