امروزه استفاده از پلاستیک ها به طور گسترده ای رو به افزایش است. به همین جهت شناخت دقیق تجهیزات تولید آن ها از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از مهم ترین تجهیزات ساخت پلاستیک ها اکسترودر ها هستند که به عنوان قلب فرایند شناخته می شوند. دو بخش مهم اکسترودر ماردون (Screw) و بدنه یا سیلندر (Barrel) بوده که طراحی دقیق آن بر کارآمدی فرایند بسیار موثر می باشند. یکی از مشخصه های طراحی اکسترودر فاصله بین ماردون و سیلندر بوده که به عنوان لقی (clearances) شناخته می شود. میزان ضخامت لقی باید در حداقل مقدار خود باشد تا کیفیت مذاب و محصول به بیشترین مقدار برسد.
یکی از پدیده های مهم در بحث افت بازده و کارآمدی اکسترودر ها، افزایش مقدار لقی یعنی فاصله افتادن بین ماردون و سیلندر است که دلیل آن، سایش ماردون و سیلندر و به ترتیب کاهش و افزایش قطر آن ها می باشد. هر چه از مواد اولیه سخت تری مانند فیلر ها، الیاف شیشه و پلاستیک های سخت تر استفاده شود، سرعت سایش دستگاه نیز بیشتر می شود. در صورت افزایش ضخامت لقی، کیفیت مذاب کاهش یافته که برای جبران آن می بایست به طور مداوم دیگر مشخصه های فرایندی تنظیم گردد. به طور مثال با افزایش دور موتور، تغییر دمای سیلندر و افزایش فشار این مساله را جبران کنند که خود اثرات نا مطلوبی بر کیفیت مواد داشته و هزینه های جانبی بر فرایند تحمیل می کند. در صورتی که کیفیت فرایند به دلیل سایش و از بین رفتن ماردون یا سیلندر باشد، اخلال در سرعت تولید ضرر های زیادی را به تولید کنندگان وارد می کند.
سه مکانیزم سایش قطعات فلزی عبارت اند از:
سایش چسبان (Adhesive Wear):
این نوع سایش زمانی رخ می دهد که دو سطح فلزی ماردون و سیلندر با هم در تماس شوند. در واقع گرانول ها پس از ذوب فضای لقی را کامل پر کرده و مانع از برخورد دو سطح فلزی می شوند. اما در صورتی که مذاب کافی در فضای لقی نباشد، سایش دو فلز به مرور موجب از بین رفتن سطح و لبه های ماردون شود.
سایش خراشان (Abrasive Wear):
این نوع از سایش که شایع ترین حالت آن در دستگاه های تولید پلاستیک است، به دلیل سایش قطعات فلزی توسط افزودنی های پلیمری پیش می آید. برخی از افزودنی ها مثل الیاف یا پودر شیشه، و ذرات معدنی که دمای ذوب خیلی بالاتری نسبت به پلیمر دارند، به مرور باعث ساییدگی سطح فلزات می شوند. به همین جهت در تولید سیلندر و ماردون سعی بر این است که سطح آن ها توسط فلزی با مقاومت سایش بالا پوشش دهی می شود.
سایش خوردگی:
این مکانیزم زمانی رخ می دهد که مواد درون فرایند به هر شکلی خاصیت واکنش شیمیایی با فلزات دستگاه و تخریب را داشته باشد. همچنین از آنجایی که قطعات به طور مداوم تحت دما هستند، وجود اکسیژن در مواد به مرور باعث خوردگی سطح فلزات می شود. در پلیمرهایی مثل PVC که حین فرایند تولید گاز HCl آزاد می کنند، خوردگی قطعات فلزی بیشتر دیده می شود.
دلایل مختلفی برای سایش مطرح شده اند. یکی از آن ها عدم تنظیم صحیح ماردون در سیلندر است. بدین شکل که در صورتی که خط مرکزی سیلندر دقیقا روی مرکز ماردون نباشد، احتمالا کم شدن بیش از حد ضخامت لقی در برخی از نقاط بالا رفته و سبب اصطکاک سطوح فلزی با هم شده و سایش می شود. به همین جهت پیشنهاد می گردد که قبل از راه اندازی مجدد خط، عملیات align شدن ماردون و سیلندر انجام گردد.
یکی از دلایل دیگر طراحی غیر اصولی اکسترودر (طول گام های ماردون، ضخامت کانال و…) است. طوری که باعث عدم تساوی حجم بخش melting ماردون و حجم مواد جامد اضافه شده به اکسترودر می شود. این مساله باعث ورود مواد جامد به بخش melting شده و فشار زیادی را به ماردون و حتی سیلندر متحمل می کند و باعث سایش و بعضا کمی انحنای پره های ماردون نیز می شود. همچنین در صورت استفاده از پلاستیک نامناسب در یک دستگاه به دلیل تفاوت پروفایل دمایی آن ها، احتمال رخداد این پدیده بالا می رود.
مورد بعدی ضعف پوشش فلزی تجهیزات فلزی اکسترودر است. برای مثال آلیاژ های فلزی که مقدار کاربید تنگستن کمتری در آن ها به کار رفته است، علی رغم پوشش دهی راحت تر، مقاومت سایشی پایینی دارند. به همین جهت زمانی که برای راحتی فرایند پوشش دهی قطعات فلزی از کاربید تنگستن کمتری استفاده شود، طول عمر قطعات فلزی نیز افت می کند.
در آلیاژ هایی که از مواد سختی همچون افزودنی های معدنی، الیاف و پودر شیشه، تاخیر انداز های هالوژنی و… استفاده می شود، به علت ماهیت سایندگی فیزیکی و بعضا خورندگی شیمیایی این مواد، طول عمر سیلندر و ماردون تا %50 کاهش پیدا می کند.
دیگر مورد شایعی که باعث خسارت به تجهیزات می شود، ورود ناخالصی هایی همچون ضایعات فلزی و سنگ ریزه به مواد اولیه و دستگاه است. این مواد علاوه بر تخریب محصول نهایی، خسارت های زیادی به سیلندر، ماردون، دای و حتی قالب ها وارد می کنند.
از راه های تاخیر در سایش و افزایش عمر مفید سیلندر و ماردون می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- برای کار با هر ماده از ماردون مناسب آن استفاده شود
- در طراحی ماردون جهت تناسب هر بخش دقت زیادی اعمال شود.
- ü پوشش سیلندر و ماردون از آلیاژهای سازگار با هم و دارای بیشترین مقاومت سایشی استفاده شود.
- قبل از نصب ماردون، ابعاد آن ها چک شده و در صورت نیاز اصلاح گردد.
- در صورت امکان، هم خط بودن مراکز سیلندر و ماردون (alignment) مداوم چک شود.
- قبل از افزودن مواد اولیه به اکسترودر، ناخالصی ها گرفته شود.