*mishi* 11920 اشتراک گذاری ارسال شده در 9 اسفند، ۱۳۸۹ برگردان: مهندس فاطمه خودکار مقدمه اختلاط پراکنشی در رانشگرهای (اکسترودرهای) تک¬ماردان به دو دلیل اصلی ناکاراست. اول آن¬که اختلاط در این رانشگرها عمدتا با جریان برشی بدست می¬آید و دیگر این¬که پلاستیک تنها یکبار در معرض اختلاط در ناحیه¬ای با تنش زیاد قرار می¬گیرد. جریان کششی در ایجاد اختلاط پراکنشی که در رانشگرهای دوماردان بوجود می¬آید، تاثیر بیشتری دارد. این دلیلی¬ست بر آن¬که رانشگرهای دوماردان معمولا اختلاط پراکنشی بهتری از رانشگرهای تک¬ماردان دارند. اگرچه رانشگرهای تک¬ماردان می¬توانند از سازوکار اختلاطی که مبنای کار رانشگرهای دوماردان است، نیز استفاده کنند. مخلوط¬کن¬های پراکنشی جدید که توسط کریس راوندال (در شرکت مهندسی رانشگری راوندال کالیفرنیا) ساخته شده، برای دستیابی به اختلاط پراکنشی موثر، جریان کششی شدیدی را ایجاد می¬کنند. مخلوط¬کن¬های اختراع شده به¬گونه¬ای طراحی شده¬اند که برای اختلاط، ماده را چندین بار در معرض نواحی با تنش زیاد قرار می¬دهند. معلومات پیشین در مخلوط کردن بسپارها، اختلاط پراکنشی با اختلاط توزیعی متفاوت است. اختلاط توزیعی که آن را اختلاط ساده نیز می¬نامند، توزیع فضایی ذرات را بدون آن¬که مقاومت همچسبی در آن نقشی داشته باشد، فراهم می¬کند. در اختلاط پراکنشی که نیز نامیده شده، برای دستیابی به پراکنش ریزتر، باید بر مقاومت همچسبی غلبه شود. اجزاء بهم چسبیده می-توانند کلوخه¬هایی را تشکیل دهند که حداقل تنش معینی برای گسیختگی آن¬ها لازم است. هم¬چنین می¬توانند ریز قطراتی شوند که برای غلبه بر تنش¬های بین سطحی و شکست ریز قطره به حداقل تنش نیاز داشته باشند. اختلاط پراکنشی معمولا سخت¬تر از اختلاط توزیعی ایجاد می¬شود. رانشگرهای تک¬ماردان معمولا مخلوط¬کن¬های پراکنشی ضعیفی دارند در حالی¬که رانشگرهای آمیزه¬کاری دوماردان توانایی اختلاط پراکنشی بسیار کاراتری دارند. با این حال دریافته¬اند که هنگام فرایند اختلاط در رانشگرهای دوماردان همسوگرد، عمل اصلی اختلاط در فضای بین دو ماردان متداخل رخ نمی¬دهد بلکه در ناحیه-ی بین سیلندر و کناره¬ی پره¬ی پیش¬بر اتفاق می¬افتد. این عمل به¬خصوص هنگامی¬که زاویه¬ی پیچش پره بزرگ باشد (همان¬طورکه در دیسک¬های آشوبنده وجود دارد)، درست است. اگرچه دلیلی بر عدم استفاده از چنین سازوکاری در رانشگرهای تک¬ماردان وجود ندارد. علت این¬که رانشگرهای دوماردان اختلاط پراکنشی خوبی را فراهم می¬سازند آن¬ست که فضای بین سیلندر و کناره¬ی پره پیش¬بر، گوه شکل است. این شکل، مانند زمانی¬که مواد از لقی بین پره و سیلندر عبور می¬کنند، جریان کششی را بوجود می¬آورد. جریان برشی در ایجاد اختلاط پراکنشی کارآمد نیست زیرا ذرات در سیال در کنار برش خوردن، دچار چرخش نیز می¬شوند. در جریان کششی، ذرات بدون هیچ چرخشی، کشیده می¬شوند (شکل 1). شکل 1: پراکنش در جریان برشی و کششی جریان کششی معمولا به سختی در مخلوط¬کن¬ها ایجاد می¬شود. مخلوط¬کن¬های پراکنشی جدید (CRD)، جریان کششی را به دو روش ایجاد می¬کنند (شکل 2). ابتدا از طریق کجی پره پیش¬بر، به¬طوری¬که هنگام عبور از میان لقی و پره ماده کشیده می¬شود و دوم از طریق شیارهای باریک¬شونده¬ در پره¬ها. شیارهای باریک¬شونده، سیال را حین عبور از شیارها شتاب داده و تغییر شکل کششی ایجاد می¬کنند. در