مکانیزم اکستروژن (تزریق) گل و ساختمان اکسترودر

 اکستروژن یا تزریق عبارت است از شکل دادن یک ماده پلاستیک چسبنده به داخل یک راهگاه، که به عنوان قالب از آن تعبیر می شود. بدین ترتیب، یک شمش ماده شکل یافته ممتد، با مقطع یکسان به دست خواهد آمد که می توان آن شمش تولیدی را به قطعات معین تقسیم نمود.

عامل خاصیت شکل گیری، رس، چسب آلی و یا ترکیبی از این دو است.

 اکستروژن یک تکنیک تولیدی موثر برای شکل دادن اشیاء است که با آن می توان قطعاتی را از جهت وزن تا یک تن و یا تا حدود 1/0 گرم تولید نمود،

ترکیب مواد اکسترود شده می تواند اکسیدها، سرامیک های غیر اکسیدی مثل کاربایدها و نیترایدها باشد.

تولیدات مواد سنتی مثل آجر و کاشی، دیرگدازها، لوله ها، رولرهای کوره های تونلی، تیوب های مبدلهای حرارتی سیلیکون کاربایدی و ابزارهای کوره ای، عایق های پرسلان الکتریکی، مگنت ها و پایه های الکتریکی، مگنت ها و پایه های الکترونیکی، ساپورتهای کاتالیستی سلولی که به شکل لانه زنبوری برای تبدیل گاز Co به Co2 در اگزوز اتومبیلها قرار می گیرد، همه و همه تولیدات اکسترودی است. همچنین تولیدات اکسترودی با ضخامت کمتر از 1 میلی متر را می توان از این طریق به دست آورد.

 امروزه برای تولید الکترودهای گرافیتی از اکسترودرهای با جداره داغ استفاده می شود. دستگاه های اکسترودر دو نوع است: پیستونی و حلزونی. در هر نوع هم تنوع زیادی وجود دارد.

دستگاه اکسترودر شامل بخش های ذیل است:

1- قسمت تغذیه مواداولیه

2- قسمت یکسان سازی سیال و مواد

3- قسمت خروج هوا و ایجاد وکیوم

4- قسمت حلزونی و گل کوبها

5- بخش تزریق(شامل حدوقالب و به دنبال آن خروج شمش )

عیوب اکستروژن

در جریان تولید مواد از اکسترودر، یک دسته از عیوب در آنها ممکن است به وجود آید که شامل موارد زیر می باشند:

1- پاره گی لبه های سطحی

2- عیب لایه لایه شدن

3- جهت یابی ترجیهی ذرات

4- جدایش دانه ها

پاره گی سطح لبه ها می تواند مربوط به:

الف- از ماسه های درشت استفاده شده باشد.

ب- درصد ماسه بکار برده شده بیش از حد مجاز باشد.

ج- خاک رسی ما پلاستیسیتی کافی نداشته باشد.

د- درصد رطوبت گل کم شده باشد.

برای حل این مشکل، راههای زیر پیشنهاد می شود:

1- ماسه های با نرمی بیشتر استفاده شود.

2- درصد ماسه را کم کرد.

3- افزودن مواد کمکی چسبندگی گل را بهبود بخشید.

4- درصد رطوبت گل را افزایش داد.

5- با استفاده از مواد روانساز اصطکاک گل را در قالب کم کرد.

لایه لایه شدن

اصولاً، عملکرد اکسترودرهای حلزونی، ایجاد حالت لایه لایه ای است. اما انتخاب مواد رسی و نیز طراحی قالب بایستی به گونه ای باشد که موضوع لایه دار شدن گل را منتفی سازد.

عیب خارجی را میتوان به طور کامل در اثر کوبیدگی گل برطرف کردولی نتیجه آن ایجاد نقاط ضعیف می شود که در جریان عمل خشک شدن یا پخت و یا یخ زدگی در تولیدات باعث ترک می گردد.

برطرف کردن ترک های لایه لایه بودن با بهبود کیفیت خشک شدن قابل اغماض است و همچنین آنها را به طریق طراحی قالب، جهت بهبود کیفیت کوفتن گل در داخل اکسترودر می توان برطرف نمود.

 جهت یابی ذرات

فرایند اکستروژن باعث می شود ذرات رس جهت یابی کرده و در جهت بیرون آمدن به موازات یکدیگر قرار گیرند،

این جهت یابی سبب انقباض بیشتر مواد در جهت عمود بر حرکت شمش گل است. در این صورت حالت لایه لایه شدنی پیش می آید که عمود بر حرکت گل است.

جدایش دانه ها و آب

دانه بندی مواد اکسترود شده سطحی، از مواد اکسترود شده عمقی، در یک شمش گل متفاوت است. سطح شمش گل دانه های ریزتر و عمق شمش دانه های درشت تری را در بردارند، در عوض سطح شمش آب بیشتر و عمق، آب کمتری دارد این نایکنواختی توزیع دانه ها و آب سبب می شود که سطح، انقباض بیشتری از عمق داشته باشد.

اگر پلاستیسیتی گل به قدر کافی باشد، اما یک طرف قالب اصطکاک بیشتری داشته باشد، شمش گل به سمت طرفی که اصطکاک بیشتر دارد خم می شود.

