چه عواملی باعث ناهمواری اکستروژن در دستگاه‌های اکستروژن پلاستیک برای نوارهای شکست حرارتی می‌شوند؟

عدم تعادل حرارتی در دستگاه اکستروژن پلاستیک

گرادیان‌های دمایی محوری و شعاعی که همگنی مذاب را مختل می‌کنند

تفاوت‌های دمایی در طول مانع همراه با نوسانات عرضی منجر به نامنظمی در ویسکوزیته پلیمر می‌شود که این امر یکنواختی ذوب لازم برای نوارهای شکست حرارتی خوب را به هم می‌ریزد. وقتی منطقه تغذیه بیش از حد سرد شود، فرآیند ذوب کند می‌شود. در همین حال، اگر بخش اندازه‌گیری دمای بالایی داشته باشد، زنجیرهای پلیمری شروع به تخریب حرارتی می‌کنند. این گرادیان‌های دمایی باعث بروز انواع مشکلاتی از جمله نرخ جریان نامنظم، رشته‌هایی با ضخامت متفاوت و امواج سطحی آزاردهنده‌ای می‌شوند که همه از آن متنفرند. طبق برخی داده‌های صنعتی موجود، حتی نوسانات کوچک دمایی در حدود ۵ درجه سانتی‌گراد می‌توانند نوسانات ویسکوزیته را تقریباً ۳۰ درصد افزایش داده و قطعات را از نظر ابعادی ناپایدار کنند. تولیدکنندگان دریافته‌اند که سرمایه‌گذاری در سیستم‌های گرمایشی دقیق چندمنطقه‌ای همراه با بازرسی‌های منظم از عایق‌بندی مانع، بیشتر اوقات به کنترل این تفاوت‌های دمایی مشکل‌ساز کمک می‌کند.

لکه‌های سرد و مناطق داغ که باعث برش و جدایش جریان موضعی می‌شوند

هنگامی که تفاوت‌های دمایی در سطح ناحیه فرآوری وجود داشته باشد، سطوح مختلفی از ویسکوزیته ایجاد می‌شود که منجر به نقاط تمرکز تنش برشی می‌گردد جایی که مواد با سرعت‌های متفاوت حرکت می‌کنند. مناطق سرد اطراف دهانه تغذیه مقاومت بیشتری ایجاد می‌کنند و باعث می‌شوند پلیمرها بیش از حد لازم به دیواره‌های مخزن بچسبند. در همین حال، مناطق گرم‌تر نزدیک قالب‌ها ویسکوزیته را به‌صورت محلی کاهش می‌دهند و مواد را پیش از آماده‌شدن به‌سرعت به جلو هل می‌دهند. این عدم تعادل‌ها منجر به الگوهای جریان مارپیچ در داخل سیستم، جدایش لایه‌های مواد در مرزهای تماس و در نهایت اتصال ضعیف در طول خطوط اتصال در محصولات تولیدشده از روش اکسترود می‌شود. دوربین‌های حرارتی نشان می‌دهند که این تغییرات جزئی دما در تجهیزاتی که با خوانش نامناسب ترموکوپل یا المنت‌های قدیمی گرمایشی مواجه هستند، می‌تواند تا ۱۵ تا ۲۰ درجه سانتی‌گراد متفاوت باشد. برای اینکه فرآیند تولید در حین ساخت شکست حرارتی به‌خوبی پیش برود، اپراتورهای کارخانه باید به‌طور منظم سنسورهای خود را بررسی کنند و سرعت پیچ‌ها را بر اساس پروفایل‌های حرارتی تنظیم نمایند. رعایت این امر از آن جدایش‌های آزاردهنده جریان که کیفیت محصول را تحت تأثیر قرار می‌دهند، جلوگیری می‌کند.

ناپایداری‌های مرتبط با مواد که بر یکنواختی اکستروژن تأثیر می‌گذارند

جذب رطوبت و افزایش ناگهانی ناشی از بخار در مواد اولیه هیگروسکوپیک (به عنوان مثال، PA66-GF25)

موادی مانند رزین‌های جاذب رطوبت از جمله PA66-GF25 تمایل دارند که هنگام نگهداری یا دستکاری قبل از شروع فرآیند، رطوبت را از هوا جذب کنند. پس از اینکه این مواد در داخل اکسترودر به دمای بالای ۲۲۰ درجه سانتی‌گراد برسند، هرگونه رطوبت پنهان تقریباً بلافاصله به بخار تبدیل می‌شود و باعث ایجاد نوسانات ناگهانی فشار می‌گردد که ممکن است از ۱۵ مگاپاسکال فراتر رود. این انبساط سریع، بر یکنواختی جریان ماده مذاب تأثیر می‌گذارد و منجر به نوسانات در خروجی تولید و ایجاد نوارهای شکست حرارتی با ابعاد نامنظم در طول آنها می‌شود. برای جلوگیری از این مشکل، تولیدکنندگان باید گرانول‌های رزین را قبل از شروع اکستروژن تا حدود ۰٫۲ درصد یا کمتر از رطوبت خشک کنند. آزمایش‌های منظم با روش‌هایی مانند تیتراسیون کارل فیشر به تأیید سطح مناسب خشک‌کردن کمک می‌کند که این امر به نوبه خود ویسکوزیته یکنواخت ماده را در کل فرآیند حفظ کرده و جریان مذاب یکنواخت‌تری در تمام دسته‌های تولیدی فراهم می‌کند.

