يلعب شكل وتصميم المسامير دورًا كبيرًا في تحديد مدى جودة انصهار المواد وما نوع المنتجات التي تخرج من ماكينات البثق أحادية المسمار. فهناك عوامل مثل الملعب، وعمق القنوات المقطوعة، والأجزاء الخاصة بالخلط التي تؤثر جميعها على سلوك البوليمرات أثناء المعالجة. وعند الحديث عن القنوات الضحلة في منطقة الضغط، فإنها تولد قوة قص أكبر، مما يساعد على تسريع عملية الانصهار. أما القنوات الأعمق في قسم التغذية، فهي تساعد فعليًا في دفع المواد الصلبة على نحو أفضل. وفيما يتعلق بالخلط، فإن الأقسام المزودة بتصميمات مسننة أو حلقات بارزة تُحسّن بشكل كبير من خصائص الخلط التوزيعي. ووفقًا لبعض الأبحاث الصناعية التي أجراها بونيمون في عام 2023، يمكن أن يؤدي ذلك إلى تقليل الفروق في درجات الحرارة بنسبة تصل إلى حوالي 12٪ عند إنتاج شرائط العزل الحراري. وتميل المسامير المزودة بكتل عجن متداخلة إلى تحقيق تجانس في المادة بنسبة 92٪، في حين أن الأنظمة العادية تصل فقط إلى حوالي 78٪. وهذا يُحدث فرقًا حقيقيًا في منع الجسور الحرارية المزعجة في المقاطع النهائية.
تلعب نسبة الطول إلى القطر (L/D) دورًا كبيرًا في عدة مجالات رئيسية، منها مدة بقاء المادة داخل النظام، واستقرار الانصهار أثناء المعالجة، والاستهلاك الكلي للطاقة. عند مقارنة الأنظمة ذات نسب L/D التي تزيد عن 30:1 بتلك التي تبلغ حوالي 20:1، نلاحظ أن أزمنة الإقامة تزداد فعليًا بنسبة نحو 40%. يتيح هذا الوقت الإضافي انصهار المواد الصعبة بشكل مناسب مثل PA66، والتي تتطلب عملية تبليط كاملة قبل المعالجة. لكن تجاوز النسبة 40:1 يبدأ في التسبب بتكاليف إضافية من حيث استهلاك الطاقة، حيث تزداد عادةً الاستهلاكية بنحو 18% دون تحقيق تحسن كبير في تجانس المادة. يرى معظم الخبراء في القطاع أن النطاق الأمثل يقع بين 28:1 و32:1 بالنسبة لتطبيقات الفواصل الحرارية. عند هذه النسب، يمكن للمصنّعين إدارة مخاطر تدهور المادة مع الحفاظ على أهداف الإنتاج التي تتراوح عادةً بين 120 و150 كيلوغرامًا في الساعة.
يزداد كمية الإنتاج مع مربع حجم المسمار فعليًا. انظر إلى الأرقام: يمكن أن يُنتج مسمار قطره 120 مم حوالي 2.6 مرة ما ينتجه مسمار قطره 90 مم في كل دورة. كما أن المسامير الأكبر حجمًا تعني إنتاج المزيد من المواد بشكل أسرع أيضًا (حوالي 280 كغ في الساعة مقارنة بـ 170 كغ فقط عند التحول من 100 مم إلى 80 مم). لكن هناك عيبًا هنا. فكلما زاد حجم المسمار، قلّت قوة القص التي يولدها، وتتراوح هذه النسبة بين انخفاض يتراوح بين 30% و40%. وقد يؤثر ذلك على درجة تجانس خلط المكونات معًا. إذًا، فإن اختيار الحجم المناسب يعتمد حقًا على نوع المادة التي نتعامل معها. بالنسبة للمواد السائلة مثل PVC، يجد معظم الناس أن المدى من 90 إلى 110 مم يعمل بشكل جيد جدًا. أما المواد السميكة مثل TPUs فتحتاج إلى حجم أصغر، عادة ما بين 60 و80 مم، لضمان حصولها على قدر كافٍ من الخلط حتى تنتشر المكونات بشكل مناسب.
