چگونگی ارزیابی و کنترل فشار کلگی در اکسترودرها

بسپار / ایران پلیمر شما حق دارید نگران دمای مذاب باشید، اما فشار کلگی (head pressure) را نادیده نگیرید، زیرا هر دو بهم ربط دارند و بر عملکرد خط تاثیر خواهند گذاشت.

به نظر نمی رسد فشار کلگی دغدغه ای برای فرایندکاران رانشگری (اکستروژن) باشد، در حالی که دمای مذاب مسئله ای است که همیشه آن  ها را نگران می کند. اما آن ها بهم وابسته هستند. دمای مذاب در تخلیه باز (open discharge)، تابع رانشگر است که با طراحی ماردان، سرعت ماردان، نسبت L/D، خواص بسپار، وضعیت ماردان و سیلندر و کارایی سامانه گرمایشی/ سرمایشیِ سیلندر کنترل می شود. این دما، مبنایی می شود که می تواند تنها با تغییر یک یا چند متغیر رانشگر تغییر کند.
هنگامی که فشار کلگی به انتهای رانشگر اعمال می شود، دمای مذاب با افزایش فشار به طور غیرخطی از دمای مبنا افزایش می-یابد. این به خاطر تاثیر آبشاری (cascading) جریان فشاری ماردان است که با افزایش فشار کلگی باعث کاهش برونداد می-شود. چنان چه ماردان با کاهش برونداد هم چنان به چرخش ادامه دهد، انرژی از طریق تنش برشی اعمال شده به بسپار افزایش می-یابد. افزایش انرژی ورودی منجر به افزایش دمای مذاب و کاهش گرانروی بسپار، افزایش بیشتر جریان فشاری و کاهش بیشتر برونداد می شود.
بنابراین، دمای مذاب به فشار کلگی وابسته است و موجب کاهش برونداد، نیاز به توان بیشتر، سرمایش بیشتر تجهیزات پایین-جریان و حتی تخریب خواص بسپار می شود. در نتیجه، هزینه تولید افزایش می یابد. این مسئله، به راحتی قابل تشخیص و اصلاح است.
پمپ مذاب می تواند اثر فشار کلگی را بکاهد چنان که با فشاری بسیار کمتر از حداکثر فشار کلگی ماشین کار کند. با این حال، در بسیاری از فرایندها به دلیل حضور مواد پرکننده و امکان تخریب بسپار و ایجاد آلودگی نمی¬توان از پمپ مذاب استفاده کرد. در چنین مواردی، طراحی تجهیزات پایین جریان برای عملکرد و سودآوری خط اهمیت دارد. متاسفانه، اغلب هیچ توجهی به اثرات فشار کلگی بر انتخاب تجهیزات پایین جریان و اثر آن بر کل فرایند نمی شود.
فشار کلگی می تواند به طور دقیق تخمین زده شود و با طراحی مناسب کنترل شود. کنترل آن عمدتا ساده است، مثلا از طریق محدود کردن طول رابط ها (adapters) و مسیرهای جریان، اندازه مناسب تعویض گر توری (screen changer)، طراحی ریژه (دای) خاص با توجه به خواص بسپار، اندازه مناسب تمام کانال های جریان برای برونداد مورد انتظار و گرمایش مناسب اجزای پایین-جریان.
ساده ترین شکل مسیر های جریان عبارتند از صورت های گرد، تخت (slit) و النگویی (annulus). تقریبی ساده برای محاسبه هر یک از این شکل ها وجود دارد. با استفاده از معادلات نیوتنی برای هر شکل، می توانید برآورد خوبی از فشار کلگی داشته باشید (جدول 1 و شکل 1 را ببینید). برای این منظور، نیاز به تعیین گرانروی از منحنی آهنگ برشی/ گرانروی برای بسپار در دمای مناسب است. در تجزیه و تحلیل نیوتنی، برخی از اثرات گرانروکشسان (ویسکوالاستیک) مانند گرمایش گرانرو (viscous heating) در اثر دیواره و ورودی (entrance) نادیده گرفته شده است. آهنگ برشی باید محاسبه شود و سپس با استفاده از منحنی آهنگ برشی/ گرانروی در دمای فرایند، مقدار گرانروی صحیح به دست آید. در نتیجه، این ها مقادیر تقریبی هستند که برای انتخاب تجهیزات مناسب هستند و تاثیر متغیرهای مهم را برای کسب اطلاعات فرایندکار برای تجزیه و تحلیل بدون استفاده از یک تحلیلگر دقیق رایانه ای نشان می دهند.

 

 

چگونگی ارزیابی و کنترل فشار کلگی
برگردان: دکتر فاطمه خودکار
[email protected]

 

 

(ادامه دارد …)

 

متن کامل این مقاله را که در شماره   203 بسپار در نیمه  شهریورماه  منتشر شده است، بخوانید.

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های 02177523553 و 02177533158 داخلی 3 سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق فیدیبو قابل دسترسی است