شکل 2، پیکان¬های خط چین جهت سرعت ماردان و پیکان¬های توپُر جهت سرعت مذاب نسبت به ماردان را نشان می¬دهند. شکل 2: دو روش ایجاد جریان کششی در مخلوط¬کن CRD شیارهای باریک¬شونده در پره¬ها به افزایش اختلاط توزیعی و نیز پراکنشی کمک می¬کنند. چنان¬چه ماده با عبورش از میان مخلوط¬گر به¬طور تصادفی توزیع نشود، آنگاه تنها پوسته¬ی بیرونی سیال دچار پراکنش می¬شود بدون آن¬که از درون هم پراکنده شود. بنابراین مهم است که یک مخلوط¬کن، توانایی اختلاط توزیعی و پراکنشی را با هم داشته باشد. طراحی اولیه¬ی مخلوط¬کن CRD با استفاده از عمل توزیع ساخته شد در حالی¬که هندسه¬ی نهایی آن با استفاده از تحلیل جریان سه بعدی (3D) ساخته شده است. تحلیل جریان سه بعدی با استفاده از تحلیل جریان المان مرزی (BEM) که در ابتدا در دانشگاه ویسکانسین (Wisconsin) توسط پروفسور اسفالد (Osswald) ساخته شد، انجام شد. تحلیل BEM شرح کاملی از جریان را فراهم می¬کند. از این رو تنش¬ها، تعداد گذرها در طول پره¬ها، تعداد گذرها در طول شیارهای باریک¬شونده و زمان اقامت می¬تواند برای تعداد زیادی از نقاط تعیین شود. تجربه¬¬های عملی بیش از سی رانشگر با مخلوط¬کن CRD برای رانشگری بکار می¬روند.¬ کاربرد این رانشگرها عبارت¬ست از ساخت: مستربچ¬های رنگی، پلاستیک¬های اسفنجی، بازیافت مواد پس از مصرف، کاربردهای پزشکی، لوله¬های جمع¬شو، پراکنش دوده در پلی¬الفین¬ها و رانشگری فیلم دمشی متالوسن¬ها با شاخص مذاب کم. تمام کاربردهای جاری با رانشگرهای تک-ماردان در محدوده اندازه¬ی mm 200-19 انجام می¬شود. سه ماردان برای قالب¬گیری تزریقی و یک ماردان برای رانشگری دوماردان ساخته شده است. در ساخت مستربچ¬های رنگی ممکن است موادی که به سختی فراورش می¬شوند نظیر فتالات آبی، نتایج خوبی را با رانشگر تک¬ماردان نشان می¬دهند. در کاربرد پلاستیک¬های اسفنجی برای اسفنج¬شدن پلی¬استایرن با دی¬اکسیدکربن (به عنوان عامل پف¬¬دهنده)، اختلاط پراکنشی و توزیعی خوبی مورد نیاز است. محصولات اسفنجی باید اندازه¬ی سلول یکنواخت و کیفیت سطحی عالی داشته باشند، درحالی¬که فرایند رانشگری آن¬ها نسبت به دما و فشار مذاب بسیار پایدار باشد. در کاربرد ضایعات پس از مصرف، ضایعات فیلمی با مقدار به نسبت زیاد کربنات کلسیم (بیش از 30%) رانشگری می¬شود. کیفیت پراکنش بدست آمده در این کاربرد عالی¬ست. معمولا چنین کاربردی به رانشگر دوماردان نیاز دارد زیرا رانشگرهای تک¬ماردان عموما قادر به انجام چنین آمیزه¬کاری¬ای نیستند. مشکلات رانشگر تک¬ماردان در کاربرد فیلم دمشی عبارت¬ست از: کیفیت ضعیف فیلم و ناتوانی خوراک¬دهی پلاستیک خام با بیش از 3% کرک بدون ایجاد ژل در فیلم. با استفاده از ماردان با مخلوط¬کن CRD کیفیت فیلم بهبود می¬یابد و می¬توان بدون ایجاد ژل تا حدود 12% کرک اضافه نمود. در تمام کاربردهای ماردان با مخلوط¬کن CRD توانایی دستیابی به اختلاط بهتر با مقدار برونداد یکسان یا بیشتر، مصرف توان کم¬تر و دمای ذوب کم¬تر وجود دارد. در اکثر موارد، ماردان با مخلوط¬کن CRD جایگزین ماردان¬های سددار (که مخلوط¬گرهایی پس از بخش سددار دارند) شده است. از آن¬جایی¬که ماردان¬های سددار بر اساس اختلاط برشی و ماردان¬ها با مخلوط-کن CRD بر اساس اختلاط کششی می¬باشند، نتایج نشان داده است که اختلاط کششی موثرتر از اختلاط برشی است. نتایج خوب بدست آمده در