انواع استخراج کننده‌های دو پیستونی
اکسترودر دو پیچه ابزار مهمی است که در صنایع مختلف برای مخلوط کردن، ترکیب و اکستروژن مواد مانند پلاستیک، غذا و دارو استفاده می‌شود. چندوجهی بودن اکسترودر دو پیچه آن را به ابزاری ضروری در تولید مدرن تبدیل می‌کند. با این حال، همه اکسترودها به یکسانی ساخته نشده‌اند؛ آنها در انواع مختلفی وجود دارند که هر کدام برای نیازهای خاصی مناسب هستند.
در این مقاله، به بررسی انواع مختلف استخراج‌کننده‌های دوپیچه‌ای و توانایی‌های منحصر به فرد آنها خواهیم پرداخت.
دسته‌بندی بر اساس تنظیم پیچ‌ها
بر اساس تنظیم پیچ‌ها، استخراج‌کننده‌های دوپیچه‌ای به دو دسته استخراج‌کننده‌های دوپیچه‌ای موازی و استخراج‌کننده‌های دوپیچه‌ای مخروطی تقسیم می‌شوند. در استخراج‌کننده دوپیچه‌ای موازی، پیچ‌ها طولانی به یکدیگر موازی هستند. در استخراج‌کننده‌های دوپیچه‌ای مخروطی، پیچ‌ها تیز شده‌اند و قطر آنها از سوی ورودی به سوی دیسک کاهش می‌یابد.
فشرده‌ساز دو پیستون موازی
استخراج‌کننده‌های دوپیچه‌ای موازی پیچ‌هایی دارند که قطر آنها طولانی ثابت است. آنها معمولاً برای پردازش پلی‌الئفن‌ها (مانند PE و PP)، نایلون، PC، پلی استر و سایر مواد استفاده می‌شوند.
مزایا
پذیرش پذیرای نسبت L/D همچنان یک مزیت برای استخراج‌کننده‌های دو تیغه موازی است. آنها می‌توانند برای پاسخگویی به تغییرات در شرایط قالب‌گیری، نسبت L/D را افزایش یا کاهش دهند تا نیازهای فناوری پردازش پلاستیک را برآورده کنند. این انعطاف‌پذیری محدوده کاربردهای استخراج‌کننده‌های دو تیغه موازی را گسترش می‌دهد، که با استخراج‌کننده‌های دو تیغه مخروطی دشوار است.
معایب:
به علت فاصله مرکزی کوچک بین دو تیغه و فضای محدود موجود، دامنه‌های شعاعی و میله‌های گشتاوری که دو محور خروجی و گیرهای مرتبط را حمایت می‌کنند، چالش‌های قابل توجهی را در جعبه‌دنده یک استخراج‌کننده دو تیغه موازی مواجه می‌شوند.
با توجه به تلاش طراحان، همچنان دشوار است که مشکلات واقعی مربوط به ظرفیت جارزنی محدود، مدول کوچک و قطر گیرها و همچنین کاهش قطر انتهای دمای دو پیستون را حل کنیم، که این موضوع منجر به کمبود واضح در ظرفیت گردشی می‌شود. ظرفیت گشتاور خروجی محدود و کاهش چشمگیر ظرفیت جارزنی، نقص برجسته اکسترودر دوپیستونی موازی است.
اکسترودر دوپیستونی مخروطی
اکسترودرهای دوپیستونی مخروطی دارای قطر بزرگتری در انتهای ورودی پیستون و قطر کوچکتری در انتهای دیسک هستند. این اکسترودرها عمدتاً برای پردازش پی‌وی‌سی استفاده می‌شوند و طراحی منحصربه‌فرد آنها برای نیازهای مواد خاص بهینه‌سازی شده است.