ذرات نذوب و جریان لایه‌ای که باعث خطوط مارپیچ و لایه‌لایه شدن می‌شوند

هنگامی که فرآیند ذوب به طور کامل انجام نمی‌شود، ذرات جامدی باقی می‌مانند که به دلیل نحوه تعامل حرارت و فشار، تمایل دارند به سمت قسمت‌های سردتر دیواره قالب حرکت کنند و آنچه را که ما جریان لایه‌ای می‌نامیم ایجاد کنند. آنچه پس از این اتفاق می‌افتد زمانی کاملاً آشکار می‌شود که به محصول نهایی نگاه کنیم — این خطوط مارپیچ روی سطح هر آنچه اکسترود شده، دیده می‌شوند. اگر مواد خیلی سریع سرد شوند، این لایه‌ها در محل اتصالاتشان شروع به جدا شدن می‌کنند. بر اساس آزمون‌های انجام شده مطابق استاندارد ASTM D638، این جدایی می‌تواند مقاومت نوارهای شکست حرارتی کامپوزیتی را بین ۴۰ تا ۶۰ درصد کاهش دهد. خبر خوب این است که تولیدکنندگان می‌توانند این مشکل را با تنظیم شکل پیچ‌های مورد استفاده در فرآیند پردازش، به منظور بهبود عملکرد ذوب و حفظ دمای یکنواخت در هر دو محور، رفع کنند. دستیابی به این تنظیم صحیح به معنای وجود ذرات مشکل‌ساز کمتر و اختلاط مناسب‌تر در سراسر ماده است.

نقایص مکانیکی و عملیاتی در ماشین اکسترودر پلاستیک

سایش مارپیچ، تخریب هلیکس و ناسازگاری جریان مذاب

مارپیچ‌ها با گذشت زمان در اثر ورود مواد ساینده و ناخالصی به سیستم فرسوده می‌شوند. این فرسایش تدریجی شکل هلیکس را تغییر می‌دهد و حرکت صحیح مواد را دشوار می‌کند. هنگامی که سایش به حد بالایی برسد، انتقال گرما در فرآیند آسیب می‌بیند. برخی نقاط ممکن است خیلی سرد شوند در حالی که نقاط دیگر به نقاط داغ خطرناک تبدیل می‌شوند، که منجر به ایجاد علائم ناخوشایند روی سطح و نتایج نامنظم در ذوب شدن می‌شود. اکثر کارخانه‌ها هر 500 ساعت کارکرد از ماشین، بررسی‌های دقیق با میکرومتر انجام می‌دهند تا مشکلات قبل از تشدید شناسایی شوند. استفاده از مارپیچ‌های ساخته شده از فولاد سخت‌کاری شده به جای آلیاژهای معمولی در برخی موارد می‌تواند طول عمر را دو برابر کند، کیفیت مذاب را ثابت نگه دارد و توقف‌های غیرمنتظره و آزاردهنده که زمان تولید را هدر می‌دهند را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

عدم همترازی قالب و عدم تطابق سرعت کشش و اکستروژن منجر به تغییر ضخامت دیواره می‌شود

هنگامی که قالب‌ها ناهمتراز می‌شوند، جریان مذاب به‌صورت نامساوی منحرف می‌گردد. در عین حال، اگر عدم تطابقی بین سرعت‌های کشش و اکستروژن وجود داشته باشد، این موضوع می‌تواند قسمت میانی پروفیل را کشیده یا فشرده کند. این مشکلات با هم تمایل دارند تا باعث تغییراتی در ضخامت دیواره شوند که از محدوده مثبت و منفی 5٪ در نوارهای شکست حرارتی فراتر می‌رود. خوشبختانه استفاده از ابزارهای همترازسازی لیزری همراه با سیستم‌های محرکه به‌درستی همزمان‌سازی‌شده می‌تواند این انحرافات را به کمتر از 1٪ کاهش دهد. بیشتر تولیدکنندگان تشخیص می‌دهند که بهتر است بازبینی‌های کالیبراسیون منظم را حدود هر 50 چرخه تولید انجام دهند. آن‌ها معمولاً این کالیبراسیون‌ها را با استفاده از اندازه‌گیری‌های اولتراسونیک ضخامت دیواره تأیید می‌کنند. این رویکرد ابعاد را در محدوده‌های قابل قبول نگه می‌دارد و به مرور زمان ضایعات مواد را به‌طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.