سیلندر و مارپیچ ( سیلندر و ماردون ) لوله پلی اتیلن

قلب خطوط توليد لوله، اكسترودر آن هاست و شرايط نهايی محصول ذوب همگن مواد و انتقال لوله ی تولیدی به سمت جلوی خط تولید ، بستگی دارد. لوله­های پلی­­ اتیلنی معمولاً با اكسترودرهای تك ­پيچی توليد می­شوند. با توجه به مهندسی فرايند و ابعاد لوله، معيارهایی را بايد در اكستروژن لوله­ها در نظر گرفت.

• بتوان گشتاورهای زياد را برای به­دست آوردن بيشترين مقدار خروجی به­كار برد.
• مذاب بدون داشتن نوسانات از اكسترودر خارج شود.
• سرعت­های خروجی زياد را در سرعت­های كم چرخش پيچ ايجاد كرد، بدين ترتيب در ماده به علت تخريب يا شبكه­ای­شدن آن تغييری به­وجود نمی­آيد.
• دمای مذاب بهينه باشد.
• شرايط فرايند انعطاف پذير باشد.
• سايش قطعه­ها حداقل باشد.(روی سطح سیلندر و مارپیچ سخت کاری شود)
• فشار استاندارد در اکسترودر ایجاد گردد تا لوله تست های لازم را پاس کند .

توسعه استفاده از اكسترودرهای تك پيچی در توليد لوله­های پلی اتیلنی به دليل تحقق دو هدف بهبود كيفيت مذاب يا محصول و افزايش بازده توليد انجام شد. برای اكسترودر با قطر پيچ مشخص، افزايش بازده توليد به معنی افزايش خروجی مذاب است. بدين منظور، اكسترودرهای با نسبت L/D    25الی30  که برای مدتی طولانی مناسب تشخيص داده می­شدند به نسبت L/D    30الی33  افزايش مقياس دادند. اين افزايش مقياس، با افزايش نسبی در توان موتور و گشتاور پيچ همراه بوده است و اما در نهایت اپتیمم ترین مقدار طولی این اکسترودر 34 الی 36 تعیین شده است که با کیفیت ترین محصول را با راندمانی بالا تولید می کند .

دستيابی به خروجی زياد در خطوط تولید لوله ، تنها زمانی امكان پذير است كه از اكسترودر با سيلندر شياردار و دارای آب گردان  استفاده شود. در اكسترودری كه به علت شيارداربودن دهانه خوراك، دارای عملكرد انتقال مثبت است، ناحيه خوراك­دهی معين­ كننده مقدار خروجی خواهد بود. بدين ترتيب مقدار خروجی تقريبا مستقل از فشار برگشتی است.

 

برای اينكه عملكرد انتقال مواد توسط اكسترودر، مستقل از جریان فشار برگشتی مواد باشد، لازم است كه طراحی شيارها كاملا با آرايش پيچ در ناحيه خوراك ­دهی مطابقت داشته باشد. تعداد و سطح مقطع شيارها، عمق و گام كانال­ها و نيز شكل كلی ناحيه خوراك ­دهی، به­عنوان تابعی از اندازه ماشين و نوع ماده ورودی و نيز همراستا با سرعت خروجی معين می­شوند. هدف اصلی بهينه­كردن اكسترودر با سيلندر شياردار، حداقل­كردن فشار است. زيرا با افزايش فشار در كانال مقدار سايش پيچ بيشتر می­شود. تقاضای توليد كنندگان لوله برای داشتن خروجی بيشتر بدون افزايش سايش، با استفاده از پيچ­های دومرحله­ای دست ­يافتنی است. گام اين پيچ­ها در ناحيه خوراك ­دهی با گام ساير نواحی متفاوت است و با سامانه خوراك ­دهی شياردار كاملا انطباق دارد. همچنین مصرف زیاد مواد بازیافتی در این سیستم­های اکستروژن، سبب خورده ­شدن سریع مارپیچ می­شود. بنابراین سطوح اکسترودر توسط روش­های سخت­کاری نیتراته ­کردن و بای متالیک از خورده ­شدن محافظت می­شود.

 با درنظر گرفتن قطر ماردون به اندازه ی D  ،وجود گام­های متفاوت (كمتر از 1 Dدر ناحيه خوراك دهی و بيشتر از 1 Dدر ساير نواحی) باعث می­شود، فشار درون سيلندر به ويژه در ناحيه خوراك دهی به طور شايان توجهی كاهش يابد. درنتيجه سايش كمتر شود. پيچ در تمام محدوده­های سرعت، در خروجی ثابت و مشخصی كار می­كند و بنابراين مستقل از سرعت و فشار است. در مقايسه با پيچ تك مرحله­ای، خروجی ثابت و مشخص اين پيچ­ها در سرعت توليد يكسان به­طور شايان توجهی بيشتر است. افزون بر اين در خروجی يكسان، دمای مذاب برای پيچ­های دومرحله­ای كمتر است. همانطور كه گفته شد، فشار بسيار اندك در بخش سيلندر شياردار و سرعت خروجی زياد در سرعت­های پيچ بسيار كم، موجب كاهش سايش سيلندر و پيچ به مقدار زياد می­شود. تمام اكسترودرهای تك پيچی كه قابليت نرم كردن جريان­های بزرگی از مذاب را دارند، برای همگن كردن مذاب احتياج به اجزای برشی و اختلاط دارند. بسته به نوع ماده و خواص نهايی محصول، از اجزای برشی برای پخش مناسب و از اجزای اختلاط برای انجام عمل اختلاط در جهت­های طولی و عرضی مذاب استفاده می­شود. هنگامی كه احتياج به همگن سازی بسيار زياد وجود دارد، از مخلوط كن­های ديناميكی بسيار مؤثر استفاده می­شود كه بخش­های ثابت و چرخنده دارند. مخلوط كن­های ديناميكی دارای حفره­هايی در سيلندر و پيچ هستند كه موجب تقسيم كردن و توزيع مواد می­شوند. درنتيجه، اين مخلوط كن­ها برای افزودن مستربچ­های رنگی يا افزودنی­های مايع به مذاب پليمر و پخش و همگن سازی آن­ها ايده­آل هستند. به عنوان مثال، شركت آلمانی رايفن هاوزر جزء اختلاطی را با نام استاروميكس طراحی كرده است. معمولاً مناسب­تر است، مخلوط كن­های ديناميكی به پيچ اكسترودری اضافه شوند كه دارای اجزای برشی و اختلاط است. بدين ترتيب اين سامانه موارد زير را تأمين میكند:

ـ يكنواختی مذاب هنگام فرايندكردن تركيبات لوله پلی اتیلنی به كمك اكسترودری با كارايی زياد و قطر پيچ بزرگتر از 90  mm بهبودمی­يابد.
ـ پخش مستربچ رنگی در مذاب، به طور بهينه انجام می­گيرد و بهتر از اكسترودر با پيچ استاندارد است.