إن ضبط مناطق درجة الحرارة بشكل صحيح على طول الأسطوانة هو ما يتحكم في كيفية تدفق البوليمرات عند تصنيع شرائط العزل الحراري. في منطقة التغذية، فإن الحفاظ على درجات الحرارة أقل من النقطة التي تُعرف بدرجة انتقال الزجاج يساعد في دمج المادة دون أن تنصهر مبكرًا. وعندما تنتقل المادة إلى منطقة الضغط، نقوم بتطبيق تسخين مضبوط يتراوح عادةً بين 170 و190 درجة مئوية بالنسبة للمواد القائمة على PA66. وهذا يؤدي إلى خفض اللزوجة بحيث تمتزج المكونات بشكل مناسب. ثم تأتي مرحلة قياس الكمية، حيث يتم تحقيق توازن بين الحرارة الناتجة عن القص وأي حرارة إضافية نضيفها. ويحافظ هذا التوازن على استقرار التدفق، وهو أمر بالغ الأهمية إذا أردنا الالتزام بالتسامحات الدقيقة في الأبعاد ضمن حدود ±1.5 بالمئة. وقد أظهرت بعض الأبحاث المنشورة في العام الماضي أن نحو ثلثي مشكلات البثق تنجم فعليًا عن تدرجات حرارية غير سليمة. ومن هنا يُفهم سبب استثمار العديد من المصانع حاليًا في أنظمة لمراقبة هذه الظروف في الوقت الفعلي.
عند العمل مع شرائط كسر العزل الحراري PA66 GF25، فإن ضبط ملفات التشكيل بشكل صحيح يُحدث فرقًا كبيرًا في تعظيم الإنتاج مع الحفاظ على الخصائص الميكانيكية سليمة. يجب أن تبقى مناطق التغذية عند حوالي 160 إلى 170 درجة مئوية لمنع حدوث مشكلات الانسداد. أما مناطق الضغط فهي أكثر تعقيدًا - ويجب أن تتراوح بين 185 و200 درجة مئوية للتعامل بشكل مناسب مع التغير الصعب في البلورية بنسبة 85%. ثم تستقر مناطق القياس عند حوالي 190 إلى 205 درجات، مما يساعد في الحفاظ على ضغوط الصهارة بين 25 و35 ميجا باسكال، بحيث يتدفق كل شيء بشكل متسق عبر القالب. تُظهر بعض الأرقام الصناعية المثيرة للاهتمام وجود علاقة قوية فعلًا بين دقة الحفاظ على درجات حرارة منطقة الضغط ضمن هامش زائد أو ناقص درجتين مئويتين، وبين اتساق قيمة R الناتجة. وإليك ملاحظة جديرة بالاعتبار للمصنّعين الذين يسعون لتقليل التكاليف: يمكن لهذا المستوى من الدقة أن يقلل استهلاك الطاقة بنحو 18% مقارنةً بأنظمة الباثق القديمة، وذلك وفقًا لدراسات حديثة في معالجة البوليمرات من أوائل عام 2024.
يمكن أن يؤدي تجاوز النطاق المثالي لدرجة الحرارة بمجرد 10 إلى 15 درجة مئوية إلى حدوث مشكلات خطيرة في مواد الكسر الحراري، حيث يُسرّع من عمليات انقسام السلسلة (chain scission)، مما يقلل في النهاية من قوة التأثير بنسبة تقارب 40 بالمئة وفقًا للمواصفات القياسية ASTM D256-23. وتستخدم المعدات الحديثة الآن أنظمة تبريد مغلقة الدائرة تستجيب في أقل من نصف ثانية لمشاكل تسخين القص. وتساعد الجاكتات المبردة الموضوعة بشكل استراتيجي في المناطق التي تكون فيها قوى القص أعلى على الحفاظ على درجات حرارة المصهور بحيث لا تزيد عن 5 درجات عن الإعدادات المستهدفة، وهو أمر بالغ الأهمية للحفاظ على الخصائص المانعة للاشتعال، وخاصة عند التعامل مع المركبات الخالية من الهالوجين. وقد أظهرت الاختبارات الميدانية أنه عندما يجمع المصنعون بين أساليب التسخين الخاضعة للتحكم بواسطة نظام PID والتعديلات على معايير سرعة المسمار اللولبي، فإنهم يلاحظون انخفاضًا يبلغ نحو الثلثين في معدلات التدهور الحراري، مع الاستمرار في إدارة إنتاج بكميات تصل إلى حوالي 85 كيلوغرامًا في الساعة.
