اکسترودر چیست؟ کاربرد، اجزا و روش کار دستگاه اکسترودر نایلون

دستگاه اکسترودر نایلون که به آن دستگاه اکستروژن نیز گفته می‌شود؛ ماشینی مختص تولید نایلون نیست و اگر قصد تولید هر محصول پلیمری یا پلاستیکی داشته باشیم؛ باید از دستگاه اکسترودر استفاده کنیم. البته باید اشاره کنیم  استفاده از این ماشین در خط تولید نایلون و نایلکس حتمی و  بی‌جایگزین است.

ما در این مقاله ضمن معرفی این دستگاه، شما را با انواع اکسترودر نایلون و کاربرد آن آشنا کرده و شرح می‌دهیم که از این ماشین چگونه در خط تولید نایلون استفاده می‌شود.

دستگاه اکسترودر نایلون چیست؟

دستگاه اکسترودر نایلون ماشینی کلیدی در صنایع پلیمری است. این دستگاه طی فرایند مکانیکی، امکان ذوب کردن و شکل‌دهی را برای گرانول‌های نایلون فراهم می‌سازد.

اساس کار این فرایند بر انتقال، حرارت و ذوب کردن بناشده است. زمانی که شما مواد اولیه نایلون را به اکسترودر تزریق می‌کنید؛ مواد با نیروی فشار به سمت مارپیچ گرم‌شونده هدایت می‌شوند و مواد اولیه در آنجا ضمن فشار و گرما، شکل اولیه خود را ازدست‌داده و بعد از عبور از قالب‌های خروجی به شکل نهایی خود تبدیل می‌شوند و در خط تولید نایلون، خروجی دستگاه به شکل یک بالن تبدیل می‌شود.

نکته‌ای را که باید همین ابتدا به آن اشاره کنیم، وجود نام‌های مختلف دستگاه اکسترودر است که در مقالات به آن اشاره می‌شود. دستگاه اکستروژن، دستگاه ماردون و ماشین گرانول‌سازی، همه اسامی است که به ماشین اکسترودر اطلاق می‌شود.

اجزای دستگاه اکسترودر نایلون

 برای آشنایی بهتر شما با دستگاه اکسترودر نایلون در این قسمت اجزای این دستگاه را به طور خلاصه معرفی می‌کنیم.

1- قیف Hopper

اولین بخش ماشین، بخش فیدر است که در دستگاه اکسترودر به آن قیف می‌گویند. درواقع این وجه تسمیه به دلیل شکل  ظاهری آن است که مانند قیف‌های خانگی است و تنها ابعاد بزرگ‌تری دارد. این قیف در بخش ابتدایی و بالای دستگاه قرار می‌گیرد. قیف متصل به دستگاه نبوده و جدای از آن است و بسته به میزان خوراک مواد اولیه، می‌توان ابعاد قیف را تغییر داد.

2- ماردون

مهم‌ترین قسمت دستگاه اکسترودر نایلون، بخش ماردون است. ماردون وظیفه انتقال و نرم کردن مواد را برعهده دارد. نکته مهم اینکه ماردون امکان تنظیم دارد. سرعت پیچش فاصله غلتک‌ها و میزان نیروی واردشده بر مواد، از جمله متغیرهای ماردون است. اگر ماردون تنظیمات مناسب نداشته باشند در کیفیت ماده نهایی تأثیر می‌گذارد.

3- برل یا محفظه

به کاور دستگاه که روی قسمت ماردون قرار می‌گیرد و دارای هیترهای حرارتی است؛ برل می‌گویند. برل یک سیلندر فولادی ضدزنگ است که در هنگام پیشروی مواد،  با استفاده از هیترها باعث ذوب‌شدن ماده اولیه تولید نایلون می‌شوند و در ادامه مواد را  به سمت قسمت قالب هدایت می‌کند.

4- دای

قطعه‌ای است که بین قالب و مارپیچ قرار می‌گیرد. وجود این قطعه باعث توزیع فشار و یکنواختی مواد در خروجی سیلندر می‌شود. در واقع هددای یا دای‌هد یک واسطه برای شکل‌دادن اولیه مواد مذاب است. مواد مذاب بعد از دای هد وارد تانک خلأ شده و از آنجا به شکل اصلی خود از دستگاه خارج می‌شود.