مزایا
دو پیچ مخروطی به گونه‌ای قرار داده شده‌اند که هنگام وارد شدن به باریکه، محورهای آنها با زاویه‌ای نسبت به هم قرار دارند. با افزایش تدریجی فاصله بین محورها از انتهای ضیق‌تر به انتهای گسترده‌تر، جعبه‌دنده می‌تواند فاصله مرکزی بزرگتری بین دو محور خروجی را تحمل کند. این تنظیم فضای کافی برای نصب دنده‌ها، محور دنده‌ها، دستگاه‌های گلوله‌ای و دستگاه‌های گلوله‌ای فشاری فراهم می‌آورد که باعث افزایش کارایی انتقال می‌شود.
این طراحی انعطاف‌پذیر اجازه نصب دستگاه‌های گلوله‌ای بزرگ‌تر و محورهایی را می‌دهد که به اندازه‌ای طراحی شده‌اند تا بتوانند انتقال گشتاور بالا را تحمل کنند. بنابراین، استخراج‌کننده‌های دوپیچی مخروطی ویژگی‌های مهمی ارائه می‌دهند، از جمله گشتاور عملیاتی بالا و ظرفیت حمل بار بالا، که آنها را از استخراج‌کننده‌های دوپیچی موازی متمایز می‌کند.
نقطه ضعف
نکته ضعف میله‌های فشار دوگانه مخروطی، کم بودن انعطاف پذیری آنهاست، زیرا قطر میله‌ها در طول خود تغییر می‌کند که این موضوع باعث می‌شود دستیابی به پردازش یکنواخت مواد سخت‌تر شود. علاوه بر این، پیچیدگی طراحی و هزینه ساخت بالاتر ممکن است عواملی باشند که باید در نظر گرفته شوند.
شباهت‌های بین دو نوع
هر دو دارای مکانیسم‌هایی برای پیشرفت اجباری پلاستیک، توانایی مخلوط کردن و پلاستیک سازی خوب و توانایی حذف آب هستند. انعطاف پذیری آنها به مواد و فرآیندهای قالب‌گیری محصولات پلاستیکی اساساً مشابه است.
تفاوت‌های بین دو نوع
● قطر: میله‌های دوگانه موازی قطر یکسانی دارند، در حالی که میله‌های دوگانه مخروطی قطر متفاوتی در انتهای کوچک و بزرگ دارند.
● فاصله مرکزی: فاصله مرکزی بین میله‌های دوگانه موازی ثابت است، در حالی که محور میله‌های دوگانه مخروطی زاویه ایجاد می‌کند که منجر به بعد متفاوت فاصله مرکزی در طول محور می‌شود.
● نسبت L/D: نسبت L/D در مارپیچ دوگانه موازی، نسبت طول مؤثر مارپیچ به قطر خارج از مرکز آن است، در حالی که نسبت L/D در مارپیچ دوگانه مخروطی، نسبت طول مؤثر مارپیچ به میانگین قطرهای دو سر بزرگ و کوچک آن است.
می‌توان دید که بزرگترین تفاوت بین مارپیچ دوگانه موازی و مارپیچ دوگانه مخروطی در هندسه فلش (باریکه) قرار دارد که منجر به تفاوت‌های مختلف ساختاری و عملکردی می‌شود. گرچه این دو نوع فشرده‌ساز ویژگی‌های خود را دارند، اما هر کدام مزایای خود را نیز دارند.
طبقه‌بندی بر اساس جهت چرخش مارپیچ دوگانه
فشرده‌سازهای مارپیچ دوگانه بر اساس جهت چرخش مارپیچ به دو نوع چرخش هم‌جهت و چرخش پادهم‌جهت تقسیم می‌شوند.
فشرده‌ساز مارپیچ دوگانه چرخش هم‌جهت
اسطرل‌دهای دو پیچ همگرد دارای دو پیچ در یک جهت گردش هستند. این دستگاه‌ها در آمیزش و فرمول بندی مواد کارآمد هستند. با توانایی مدیریت طیف گسترده‌ای از ویسکوزیته‌ها و فرمولاسیون‌ها، اسطرل‌دهای همگرد برای پردازش ترکیبات پلیمری، ماستربچ‌ها و نیز کاربردهای اکستروژن واکنشی مناسب هستند. آنها خصوصیات خودپاک‌کنندگی و منتقل‌کنندگی عالی دارند تا اطمینان حاصل کنند که افزودنی‌ها به طور یکنواخت در سراسر ماده پراکنده شده و توزیع می‌شوند.
