रबर मिश्रण में रबर एक्सट्रूडर का लाभ

रबर उद्योग में, एक्सट्रूडर को परंपरागत रूप से प्रोफाइल, नली और ट्रेडों के उत्पादन के लिए एक आकार देने वाले उपकरण के रूप में माना जाता है।मिश्रणकच्चे पॉलिमरों को मजबूत करने वाले भराव, उपचार और प्लास्टिसाइज़रों के साथ मिश्रण करने की प्रक्रिया तेजी से महत्वपूर्ण है।इस लेख में रबर यौगिकों के मिश्रण और तैयारी में रबर एक्सट्रूडर के कार्य का व्यापक विश्लेषण दिया गया हैपिन बैरल एक्सट्रूडर, कोल्ड-फीड एक्सट्रूडर और आंतरिक मिक्सर के साथ एक्सट्रूज़न सिस्टम के एकीकरण पर ध्यान केंद्रित करना,इस पेपर में यह पता लगाया गया है कि आधुनिक एक्सट्रूज़न तकनीक निरंतर मिश्रण को कैसे सुविधाजनक बनाती है, पारंपरिक बैच मिक्सिंग सिस्टम की तुलना में फैलाव की गुणवत्ता में सुधार करता है, थर्मल इतिहास को कम करता है, और ऊर्जा दक्षता में सुधार करता है।

रबर कंपाउंडिंग एक जटिल भौतिक और रासायनिक प्रक्रिया है जिसे कच्चे इलास्टोमर्स को विशिष्ट यांत्रिक गुणों के साथ एक प्रसंस्करण योग्य, वल्केनाइज करने योग्य सामग्री में बदलने के लिए डिज़ाइन किया गया है।इस प्रक्रिया में बैच मिश्रण उपकरण का वर्चस्व रहा है, मुख्य रूप से आंतरिक मिक्सर (जैसे बैंबरी मिक्सर) और दो-रोल मिल। हालांकि प्रभावी, ये बैच प्रक्रियाएं बैचों के बीच परिवर्तनशीलता सहित अंतर्निहित सीमाओं से पीड़ित हैं,उच्च ऊर्जा खपत प्रति इकाई द्रव्यमान, और उच्च तापमान पर लंबे समय तक रहने के कारण महत्वपूर्ण थर्मल गिरावट के जोखिम।

रबर एक्सट्रूडर, जिसे केवल बनाने के बजाय मिश्रण के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन किया गया है, इन सीमाओं का समाधान के रूप में उभरा है। नियंत्रित कतरनी, कुशल गर्मी हस्तांतरण का लाभ उठाते हुए,और निरंतर संचालन, एक्सट्रूडर परिष्कृत हो गए हैंनिरंतर कंपाउंडरइस लेख में उन विशिष्ट तंत्रों को रेखांकित किया गया है जिनके माध्यम से रबर एक्सट्रूडर कंपोजिंग प्रक्रिया में योगदान करते हैं, जिन्हें उपकरण प्रकार और कार्यात्मक उद्देश्य द्वारा वर्गीकृत किया गया है।

कंपाउंडिंग में एक्सट्रूडर की भूमिका को समझने के लिए दो प्राथमिक कार्यों के बीच अंतर करना होगा:विसारक मिश्रणऔरवितरण मिश्रण.

• विसारक मिश्रण:इसमें एग्लोमेरेट्स (जैसे, कार्बन ब्लैक या सिलिका क्लस्टर) को प्राथमिक कणों में तोड़ना शामिल है। एग्लोमेरेट्स के भीतर सामंजस्य बल को दूर करने के लिए उच्च कतरनी तनाव की आवश्यकता होती है।एक एक्सट्रूडर मेंविसारक मिश्रण उच्च दीर्घकालिक प्रवाह और कतरनी के क्षेत्रों में होता है, आमतौर पर पेंच उड़ानों के भीतर और विशेष मिश्रण तत्वों के माध्यम से।

• वितरण मिश्रण:यह बहुलक मैट्रिक्स में कणों के आकार को कम किए बिना सामग्री (जैसे, तेल, उपचार और भराव) के समान स्थानिक वितरण को संदर्भित करता है।वितरण मिश्रण प्रवाह विभाजन और पुनर्व्यवस्था पर निर्भर करता है, जिसे पिन, फ्लेटेड मिक्सर या मैडॉक मिक्सर जैसी सुविधाओं द्वारा सुविधा प्रदान की जाती है।