سیستم‌های مختلف دستگاه اکستردور

در کنار این قطعات مکانیکی دستگاه اکسترودر نایلون دارای سیستم‌های حرارتی و مکانیکی نیز است که وجود آن‌ها باعث شکل‌دهی مواد می‌شود.

1- سیستم حرکتی

سیستم حرکتی به کلیه اجزایی گفته می‌شود که موجب انتقال نیرو از موتور به غلتک‌ها و دیگر اجزای دستگاه می‌شود.  قطعه اصلی سیستم حرکتی، موتور دستگاه است. در کنار هر دستگاه اکسترودر یک الکتروموتور وجود دارد که نیروی لازم جهت حرکت اجزا را تأمین می‌کند. این موتور که به شکل یک موتور گیربکسی است با برق DC کار می‌کند و سبب افزایش گشتاور در ماشین می‌شود. گشتاور تولیدی در موتور به سمت غلتک‌ها یا ماردون رفته و موجب حرکت مواد در آن می‌شود.

2-  سیستم حرارتی

سیستم حرارتی در واقع عملیات کنترل‌کردن دما در اکسترودر را برعهده دارد. سیستم حرارتی از سه بخش تشکیل شده است.

• ترموکوپل: یک سنسور حرارتی که دمای محیط را حس می‌کند. در واقع ترموکوپل‌ها دو سیم از جنس متفاوت هستند که یکی داخل محیط غلتک است و  با دمای محیط در  ارتباط است و دیگری به کنترلر وصل است. زمانی که دمای محیط کم شود. اختلاف دمایی بین دو سیم باعث یک ولتاژ می‌شود که این ولتاژ کنترلر را خبردار کرده و دمای محیط سنجیده می‌شود.
• هیتر: هیترها وظیفه گرم‌کردن محیط داخل محفظه را دارند. همان‌طور که ماردون مواد را به جلو می‌آورد؛ هیتر با گرم‌کردن محیط، عملیات ذوب مواد را تسریع می‌بخشد.
• رله: وسیله‌ای است که جریان الکتریکی را با استفاده از ترموکوپل، اندازه‌گیری می‌کند. در واقع این جریان الکتریکی، فرکانس دمایی است که از سمت ترموکوپل به رله فرستاده می‌شود.

نحوه عملکرد دستگاه اکسترودر نایلون

برای تشریح عملیات اکسترودر اگر بخواهیم یک مثال ملموس بزنیم تا کلیت فعالیت آن روشن شود، می‌توانیم مثال چرخ‌گوشت را بیان کنیم (البته با این توضیح که در مثل مناقشه نیست!)

 اگر به چرخ‌گوشت نگاه کرده باشید، چرخ‌گوشت یک بخش فیدر و یک چرخ‌دنده مارپیچی‌شکل دارد. ما از قسمت بالایی چرخ‌گوشت، مواد را داخل کرده و سپس با چرخش دنده مارپیچی‌شکل، گوشت چرخ شده و از شیارهای انتهایی به‌صورت رشته‌مانند بیرون می‌آید.

عملکرد دستگاه اکسترودر نیز به همین شکل است. با این تفاوت که مواد در زمان واردشدن به غلتک ماردون که با هم مخلوط شده و به سمت جلو حرکت می‌کنند؛ توسط هیترها گرم نیز می‌شوند و فرایند ذوب‌شدن شکل می‌گیرد.

نسبت L/D در طراحی اکسترودر

یکی از مهم‌ترین بحث‌ها در طراحی دستگاه اکسترودر نایلون، نسبت طول به قطر غلتک ماردون است. متخصصین و تولیدکنندگان این دستگاه، غلتک ماردون را به سه قسمت تقسیم می‌کنند و بر اساس آن نسبت ورودی و خروجی را اندازه‌گیری می‌کنند. این سه قسمت عبارت است از:

1- ناحیه تغذیه

در این ناحیه که معمولاً 50  درصد طول غلتک مارودن را تشکیل می‌دهد، شکل ظاهری قطر غلتک و زوایه پیچش دنده‌ها بر روی آن ثابت در نظر گرفته می‌شود. طراحی این ناحیه بسیار اهمیت دارد، زیرا مواد در طول این ناحیه حرکت کرده و به سمت جلو می‌روند و اگر طول ناحیه کم باشد و مواد زیادی داخل آن ریخته شود و قطر نیز نامناسب طراحی شده باشد، مواد در ناحیه جلو گیر می‌کند و حالت گرسنگی پیش می‌آید. اما اگر طول ناحیه تغذیه بیشتر از حد معمول باشد و قطر هم کم باشد، مواد سریعتر از ناحیه تغذیه خارج می‌شوند و در قسمت انتهایی غلتک گیر می‌کنند.