مزایای اسطرل‌دهای دو پیچ همگرد:
● آمیزش بهبود یافته: پیچ‌های تعاملی و عناصر پیچ قابل سفارش، کنترل دقیقی بر شدت و کیفیت آمیزش فراتر از اسطرل‌دهای تک پیچ اجازه می‌دهد.
● انعطاف‌پذیری پردازش: تغذیه متریک اجازه کنترل مستقل از نرخ عبور را می‌دهد که به چندین عملیات پردازشی روی یک دستگاه واحد امکان پذیر می‌سازد.
● پارامترهای پردازش تحت کنترل: توزیع زمان ماندگاری کم و کنترل دقیق دما، نمودارهای برش-زمان-دمای مناسب را برای حفظ کیفیت محصول ایجاد می‌کند.
● تولید کارآمد: حمل حجمی مواد اجازه می‌دهد طیف گسترده‌ای از مواد را با حداقل زمان دست اندازی پردازش کند.
● هزینه‌برداری: انعطاف‌پذیری بالا و بهره‌وری در تولید طیف گسترده‌ای از محصولات نهایی با کیفیت ثابت، در حالی که摩 سرپیچ می‌تواند با تنظیم سرعت سرپیچ جبران شود.
بر اساس رفتار تعاملی سرپیچ‌ها در دور شدن، استخراج‌کننده‌های دوسرپیچ همگرا به دو نوع استخراج‌کننده‌های دوسرپیچ همگرا تعاملی و غیر تعاملی تقسیم می‌شوند.
استخراج‌کننده دوسرپیچ همگرا تعاملی
در اکسترودر دو پیچ گردای همگام، پیچ‌ها در حال چرخش با یکدیگر قفل یا درگیر می‌شوند که این موضوع کارایی پردازش و منتقل شدن مواد را افزایش می‌دهد. این طراحی توانایی آمیزش توزیعی اکسترودر را نیز بهبود می‌بخشد که منجر به پراکنش کامل افزودنی‌ها و جوشکننده‌ها در ماتریس پلیمر می‌شود.
اکسترودهای فاصله‌دار معمولاً در کاربردهای ترکیب مواد استفاده می‌شوند که کنترل دقیق توزیع اندازه ذرات و یکنواختی ترکیب اهمیت دارد. آنها مقیاس‌پذیری و انعطاف‌پذیری عالی ارائه می‌دهند که به تولیدکنندگان اجازه می‌دهد فرآیند اکستروژن را بر اساس نیازهای خاص محصول سفارشی کنند.
دو پیچ گردای همگام غیرقابل درگیر شدن
در سویه‌های گردان هم‌چرخ دوقلو بدون درهم‌گیری، پیچ‌ها در حال چرخش با یکدیگر درهم‌گیری یا اتصال نمی‌کنند. به جای آن، آنها در فاصله نزدیکی از یکدیگر چرخیده و بدون اتصال می‌شوند که این موضوع نوعی پردازش ماده را امکان‌پذیر می‌سازد که معمولاً برای مواد حساس به برش یا محصولات حساس به گرما مانند پلیمرهای حساس به گرما، زیست‌مواد و محصولات غذایی مناسب است. سویه‌های بدون اتصال شرایط نرم پردازش ارائه می‌دهند در حالی که همچنان توانایی آمیزش و ترکیب کارآمدی دارند.