आधुनिक रबर एक्सट्रूडरों को इन दो मिश्रण तंत्रों का नियंत्रित संतुलन प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, एक संतुलन जिसे पारंपरिक बैच मिक्सरों में बनाए रखना अक्सर मुश्किल होता है।

सभी एक्सट्रूडर समान नहीं हैं। रबर कंपाउंडिंग के संदर्भ में, तीन प्राथमिक विन्यास हावी हैंः

पिन-बैरल एक्सट्रूडर सबसे व्यापक रूप से निरंतर कंपाउंडिंग के लिए उपयोग किए जाते हैं। बैरल रेडियल रूप से समायोज्य पिन से लैस होता है जो पेंच चैनलों में बाहर निकलते हैं।जैसे ही रबर बैरल से गुजरता है, पिन स्क्रू द्वारा स्थापित laminar प्रवाह पैटर्न को बाधित करते हैं।

• तंत्र:पिन लगातार पेंच की उड़ानों से रबर को हटा देते हैं, इसे फिर से निर्देशित करते हैं, और प्रवाह प्रवाह को विभाजित करते हैं। यह कार्रवाई अत्यधिक गर्मी उत्पन्न किए बिना वितरण मिश्रण को नाटकीय रूप से बढ़ाता है।

• आवेदनःपिन-बैरल एक्सट्रूडर अंतिम मिश्रण चरण के लिए आदर्श हैं, जहां एक मास्टरबैच में क्यूरेटिव (सल्फर और एक्सेलेरेटर) शामिल किए जाते हैं।यह समय से पहले ज्वलन (ज्वलन) को रोकता है.

पारंपरिक कोल्ड-फीड एक्सट्रूडर मुख्य रूप से आकार देने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। हालांकि, जब विशेष मिश्रण शिकंजा (जैसे, बाधा शिकंजा, अनानास मिक्सर, या फैलाव डिस्क) से लैस होते हैं,वे प्रभावी मिश्रण उपकरण बन जाते हैं.

• तंत्र:स्क्रू ज्यामिति को उच्च दबाव वाले क्षेत्रों और कतरनी के अंतराल बनाने के लिए संशोधित किया जाता है जो सामग्री को प्रतिबंधात्मक चैनलों के माध्यम से मजबूर करते हैं, फैलाव मिश्रण को बढ़ावा देते हैं।

• आवेदनःइनका उपयोग पूर्व-मिश्रित यौगिकों को समरूप करने के लिए किया जाता है, जिनके तापमान या चिपचिपाहट में मामूली भिन्नता हो सकती है, जिससे अंतिम आकार देने के चरण से पहले एकरूपता सुनिश्चित होती है।

हालांकि प्लास्टिक में अधिक आम है, सह-परिक्रमा और प्रति-परिक्रमा जुड़वां पेंच एक्सट्रूडर उच्च प्रदर्शन रबर कंपाउंडिंग में कर्षण प्राप्त कर रहे हैं।

• तंत्र:इंटरमेचिंग स्क्रू सकारात्मक कन्वेयर, तीव्र कतरनी और निवास समय वितरण पर सटीक नियंत्रण प्रदान करते हैं।मॉड्यूलर डिजाइन विशिष्ट मिश्रण क्षेत्रों के विन्यास की अनुमति देता हैमिश्रण की तीव्रता को अनुकूलित करने के लिए मिश्रण, पिसाई और रिवर्स तत्व।

• आवेदनःटीएसई का उपयोग भरने वाले रबर के मास्टरबैचों के निरंतर मिश्रण के लिए किया जाता है, विशेष रूप से सिलिकॉन से भरे यौगिकों के लिए जो कि ग्रीन टायर में उपयोग किए जाते हैं।जहाँ सिलिका सिलिनाइजेशन के लिए एक विशिष्ट समय खिड़की पर सटीक तापमान नियंत्रण की आवश्यकता होती है.