2- ناحیه تراکم

به این ناحیه COMPRESSION ZONE گفته می‌شود. در این ناحیه که معمولاً 20 درصد طول غلتک ماردون را شکل می‌دهد، عمق ماردون به تدریج کم می‌شود و مواد در این قسمت سرعت کمتری پیدا کرده و متراکم می‌شوند. هیترها در این ناحیه قرار دارند و عمل ذوب شدن در این ناحیه صورت می‌گیرد.

3- ناحیه سنجش و اندازه

در این ناحیه نیز عمق ماردون مانند قسمت فیدر ثابت است. اما با این تفاوت که عمق ماردون در این ناحیه کمتر از قسمت ابتدایی است. مواد مذاب که از قسمت تراکم خارج می‌شوند به این قسمت وارد شده و با یک حرکت و آهنگ ثابت به سمت دای حرکت می‌کنند.

البته باید  اشاره کرد که موادی که در دستگاه اکسترودر اکستروژن می‌شوند متفاوت هستند؛ برای همین، بسته به هر ماده، طول ماردون و عمق ماردونه متفاوت خواهند بود. مثلاً در جریان نایلون، چون پلی‌اتیلن که ماده اولیه آن است به‌سادگی ذوب می‌شود، عمق ماردون در تمام طول ماردون یکسان در نظر گرفته می‌شود تا مواد با یک سرعت ثابت از دستگاه بیرون بیاید.

توضیح آنکه در دو دستگاه اکسترودر نایلون مشابه با دو نسبت متفاوت L/D، ماشینی که طول بیشتری نسبت به دستگاه دیگر دارد، دارای ظرفیت ذوب و قدرت مخلوط‌کردن بیشتری است.

انواع اکسترودر نایلون

اگر یک جستجوی ساده درباره دستگاه اکسترودر نایلون داشته باشید متوجه می‌شوید اکسترودر، ماشینی مختص تولید نایلون نبوده و در صنایع دیگر نیز از این ماشین استفاده می‌شود. برای همین در یک جستجوی ساده متوجه می‌شوید که ما با انواع اکسترودر روبرو هستیم. اما پرکاربردترین ماشین‌های اکسترودر در خط تولید نایلون و نایلکس، دستگاه‌‌های دو و تک ‌ماردون هستند.

• اکسترودر تک ‌ماردون

از نام‌گذاری دستگاه مشخص است که ماشین یک ماردون دارد و برای همین به آن تک ماردون می‌گویند.

در این ماشین یک غلتک مارپیچ وجود داشته و مواد تحت‌فشار و حرکت همین غلتک تبدیل به فیلم نایلون می‌شوند. دستگاه تک ماردون از محبوب‌ترین ماشین‌ها در خط تولید نایلون است که هم قیمت مناسبی دارد و هم  خروجی پیوسته به ما می‌دهد

• اکسترودر دو ماردون

در این ماشین از دو ماردون استفاده می‌شود. ماردون‌ها در کنار هم قرار می‌گیرند و با چرخش خود موجب حرکت مواد در برل یا محفظه اکسترودر می‌شوند. در زمان ساخت چنین دستگاهی به یک نکته توجه می‌کنند و آن حرکت اکسترودرها در کنار هم است. اگر حرکت هر دو اکسترودر در یک‌جهت باشد به آن همسوگرد و اگر در دو جهت متفاوت حرکت کند به آن ناهمسوگرد می‌گویند.