سویه‌های دوقلو با چرخش متضاد
به طور مخالف با استخراج‌کننده‌های هم‌چرخان، در استخراج‌کننده‌های دوپیچه با چرخش معکوس، پیچ‌ها در جهت مخالف چرخیده و این تنظیم عامل کneading و shear قابل توجهی بر روی ماده می‌شود که منجر به آمیزش کامل و پاشیدگی می‌گردد. استخراج‌کننده‌های با چرخش معکوس در کاربردهایی که نیاز به برش شدید دارند، مانند حذف محلول، استخراج واکنشی و آمیختن مواد پرپری شده، برتری دارند. آنها کنترل دقیق زمان ماندگی و نرخ برش را فراهم می‌کنند که آنها را برای شرایط پردازش چالش‌برانگیز مناسب می‌سازد.
فعال‌سازی استخراج‌کننده‌های دوپیچه معکوس‌چرخان
در یک استخراج کننده دو پیچ معکوس متصل، دو پیچ به طور متقارن قرار داده شده اند اما در جهت‌های مخالف چرخیده اند. این تنظیم جلوگیری از حرکت مواد در شکل «∞» می‌کند، زیرا مسیر هلیکال یکی از پیچ‌ها توسط پیچ دیگر مسدود می‌شود. به جای آن، در حمل و نقل جامدات، ماده به صورت جلوترین در یک فضای تقریباً بسته به شکل «C» منتقل می‌شود. با این حال، فاصله‌ای بین قطر خارجی یک پیچ و قطر ریشه پیچ دیگر حفظ می‌شود تا ماده می‌تواند عبور کند.
هنگامی که ماده از فاصله شعاعی بین دو پیچ عبور می‌کند، تحت برداشت شدید، آمیزش و فشرده سازی قرار می‌گیرد که منجر به پلاستیک‌سازی مؤثر می‌شود. علاوه بر این، نسبت فشار می‌تواند با کاهش تدریجی پیچ پیچ‌ها حقیقی شود، که آن را مناسب برای پردازش طیف گسترده‌ای از محصولات می‌کند.
استخراج کننده دو پیچی غیر متصل و با چرخش معکوس
کاربرد کمتری نسبت به اکسترودر شبکه‌ای دارد، اما اکسترودر دو پیچ غیرشبکه‌ای مخالف چرخشی به طور متفاوتی نسبت به اکسترودر تک پیچ عمل می‌کند، اما شباهت‌هایی دارد زیرا بر فریکسیون و مقاومت بینایی برای منتقل کردن ماده تکیه می‌کند. علاوه بر حرکت به سمت سر، ماده می‌تواند الگوهای جریان مختلفی نشان دهد به دلیل شکاف شعاعی بزرگ بین دو پیچ، که می‌تواند منجر به جریان معنی‌داری شود.
علاوه بر این، موقعیت نسبی پروازهای پیچ می‌تواند فشار ماده در سمت پیشرانه یکی از پیچ‌ها را بالاتر از سمت مقاومت پیچ دیگر کند، که منجر به جریان ماده از سمت پیشرانه فشار بالا به سمت مقاومت پیچ دیگر می‌شود. چرخش جریان ماده در نقطه A را مهار می‌کند، که منجر به جریان و انواع دیگری از الگوهای جریان می‌شود که آن را مناسب برای کاربردهای آمیختن، هواگیری و دوباره کاوپوشی می‌کند.
نتیجه گیری
هر نوع از استرودر دو پیستونی مزایای منحصر به فردی را برای برآوردن نیازهای مختلف پردازشی بسیاری از صنایع ارائه می‌دهد. درک تفاوت‌های بین این انواع استرودر برای انتخاب تجهیزات مناسب‌ترین برای یک کاربرد خاص ضروری است.
چه به منظور دستیابی به کارایی مخلوط‌کنی بهینه، حفظ سلیقه محصول یا افزایش انعطاف‌پذیری پردازش، انتخاب صحیح استرودر دو پیستونی می‌تواند تأثیر قابل توجهی بر کیفیت محصول، بهره‌وری و موفقیت کلی تولید داشته باشد.