مقالات

اصول طراحی ماردون برای اکسترودر دو پیچه

طراحی ماردون (Screw) برای اکسترودر دو پیچه (Twin-Screw Extruder) یک فرآیند پیچیده و مهندسی است که بر اساس نیازهای فرآیندی خاص، نوع مواد و ویژگی‌های محصول نهایی تعیین می‌شود. اصول طراحی ماردون برای اکسترودرهای دو پیچه به عوامل متعددی وابسته است که در ادامه به بررسی آن‌ها می‌پردازیم:

  1. نوع اکسترودر دو پیچه

  • اکسترودرهای دو پیچه همسوگرد :(Co-rotating) در این نوع اکسترودرها، دو ماردون در یک جهت می‌چرخند و مواد به طور موثری مخلوط می‌شوند. طراحی ماردون در این اکسترودرها به گونه‌ای است که حرکت مواد به سمت جلو تسهیل شود و همزمان مخلوط‌سازی و پراکندگی مواد به خوبی انجام شود.
  • اکسترودرهای دو پیچه ناهمسوگرد: (Counter-rotating)در این اکسترودرها، ماردون‌ها در جهت‌های مخالف می‌چرخند. این نوع طراحی بیشتر برای فرآیندهایی مناسب است که نیاز به انتقال دقیق مواد دارند، مانند پروفیل‌سازی یا تولید لوله‌ها.

 

  1. طراحی مارپیچ‌ها (Screw Elements)

  • بخش‌های انتقالی : (Conveying Zones) این بخش‌ها زاویه‌های کم (معمولاً بین 30 تا 60 درجه) وظیفه جابجایی مواد از ورودی به نواحی دیگر اکسترودر را بر عهده دارند. آن‌ها حجم بزرگی از مواد را جابجا می‌کنند بدون اینکه فشار زیادی ایجاد کنند.
  • بخش‌های فشاری: (Compression Zones) این بخش‌ها فشار مورد نیاز برای ذوب و همگن‌سازی مواد را فراهم می‌کنند. عمق کانال‌ها در این بخش‌ها کاهش می‌یابد تا فشار افزایش یابد.
  • بخش‌های همگن‌سازی و مخلوط‌سازی (Mixing Zones) :در این نواحی، پروفایل ماردون معمولاً با زاویه‌های نزدیک به 90 درجه طراحی می‌شوند که جریان توربولنت ایجاد کرده و مواد به خوبی مخلوط شوند. استفاده از المان‌های مخلوط‌کننده مختلف مانند کی، بلاک‌ها و دیسک‌ها در این بخش متداول است.

  1. فواصل بین ماردون‌ها (Intermeshing Clearance)

  • فاصله کم بین ماردون‌ها :(Tight Clearance) در اکسترودرهای همسوگرد، فاصله کم بین ماردون‌ها به بهبود مخلوط‌سازی و انتقال حرارت کمک می‌کند، اما ممکن است سایش بیشتری ایجاد کند.
  • فاصله زیاد بین ماردون‌ها :(Loose Clearance) این طراحی در اکسترودرهای ناهمسوگرد متداول است و به کاهش سایش و بهبود انتقال مواد با ذرات بزرگ‌تر کمک می‌کند.

 

  1. جهت حرکت مواد (Material Flow Direction)

  • انتقال موازی :(Parallel Flow) ماردون‌ها به گونه‌ای طراحی می‌شوند که مواد به صورت مستقیم به جلو هدایت شوند. این روش بیشتر در فرآیندهای با حجم بالا استفاده می‌شود.
  • انتقال متقاطع :(Cross Flow) در این طراحی، مواد به سمت بیرونی ماردون‌ها هدایت می‌شوند تا با هم برخورد کنند و مخلوط شوند. این طراحی برای بهبود مخلوط‌سازی مواد با ویژگی‌های متفاوت مفید است.

 

  1. نسبت طول به قطر ماردون (L/D Ratio)

  • نسبت طول به قطر بزرگ :(High L/D Ratio) این نسبت برای فرآیندهایی که نیاز به زمان بیشتر برای اختلاط و همگن‌سازی مواد دارند، مانند کامپاندینگ استفاده می‌شود. نسبت‌های بزرگ‌تر (25:1 یا بیشتر) به بهبود کیفیت اختلاط و توزیع کمک می‌کند.
  • نسبت طول به قطر کوچک :(Low L/D Ratio) برای فرآیندهایی که نیاز به زمان اقامت کمتر دارند، مانند تولید فیلم یا الیاف، از نسبت‌های کوچکتر (20:1 یا کمتر) استفاده می‌شود.

  1. المان‌های میکسینگ و پراکندگی (Mixing and Dispersing Elements)

  • دیسک‌های برشی :(Shear Discs) این دیسک‌ها برای ایجاد برش‌های بیشتر در مواد و افزایش نرخ اختلاط استفاده می‌شوند.
  • المان‌های پراکندگی :(Dispersing Elements) این المان‌ها مواد افزودنی را به طور یکنواخت در ماتریس پلیمری توزیع می‌کنند، که برای تولید محصولات با کیفیت بالا ضروری است.

  1. سرعت چرخش ماردون‌ها (Screw Speed)

  • سرعت‌های بالا: برای فرآیندهایی که نیاز به مخلوط‌سازی سریع و همگن‌سازی دارند، استفاده می‌شود. این سرعت‌ها می‌توانند نرخ برش بالاتری ایجاد کنند، اما ممکن است باعث افزایش دما و سایش شوند.
  • سرعت‌های پایین: برای فرآیندهایی که نیاز به کنترل دقیق‌تر دما و فشار دارند، مانند فرآیندهای حساس به دما، استفاده می‌شود.
  1. طراحی‌های مدولار (Modular Design)

  • مارپیچ‌های مدولار :(Modular Screw Segments): استفاده از طراحی‌های مدولار که اجازه می‌دهد قطعات مختلف ماردون بسته به نیاز فرآیند تغییر یا تنظیم شوند. این قابلیت انعطاف‌پذیری بیشتری برای تنظیم فرآیند و بهینه‌سازی برای مواد و محصولات مختلف فراهم می‌کند.

 

  1. کنترل دما در طول ماردون (Temperature Control)

  • نواحی حرارتی متعدد :(Multiple Heating Zones) طراحی ماردون با نواحی حرارتی مختلف که امکان کنترل دقیق دما در طول فرآیند را فراهم می‌کند. این امر به ویژه در فرآوری مواد حساس به حرارت یا در فرآیندهایی که نیاز به پروفایل‌های دمایی خاص دارند، حیاتی است.

 

  1. طراحی نهایی (End Section Design)

  • بخش‌های خنک‌کننده :(Cooling Zones) این بخش‌ها در انتهای ماردون قرار دارند تا دمای محصول نهایی را پیش از خروج از اکسترودر کاهش دهند.
  • سرهای نازل :(Die Heads) طراحی نازل‌ها برای کنترل دقیق جریان و شکل‌دهی نهایی محصول بر اساس نیازهای خاص.

طراحی ماردون برای اکسترودر دو پیچه یک فرآیند بسیار تخصصی است که نیازمند درک عمیق از خواص مواد، نیازهای فرآیند و محصولات نهایی است. این اصول کلی می‌توانند به عنوان راهنمایی برای طراحی موثر و بهینه‌سازی اکسترودرهای دو پیچه مورد استفاده قرار گیرند.