 در اکسترودرهای همسوگرد همان‌طور که از اسم مشخص است، ماردون‌ها همسو با یکدیگر حرکت می‌کنند، برای همین مواد از بین آن‌ها سریع‌تر حرکت کرده و با سرعت بیشتری به سمت خروجی می‌روند؛ اما در اکسترودر ناهمسوگرد، ماردون‌ها در خلاف جهت یکدیگر حرکت می‌کنند؛ برای همین مواد در فاصله بین دو غلتک فشرده شده و از یک ماردون به ماردون دیگر منتقل می‌شوند.

تفاوت دستگاه اکسترودر تک ماردون و دو ماردون

آنچه مشخص است دستگاه اکسترودر نایلون تک‌ ماردون و دو ماردون دارای تفاوت‌هایی هستند که این تفاوت‌ها عبارت‌اند از:

1. در دستگاه اکسترودر تک ماردون، یک غلتک مواد را به جلو هدایت می‌کند؛ اما در دو ماردون، دو غلتک مواد را به سمت جلو هدایت می‌کند.
2. دستگاه تک ماردون دارای سرعت خروجی بیشتر نسبت به دو ماردون هستند.
3. قدرت همگن‌سازی در دستگاه اکسترودر نایلون دو ماردون از تک ماردون بیشتر است.

اندیکا سازنده انواع دستگاه اکسترودر نایلون

شرکت اندیکا یک شرکت ساخت ماشین‌آلات خط تولید نایلون و نایلکس است که توانسته‌است تمام ماشین‌های حوزه نایلکس و نایلون را به شکل کاملا بومی و با قیمتی بسیار کمتر از شرکت‌های خارجی تولید و به مشتریان خود عرضه کند.

این شرکت که زیرمجموعه پلاست لاله کاشان است، در حال حاضر ساخت انواع دستگاه‌های اکسترودر نایلون را انجام می‌دهد. مهندسین شرکت برپایه دانش بومی و تجربه چندین ساله شرکت اندیکا، توانسته‌اند انواع دستگاه اکسترودر نایلون تک ماردون و  دو ماردون را تولید کنند.

در حال حاضر دستگاه اکسترودر تک ماردون اندیکا یکی از بهترین قطعات مکانیکی ماشین‌های  تولید شده در ایران است که با ظرافت و طراحی علمی، اصولی و مهندسی ساخته شده است.

شما می‌توانید برای دریافت کاتالوگ و اطلاعات کافی با شرکت پلاست لاله کاشان تماس گرفته و مشخصات کامل ماشین‌های خط تولید نایلون و نایلکس اندیکا را دریافت کنید.

جمع‌بندی

استفاده از دستگاه اکسترودر نایلون به‌دلیل تنظیمات خاص نیازمند آموزش و مهارت خاص است. یکی از محاسن استفاده از ماشین‌های تولید نایلون ایرانی، حضور تیم سازنده در زمان نصب و  آموزش کار با دستگاه به اپراتورهای خط تولید است.

اکسترودر یکی از مهمترین دستگاه‌هایی است که در تولید نایلون باکیفیت تاثیر زیادی می‌گذارد. همچنین استفاده درست از این دستگاه و طراحی مناسب آن باعث افزایش راندمان خط تولید نایلون می‌شود.

سوالات متداول

معایب استفاده از دستگاه اکسترودر در تولید نایلون چیست؟

 همان‌اندازه که استفاده از دستگاه اکسترودر نایلون حیاتی است، استفاده از این دستگاه معایبی نیز دارد که تیتروار آن را بیان می‌کنیم.

1. ضعیف‌بودن موتور دستگاه
2. همخوانی نداشتن با مواد اولیه تولید نایلون
3. سرعت تولید پایین
4. ذوب نشدن کافی مواد
5. متراکم شدن مواد در قسمت تغذیه و از بین رفتن دستگاه

اکسترودر در تولید فیلم نایلون چه نقشی دارد؟

در تولید نایلون‌های سه لایه از دستگاه اکسترودر نایلون دو ماردون استفاده می‌شود. دستگاه‌هایی به نام ABA  در خط تولید نایلون استفاده می‌شود که از دو ماردون در آن استفاده می‌شود. یک ماردون برای تولید لایه فیلم A و از یک ماردون لایه فیلم B تولید می‌شود. با این توضیح که در زمان خروج مواد از اکسترودر لایه A در زمان خروج از قالب به دو قسمت تقسیم می‌شود و به همین شکل نایلون سه لایه تولید می‌شود.