تؤثر سرعة المسمار بشكل كبير على كمية الإنتاج، وعمومًا يزداد الإنتاج بشكل منتظم نسبيًا عند التشغيل بسرع منخفضة (لكل دورة في الدقيقة). ولكن بمجرد تجاوز السرعة حوالي 70 دورة في الدقيقة، تصبح الأمور أكثر تعقيدًا. فإذا قام أحد بمضاعفة السرعة من 50 إلى 100 دورة في الدقيقة، فسيلاحظ أن الإنتاج يزداد فقط بنسبة حوالي 65%. والأمر الأسوأ هو أن التقلبات في درجة الحرارة تصبح كبيرة جدًا في هذه الحالة، أحيانًا تتجاوز 40 درجة مئوية بسبب الاحتكاك الذائد والانصهار الجزئي الذي يحدث داخليًا. بالنسبة لأي شخص يعمل على هذه العمليات يوميًا، فإن مطابقة أرقام الدورات مع نوع المادة التي تُعالج تصبح أمرًا بالغ الأهمية. خذ على سبيل المثال مادة البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE)، وهي إحدى البلاستيكات شبه البلورية. تتطلب هذه المواد سرعات أبطأ بنسبة 15 إلى 20 بالمئة تقريبًا مقارنةً بمادة غير بلورية مثل ABS، إذا أردنا الحفاظ على تماسك التكسر الحراري طوال دفعات الإنتاج.
إن طريقة تصرف البوليمرات من حيث سماكتها ومرونتها تمثل تأثيرًا كبيرًا على مدى تراكم الضغط أثناء المعالجة، وعلى الحفاظ على اتساق التدفق طوال العملية. ووفقًا لبحث أجرته آبيكون وزملاؤه عام 2020، يمكن للمواد التي تصبح أنحف تحت تأثير الإجهاد أن تقلل من استهلاك الطاقة بنسبة تقارب 18 في المئة مقارنة بالسوائل النيوتونية التقليدية. وعند التعامل مع مادة PVC المعدلة ذات المطاطية العالية في حالة الانصهار، نلاحظ عادةً زيادة في انتفاخ القالب (die swell) تتراوح بين 30 إلى 40 في المئة. وهذا يعني أن المشغلين بحاجة إلى إدارة سرعة المسمار بدقة إذا أرادوا الحصول على قطع تفي بالمواصفات الأبعادية. وغالبًا ما تحدث مشكلات في استقرار التدفق مثل كسر الانصهار (melt fracture) عندما يتجاوز إجهاد القص الجداري حوالي 0.25 ميجا باسكال. ولتجنب هذه المشكلات والحفاظ على سير الإنتاج بسلاسة، يجب على الشركات المصنعة إيلاء اهتمام دقيق لتصميم مناطق الانضغاط في معداتهم.
تؤثر اختلافات التوصيل الحراري في المضافات تأثيرًا كبيرًا على طريقة انتقال الحرارة عبر المواد. فالألياف الزجاجية تمتلك نطاقًا منخفضًا نسبيًا للتوصيلية يتراوح حول 0.8 إلى 1.2 واط/متر كلفن مقارنة بقيمة كربونات الكالسيوم الأعلى والتي تبلغ حوالي 2.6 واط/متر كلفن. ويؤدي هذا الفرق إلى تغيير طريقة انتقال الحرارة خلال البراميل بنسبة تتراوح بين 22 إلى 35 بالمئة تقريبًا. أما بالنسبة لبولي أميد 66، فإن سعته الحرارية النوعية المنخفضة نسبيًا البالغة 1.7 كيلوجول لكل كيلوغرام كلفن تعني أنه ينصهر بسرعة أثناء المعالجة. لكن هذه الخاصية نفسها تجعله عرضة للتحلل بمجرد تجاوز درجات الحرارة 295 درجة مئوية، وبالتالي يحتاج المشغلون إلى الحفاظ على تحكم دقيق في درجات الحرارة ضمن هامش زائد أو ناقص درجتين. في الواقع، تنبع معظم المشكلات التي تظهر في عمليات البثق من معدلات تبريد غير كافية. وتُظهر الدراسات أن أكثر من ثلثي جميع العيوب ناتجة عن تبريد لا يتماشى مع سرعة تبلور المادة، مما يؤدي إلى مشكلات الانحناء التي تكون واضحة بوجه خاص في تطبيقات شرائط الكسر الحراري.
أخبار ساخنة
تتخصص بوليويل في شرائط العزل الحراري PA66 ، وتقدم حبيبات بولياميد ، وشركات التطويق ، والقوالب ، وآلات التلف ، وخدمات تخصيص شاملة من نقطة واحدة.
مدينة جينفينغ، مدينة تشانغجياганغ، مدينة سوزهو، مقاطعة جيانغسو، الصين
حقوق النشر © 2024 شركة سوزهو بوليويل للبلاستيك الهندسي المحدودة سياسة الخصوصية
EN