रबर मिश्रण में एक्सट्रूडर के योगदान को मिश्रण कार्यप्रवाह के तीन अलग-अलग चरणों में वर्गीकृत किया जा सकता है।

ऐतिहासिक रूप से, आंतरिक मिक्सर (बैनबरी) का उपयोग बहुलक, कार्बन ब्लैक, तेल और जिंक ऑक्साइड को उच्च तीव्रता वाले बैच में मिश्रित करने के लिए किया जाता है। एक निरंतर मिश्रण लाइन में, एक टैंडेम प्रणाली नियोजित की जाती हैः

1. प्राथमिक मिक्सर (आंतरिक मिक्सर):आंशिक रूप से पूर्ण बैच (मास्टर बैच) में भराव के प्रारंभिक फैलाव को पूरा करता है।

2. माध्यमिक मिक्सर (एक्सट्रूडर):बैच को सीधे पिन-बैरल या ट्विन-स्क्रू एक्सट्रूडर में गिराया जाता है।

• भूमिकाःएक्सट्रूडर मिश्रण प्रक्रिया को समाप्त करता है, यह पूरे द्रव्यमान में तापमान को समान बनाता है, शेष भरने वाले एग्लोमेरेट्स को आगे फैलाता है,और तापमान-संवेदनशील अवयवों (जैसे त्वरक) को नीचे की ओर जोड़ने की अनुमति देता है.

• लाभःयह मिश्रण चरणों को अलग करता है। आंतरिक मिक्सर तेजी से भरने के लिए उच्च गति से काम करता है, जबकि एक्सट्रूडर एक “ठंडा और खत्म” मिक्सर के रूप में कार्य करता है,पारंपरिक बैच मिश्रण की तुलना में कुल चक्र समय को 50% तक कम करना.

कंपाउंडिंग में एक्सट्रूडर की सबसे महत्वपूर्ण भूमिकाओं में से एक हैउपचारात्मक जोड़ प्रणालीपारंपरिक बैच मिश्रण में, दो-रोल मिल पर क्युरेटिव जोड़ना श्रम-गहन है, सुरक्षा जोखिम पैदा करता है, और ऑपरेटर निर्भरता के कारण परिवर्तनशीलता पेश करता है।

अंतिम मिश्रण के लिए पिन बैरल एक्सट्रूडर या गियर पंप एक्सट्रूडर का प्रयोग करते समय:

• तापमान नियंत्रण:एक्सट्रूडर यौगिक तापमान को ठीक से क्युरेटिव्स की सक्रियता सीमा से नीचे रखता है (आमतौर पर सल्फर सिस्टम के लिए 110°C से नीचे) ।एक्सट्रूडर बैरल के उच्च सतह-से-मात्रा अनुपात परिसंचारी पानी के माध्यम से कुशल शीतलन की अनुमति देता है.

• समरूप वितरण:पिन यह सुनिश्चित करते हैं कि उपचारात्मक की छोटी मात्रा (अक्सर बैच का 1-2% से कम) स्थानीय संचय के बिना उच्च चिपचिपाहट वाले रबर मैट्रिक्स में समान रूप से वितरित हो।

• निरंतर संचालन:यह प्रणाली मास्टरबैच स्ट्रिप को तैयार, ज्वालामुखीकरण के लिए तैयार मिश्रित स्ट्रिप या गोली में लगातार परिवर्तित करने की अनुमति देती है,कैलेंडर लाइनों या इंजेक्शन मोल्डिंग मशीनों जैसे डाउनस्ट्रीम प्रक्रियाओं को सीधे खिलाते हैं.

रबर यौगिकों में अक्सर हवा, नमी या अस्थिर उप-उत्पाद होते हैं (विशेष रूप से सिलिका-सिलान प्रणालियों में जहां सिलानिकरण प्रतिक्रिया के दौरान इथेनॉल जारी किया जाता है) ।

• भूमिकाःवैक्यूम पोर्ट्स (डेवोलेटिकेशन जोन) से लैस एक्सट्रूडर इन वाष्पीकरणीय पदार्थों को हटाने का कार्य करते हैं।वेंट जोन में अचानक दबाव में गिरावट गैसों को विस्तार करने और दूर vacuumed जा करने के लिए अनुमति देता है.