 خم شدن شمش گل از دهانه اکسترودر

روش های متعددی جهت افزایش کیفیت عمل اکستروژن و قابل دید نمودن وضعیت عیوب قبل از پخت و خشک شدن وجود دارد.

 موقعی که یک گل اکسترود شده را یخ بزنید، انبساط آب یخ زده باعث می شود که ساختار لایه ای آن خود را نمایش دهد. این تکنیک، اطلاعاتی است. اما باید متوجه بود که موادی که اینگونه ترکها را بوجود می آورد ممکن است در شرایط خشک کردن و پخت معمولی، چنین عیوبی را سبب شود.

یک گل با چسبندگی کم در هنگام خروج از دهانه اکسترودر پاره می شود زیرا چسبندگی ذرات آن به قالب بیشتر از چسبندگی آن ذرات به خودش می باشد.

هرچقدر چسبندگی گل کم باشد، عیوب سطحی گل هم بیشتر می شود. چسبندگی را می توان با افزایش مقدار مواد کلوئیدی و نیز کاهش مقدار آب و اضافه کردن مواد چسبی آلی و یا دی فلوکولانت ها(مواد روانساز شیمیایی) اضافه کرد. چسبندگی گل را با اضافه کردن شاموت، ماسه و یا سایر مواد غیر شکل پذیر می توان کاهش داد.

تنش پلاستیک

میزان تنش پلاستیک نشان می دهد که چقدر می توان قبل از آنکه قطعه رسی ترک بردارد قطعه شکل یافته را خم کرد و یا کشید.

 اصولاً تنش پلاستیک نشانه رفتار لایه لایه بودن قطعه است. هر چقدر مقدار تنش پلاستیک بیشتر باشد، به منزله بیشتر بودن جابجایی گل و روی هم غلتیدن مواد رسی توسط چرخش حلزون است.

اصولاً نه مقادیر بسیار زیاد تنش پلاستیک می تواند جنس سالم بدهد و نه مقادیر خیلی کم آن. مقدار کم تنش پلاستیک سبب بریدگی سطح و لبه ها می شود. و عیب دندان سگی را به وجود می آورد.

مواد خام را نمی توان به گونه ای انتخاب کرد که بسیار پلاستیک باشند و یا به مقدار زیاد مواد ماسه گون داشته باشند. در مواردی که تنش پلاستیک مواد اولیه کم است، می توان با اضافه کردن مواد پلاستی سایزر مثل بنتونیت مقدار چسبندگی را افزود .

در مواردی که تنش پلاستیک زیاد باشد، می توان به گل، مواد غیرپلاستیک با دانه بندی در محدوده ماسه افزود . از این طریق تنش پلاستیک را کاهش داد. پایین بودن تنش پلاستیک چسبندگی مواد را پایین می آورد و در نتیجه، بریدگی سطحی و لبه ها حاصل می شود اما این وضعیت که هم دارای تنش کششی است و هم دارای تنش فشاری، در مجموع بهتر جواب می دهد تا آنکه قطعات رسی حاصله دارای تنش کششی زیاد و محض باشد، که در اینصورت ترکهای خشک کنی قوی خواهد بود.

PH گل

یکی از موضوعات مهمی که بایستی در کیفیت گل در نظر گرفت، خاصیت اسیدیته گل است. هرچقدر اسیدیته گل اکسترود شده بیشتر باشد (گل های فاقد مواد آهکی) در اینصورت گل قابلیت اکسترود کردن بیشتری دارد.

درصورتیکه در یک گل، دانه بندی مطلوبی داشته باشد، اما PH آن در محدوده بالای عدد 7 باشد، در اینصورت پلاستیسیتی آن کاهش یافته و امکان شکل دهی آنها به قطعات نسبتاً بزرگ کم می شود. بهترین PH مناسب جهت اکسترود کردن گل محدوده 5-7 است.

واکیوم

کاهش فشار داخلی دستگاه پرس بطور اساسی روی عملکرد تزریق اثر می گذارد. بدین مناسبت امروزه هواگیری از دستگاه پرس، یگ کار متداولی شده است. بهرحال اثر هواگیری، بصورت یک نمودار خطی، نسبت به تغییر فشار نمی باشد.

 بهبود کیفیت کمی، با یک پلمپ واکیومی با 60 سانتی متر جیوه، فشار حاصل می شود. در حالیکه اگر فشار واکیوم را به 5/62 الی 5/72 سانتی متر جیوه برسانیم اثر بسیار مثبتی را خواهیم داشت.

اصولا مواد با پلاستیسیتی بسیار زیاد اگر واکیوم نشوند کیفیتشان بهتر از واکیوم شدن می باشد.

اگر بخواهید از دستگاه اکسترودر یک تولید مطلوب بدست آورید و همه چیز را بنحوی در کنترل داشته باشید، لازم است مواد اولیه یکنواخت و کنترل شده ای را به دستگاه تزریق کنید، در غیر اینصورت اگر مواد اولیه دارای تغییرات مکرر رفتاری باشد، نمی توان اصطکاک داخلی گل، چسبندگی گل، کشش پلاستیک، اشکال ذرات، رفتار خشک شدن، خوردندگی و توزیع دانه ها مقدار واکیوم و بالانس قالب را کنترل نمود.