چرا نمی‌توان از یک ماردون واحد برای همه پلیمرها استفاده کرد؟
چرا یک ماردون جامع برای همه پلیمرها وجود ندارد؟
در نگاه برخی افراد، تمام مواد پلیمری به نام "پلاستیک" در یک دسته قرار می‌گیرند و چنین تصور می‌شود که می‌توان از یک نوع ماردون برای تمام آن‌ها استفاده کرد. اما واقعیت این است که پلیمرهای مختلف، خصوصیات فرآیندی کاملاً متفاوتی دارند؛ به‌طوری‌که طراحی یک ماردون واحد که بتواند تمام این مواد را به‌صورت بهینه پردازش کند، تقریباً غیرممکن است.
ماردون (screw) در دستگاه تولید نایلون و نایلکس یا دستگاه‌های اکسترودر، سه وظیفه اصلی دارد:
-
انتقال مواد جامد (Solids Conveying)
-
ذوب کردن (Melting)
-
پمپاژ و یکنواخت‌سازی (Metering/Pumping)
عملکرد هر یک از این مراحل به خواص فیزیکی و حرارتی پلیمر وابسته است؛ مانند ظرفیت گرمایی (specific heat)، ویسکوالاستیسیته، دانسیته در حالت جامد و مذاب، و ضریب اصطکاک سطحی. همین تفاوت‌ها باعث می‌شود استفاده از یک ماردون یکسان برای تمام پلیمرها بازدهی لازم را نداشته باشد.
مقایسه HDPE و HIPS؛ دو پلیمر رایج در اکستروژن
بیایید دو پلیمر رایج یعنی پلی‌اتیلن سنگین (HDPE) و پلی‌استایرن مقاوم (HIPS) را با هم مقایسه کنیم. هرچند دمای فرآیند آن‌ها نسبتاً نزدیک است، اما ظرفیت گرمایی HDPE حدود ۰/۵۵ Btu/lb-°F است، درحالی‌که HIPS حدود ۰/۴۰ Btu/lb-°F ظرفیت گرمایی دارد. یعنی برای رساندن یک پوند HDPE به دمای فرآیند، حدود ۳۷/۵٪ انرژی بیشتری نسبت به HIPS نیاز است.
علاوه بر آن، HDPE ماده‌ای کریستالی است و دارای نقطه ذوب مشخصی است، در حالی که HIPS آمورف است و نقطه ذوب دقیقی ندارد. برای ذوب کامل HDPE، باید گرمای نهان ذوب (Heat of Fusion) حدود ۱۰۰ Btu/lb را نیز تأمین کرد. در مجموع، انرژی موردنیاز برای رسیدن HDPE به دمای فرآیند حدود ۵۰٪ بیشتر از HIPS است.
تفاوت‌های رئولوژیکی و چگالی
ویسکوزیته پلیمرها تحت تأثیر نرخ برش و دما تغییر می‌کند. این موضوع با دو پارامتر ضریب قانون توانی (n) و ضریب قوام (m) شناخته می‌شود. بررسی‌ها نشان می‌دهد که HIPS حدود ۵۰٪ حساسیت بیشتر نسبت به تغییرات نرخ برش نسبت به HDPE دارد.
همچنین، دانسیته جامد HDPE حدود ۹۰٪ دانسیته HIPS است اما دانسیته مذاب آن تنها ۷۷٪ آن است. این انبساط در حین ذوب باعث می‌شود که برای تولید خروجی مشابه، عمق کانال‌های ماردون در HDPE حدود ۳۸٪ بیشتر از HIPS باشد. این تغییرات باید در طراحی ماردون لحاظ شود، وگرنه ذوب کامل اتفاق نمی‌افتد یا بازدهی کاهش می‌یابد.
اصطکاک و تغذیه
میزان اصطکاک مواد اولیه با قطعات فلزی مانند سطح قیف و گلویی تغذیه نیز در عملکرد ماردون اثرگذار است. برای مثال، ضریب اصطکاک دینامیکی پلی‌استایرن با فولاد حدود ۵۰٪ بیشتر از HDPE است که بر روی سرعت تغذیه و تراکم مواد جامد تأثیر مستقیم دارد.
حالا فرض کنید بخواهیم پلی‌کربنات (PC) را هم اضافه کنیم
پلی‌کربنات دارای دمای فرآیند بالاتری است و خواص فیزیکی‌اش تفاوت فاحشی با HDPE و HIPS دارد. طراحی یک ماردون برای چنین گستره‌ای از پلیمرها مستلزم سازش‌هایی خواهد بود که به افت عملکرد کلی منجر می‌شود. در نتیجه، یک ماردون جامع که بتواند بهینه تمام این پلیمرها را پردازش کند، عملاً امکان‌پذیر نیست.
راه‌حل چیست؟ طراحی اختصاصی بر اساس ویژگی‌های پلیمر
برای رسیدن به بهترین عملکرد، باید ماردون بر اساس ویژگی‌های خاص هر پلیمر طراحی شود. خوشبختانه، وقتی یک طراحی مناسب بر اساس داده‌های مهندسی برای یک پلیمر خاص به‌دست آمد، می‌توان از آن برای مقیاس‌های مختلف استفاده کرد (Scale-Up/Down) و نتایج خوبی گرفت.
استفاده از ماردون بایمتال برای عملکرد بهتر
در فرآیند تولید نایلون و نایلکس، به‌خصوص در دستگاه‌های سرعت بالا، پیشنهاد می‌شود به‌جای ماردون‌های معمولی، از سیلندر و ماردون بایمتال استفاده شود. این نوع ماردون با داشتن لایه‌ای مقاوم به سایش و خوردگی، عمر طولانی‌تری دارد و برای پلیمرهای مختلفی از جمله HDPE و HIPS مناسب‌تر است.
شما می‌توانید برای تهیه سیلندر و ماردون بایمتال برندهای معتبر مثل ژوکسین ، JT، ZY و Batten با تیم نوید صنعت پلاست تماس بگیرید. ما واردکننده مستقیم این قطعات هستیم و آماده ارائه مشاوره تخصصی به شما عزیزان خواهیم بود.