مورد ژل¬ها مشخص می¬کند که مخلوط¬کن¬های کششی در مقابل مخلوط¬کن¬های برشی، پراکنش کاراتر ژل¬ها را ایجاد می¬کنند. پنجمین مخلوط¬کن CRD (CRD5) دارای چهار پره¬ی موازی با شیارهایی مخروطی در پره¬ها است (شکل 3). هر پره¬ی پاک¬کننده در ادامه¬ی سه پره¬ی مخلوط¬کن است. شیارهای مخروطی، پره¬ها را از هم جدا می¬کنند. پره¬ی پاک¬کننده سطح سیلندر را کاملا تمیز می¬کند. پاکسازی کامل سطح سیلندر برای داشتن انتقال حرارتی موثر بین مذاب پلاستیک و سیلندر اهمیت دارد. شکل 3: تصویر سه بعدی مخلوط¬کن CRD5 کاربرد برای قالب¬گیری تزریقی اختلاط نه تنها در رانشگری بلکه در قالب¬گیری تزریقی نیز اهمیت دارد. اجزای مخلوط¬کن CRD می¬تواند به ماردانِ تزریق اضافه شود. اکثر ماردان¬های تزریق در انتهای ماردان شیر یکطرفه (NRV) دارند تا حین تزریق از برگشت جریان مذاب به ماردان جلوگیری کند. ممکن است قابلیت اختلاط را با NRV ترکیب کنند تا دو عمل درون یک وسیله انجام شود. شکل 4 مثالی از ترکیب مخلوط¬کن CRD با حلقه¬ی لغزنده¬ی NRV را برای قالب¬گیری تزریقی نشان می¬دهد. حلقه¬ی لغزنده¬، چندین شیار درونی دارد که باریک می¬شوند. شیار پین¬ها و جهت-گیری مجدد سیال موجب اختلاط توزیعی بهتر می¬شود. شیارهای مخروطی، سیال را شتاب داده و موجب جریان کششی با اختلاط پراکنشی موثر می¬شود. دماغه¬ی شیر، پین¬هایی رو به بیرون دارد که عمل اختلاطی مشابه با پین¬های درونی حلقه¬ی لغزنده دارد. CRD NVR روشی مناسب و به¬صرفه برای بهبود قابلیت اختلاط در ماردان¬های قالب¬گیری تزریقی است. اختلاط خوب می¬تواند با جایگزینی NVR متداول با CRD NVR بدست آید. شکل 4: شیر یکطرفه¬ی CRD برای ماردان¬های قالب¬گیری تزریقی (در وضعیت باز) نتیجه¬گیری مخلوط¬کن CRD به رانشگرهای تک¬ماردان اجازه می¬دهد که در کاربردهایی که قبلا در رانشگرهای دوماردان امکان¬پذیر بود، استفاده شود. بازدهی بیشتر عمل اختلاط در مخلوط-کن CRD به علت ایجاد جریان کششی قوی¬ست و این¬که تمام عناصر سیال چندین¬بار از نواحی با تنش زیاد عبور می¬کند. جریان کششی نه تنها پراکنش موثرتری را فراهم می¬کند بلکه اتلاف گرانروی کم¬تری را نسبت به جریان برشی ایجاد می¬کند. در نتیجه مصرف توان و افزایش دما در CRD نسبت به مخلوط¬کن¬ها بر پایه¬ی جریان برشی کم¬تر است. مخلوط¬کن CRD به آسانی ساخته می¬شود و در ماردان رانشگر¬های موجود نصب می¬شود. این مخلوط¬کن متناسب با سیلندر رانشگرهای معمول است و به بخش ویژه¬ای از سیلندر نیاز ندارد. امروزه کاربرد مخلوط¬کن CRD برای قالب¬گیری تزریقی، رانشگرها و مخلوط¬کن¬های دوماردان گسترش یافته است. منبع Ch. Rauwendaal, "New dispersive mixers based on elongational flow", Plastics Additives & Compounding, 1999, 21-23. واژه نامه اختلاط توزیعی/ساده Extensive Mixing اختلاط پراکنشی/شدید Intensive Mixing پره¬ی پاک¬کننده Wiping Flight پلاستیک¬ اسفنجی Foamed Plastic پیش¬بر Pushing تنش بین سطحی Interfacial Stress جریان المان مرزی Boundry Element Flow جریان غیرچرخشی Irrotational Flow آشوبنده Kneading دماغه Nosepiece ریز قطره Droplet زاویه¬ی پیچش Helix Angle شیر یکطرفه Non-return Valve کرک Fluff کلوخه Agglomerate گسیختگی Rupture مستربچ¬ رنگ Color Concentrate مقاومت همچسبی Cohesive Resistance 2 لینک به دیدگاه
ارسال های توصیه شده