اکسترودر (extruder) چیست؟

فرایند اکسترود نوعی روش شکل دهی است که طی آن مواد گرانولی یا پودری  به طور مداوم به کمک نیروی حرکتی و حرارتی به سمت دای حرکت کرده و  به محصولاتی خمیری یا نواری شکل مانند فیلم، نخ، لوله، صفحه و … تبدیل می شوند. این فرایند در دستگاهی به نام اکسترودر روی می دهد.

اکستروژن شامل مجموعه ای از فعالیت هاست که به کمک تجهیزات خوراک دهی، اکسترودر، و دای  سبب شکل دهی مداوم مواد می گردد.  

اکسترودر (extruder) از یک محفظه و یک ماردون (مارپیچ) تشکیل شده است که برای تولید قطعات در اشکال گوناگون به کار می رود. از این ماشین به طور گسترده در صنایع مختلف لاستیک و پلاستیک، تولید لوله و پروفیل، مواد غذایی، خوراک دام، طیور، آبزیان و … استفاده می شود.

انواع اکسترودر

اکسترودر تک ماردون (مارپیچ)

اکسترودر جفت ماردون

اکسترودرهای تک ماردونه از انواع معروف اکسترودر هستند که در طرح های گوناگون و برای اهداف مختلف به کار می روند. اکسترودر تک ماردونه قابلیت انجام فرایند اکستروژن و بهینه سازی مصرف مواد و انرژی را دارد.

از اکسترودرهای تک ماردونه در تولید لوله های پلی انیلن و در صنعت تولید خوراک آبزیان استفاده می شود.

از جمله ویژگی های حائز اهمیت این نوع اکسترودر می توان به نسبت طول به قطر مارپیچ اشاره نمود. خروجی این دستگاه نسبت مسقیمی با نسبت طول به قطر دارد به طوری که خروجی دو اکسترودر دارای قطر یکسان اما نسبت های طول به قطر مختلف، متفاوت خواهد بود. با افزایش طول اکسترودر ظرفیت ذوب و اختلاط  آن افزایش می یابد. باید توجه داشت که با افزایش سرعت اکسترودر باید نسبت طول به قطر هم افزایش یابد. این بدان معناست که برای داشتن ظرفیت بالاتر دور مارپیچ را باید افزایش داد پس باید از نسبت طول به قطر بیشتری استفاده نمود. معمولا سرعت خروجی در اکسترودرهای تک ماردونه بیشتر از اکسترودرهای دوماردونه است اما قدرت همگن سازی کمتری دارند.

نوع پیشرفته تر اکسترودرها، اکسترودرهای دو ماردونه هستند.

ابعاد دو ماردون در این نوع لزوما یکسان نیست.  ماردون ها یا در جهت هم می چرخند و همسوگردند یا در دو جهت مخالف می چرخند و ناهمسوگردند. ظرفیت تولید اکسترودرهای دوماردون از تک ماردون با همان قطر و سرعت بیشتر است و سرعت خروجی، بازده اختلاط و حرارت تولید شده متفاوتی دارند.   

اصول کاری

انواع مختلفی از اکسترودرها طراحی و ساخته شده است که اساس کار آن ها بر عملکرد ماردون درون سیلندر استوار است که منجر به برش مواد اکسترود شده می شود.  

برای آن که حرکت مواد به سمت دای به خوبی انجام شود، ماردون باید با دیواره های داخلی سیلندر تماس داشته باشد. نوع مواد و ظرفیت اکسترودر از عوامل تعیین کننده فاصله بین نوک دنده های ماردون و دیواره داخلی سیلندر است. برای آن که مواد به طور کامل به سمت جلو و به طرف دای حرکت کنند باید اصطکاک بین مواد اکسترود شده و سطح ماردون کم و اصطکاک بین مواد اکسترود شده و جداره سیلندر زیاد باشد. در غیر این صورت، مواد اکسترود شده به همراه ماردون می چرخند و به طرف دای انتقال نمی یابند.

اجزاء

اکسترودر عمدتا از مخزن بارشکن بالای فیدر، فیدر، کاندیشنر، تیغه برش، اکسترودر، سیستم لوله و سیستم کنترل خودکار تشکیل شده است.

فیدر

فیدر عمدتاً برای ورود مواد به کاندیشنر در مقدار مشخصی استفاده می‌شود، موتور تجهیز شده از نوع موتور کنترل سرعت تبدیل فرکانس است و سرعت چرخش را می‌توان بر اساس وضعیت تولید واقعی تنظیم کرد و مخزن مجهز به درب تمیز کننده در قسمت فوقانی آن است.

 کاندیشنر استوانه ای با قطرهای متفاوت

دبل کاندیشنر

کاندیشنرسه قلو

کاندیشنر از فولاد ضد زنگ کامل ساخته شده است و عمدتا از یاتاقان ها، محفظه، پاروهای بلند، شفت کند، پاروهای کوتاه، شفت تند و دستگاه های پشتیبان محرک تشکیل شده است. ویژگی های اصلی به شرح زیر است:

دو شفت همزن با قطرها و سرعت چرخش متفاوت مواد را از طریق حرکت تلاقی برگشتی هم می‌زند، راندمان هم زدن خوب است و مواد، بخار، آب یا مایعات دیگر را به اندازه کافی می‌توان مخلوط کرد. از محفظه ای با حجم زیاد استفاده می‌شود تا بتوان مواد را به مدت کافی تحت دما و محتوای رطوبت معینی در کاندیشنر نگه داشت تا مواد عمل آیند.

مزایای کاندیشنینگ:

•  بهبود ظرفیت تولید
• پخت نسبی مواد با بخار
• کاهش انرژی مکانیکی مورد نیاز برای گرم کردن محصولات تا رسیدن به حداکثر دما
• افزایش قابلیت شکل دهی
• بهبود محتوای آب مواد
• بهبود کیفیت نهایی محصولات
• بهبود جذب محصول
•  

ماشین اکسترود

ماشین اکسترودینگ جزء اصلی اکسترودر است و از موتور اصلی، پایه، جعبه دنده کاهشی، بای پس، تکیه گاه، محفظه انبساط، و دستگاه تخلیه تشکیل شده است.

دستگاه برش

دستگاه برش از تیغه برش و درایو دور متغیر تشکیل شده است. طول جسمی که باید برش داده شود از طریق تنظیم سرعت چرخش چاقوی برش کنترل می‌شود. یک موتور کنترل سرعت با فرکانس متغیر برای درایو دور متغیر به کار می‌رود، میله تیغه برش، تیغه های برش را به چرخش در می‌آورد.

انواع تیغه برش :

• تیغه ضخیم  برای برش مواد منبسط شونده با اندازه بزرگ (قطر بیش از ۲ میلی متر است)
• تیغه نازک الاستیک برای برش مواد منبسط شونده با اندازه کوچک (قطر بیش از ۲ میلی متر نیست)

مجموعه تخلیه ماشین اکسترودر

•  مجموعه صفحه دای
• ونتوری
• حلقه تنظیم فشار

مواد اکسترود شده و عمل‌آوری شده در محفظه اکسترودر باید از طریق یک دستگاه تخلیه شکل بگیرند. دستگاه تخلیه عمدتاً برای محدودسازی جریان مواد برای ایجاد فشار مورد نیاز جهت انبساط مواد در انتهای محفظه انبساط استفاده می‌شود. ساختار دستگاه تخلیه و انتخاب قالب می‌تواند به طور مستقیم کیفیت مواد را تحت تاثیر قرار دهد.

ونتوری از یک جهت می‌تواند نیروی بازدارنده در انتهای محفظه انبساط را افزایش دهد، یعنی افزایش فشار مواد در محفظه انبساط و از جهت دیگر، می‌تواند جریان مواد اکسترود شده از محفظه انبساط را که به طور نابرابر در تمام سطح انتهایی پخش می‌شود، تصحیح کند تا به طور یکنواخت روی صفحه دای متصل به ونتوری توزیع شود، به طوری که بتوان مواد را به طور یکنواخت از سوراخ های متعدد صفحه دای اکسترود کرد.