• तनाव:एक स्क्रीन पैक या ब्रेकर प्लेट जिसे एक्सट्रूडर के सिर पर रखा जाता है, एक फिल्टर के रूप में कार्य करता है, जो दूषित पदार्थों, अप्रसारित जेल या विदेशी कणों को हटा देता है।यह उच्च गुणवत्ता वाले अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है जैसे कि चिकित्सा रबर सामान, ऑटोमोबाइल सीलिंग सिस्टम, और टायर आंतरिक अस्तर, जहां प्रदूषक विनाशकारी विफलता का कारण बन सकता है।

मिश्रण प्रक्रिया में एक्सट्रूडरों का एकीकरण केवल पारंपरिक बैच मिश्रण के मुकाबले मात्रात्मक लाभ प्रदान करता है।

प्रबलित यौगिकों के लिए, विशेष रूप से उच्च सतह क्षेत्र के कार्बन ब्लैक या सिलानीकृत सिलिका का उपयोग करने वाले,एक्सट्रूडर का विस्तारित प्रवाह आंतरिक मिक्सर में प्रमुख कतरनी प्रवाह की तुलना में एग्लोमेरेट को फैलाने में अधिक कुशल हैइससे बढ़े हुए यांत्रिक गुण जैसे कि तन्य शक्ति, घर्षण प्रतिरोध और कम हिस्टेरिसिस (टायरों में रोलिंग प्रतिरोध) होते हैं।

इलास्टोमर्स थर्मल ऑक्सीकरण के प्रति संवेदनशील होते हैं। प्रत्येक मिनट एक यौगिक उच्च तापमान (१२० डिग्री सेल्सियस से ऊपर) पर बिताता है, पॉलिमर रीढ़ की हड्डी को नष्ट कर देता है और एंटीऑक्सिडेंट का उपभोग करता है।अपने छोटे निवास समय (आमतौर पर 30 सेकंड से 2 मिनट) के साथ, तुलना में 5~10 मिनट बैच मिश्रण में), संचयी थर्मल जोखिम को कम से कम करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप बेहतर उम्र बढ़ने की विशेषताओं और प्रतिगमन प्रतिरोध के साथ यौगिक होते हैं।

इसके फायदे के बावजूद, मिश्रण के लिए एक्सट्रूडर का उपयोग करने के लिए सावधानीपूर्वक इंजीनियरिंग विचार की आवश्यकता है।

निरंतर मिश्रण सटीक फ़ीडिंग पर निर्भर करता है। वजन घटाने वाले फीडर्स को सटीक अनुपात में कार्बन ब्लैक, पॉलिमर स्ट्रिप्स और तेल की आपूर्ति करनी चाहिए। असंगत फ़ीडिंग से यौगिक बह जाता है।ठोस पोलीमर के लिए, गियर पंप या रैम फीडर अक्सर एक्सट्रूडर स्क्रू को पूरी तरह से भरने के लिए आवश्यक होते हैं।

रबर यौगिक अत्यधिक घर्षणशील होते हैं, विशेष रूप से कार्बन ब्लैक या सिलिका के उच्च भार वाले। पेंच, बैरल और मिश्रण पिन को अत्यधिक पहनने के प्रतिरोधी सामग्री से बनाया जाना चाहिए,जैसे नाइट्राइड स्टीलस्क्रू-टू-बैरल क्लीयरेंस की नियमित निगरानी आवश्यक है, क्योंकि अत्यधिक पहनने से मिश्रण दक्षता और आउटपुट कम हो जाता है।

जबकि एक्सट्रूडर उच्च चिपचिपाहट वाली सामग्रियों को अच्छी तरह से संभालते हैं, अत्यंत कठोर (उच्च मूनी चिपचिपाहट) यौगिकों को उच्च टोक़ ड्राइव और मजबूत गियरबॉक्स की आवश्यकता हो सकती है। इसके विपरीत,बहुत नरम यौगिकों में प्रभावी मिश्रण के लिए आवश्यक कतरनी प्रतिरोध की कमी हो सकती है, विशेष शिकंजा डिजाइन की आवश्यकता है, जिसमें बढ़े हुए ड्रैग प्रवाह है।

मिश्रण में रबर एक्सट्रूडर की भूमिका एक मोल्डिंग मशीन के रूप में अपनी पारंपरिक पहचान को पार कर आधुनिक मिश्रण रणनीतियों का एक केंद्रीय घटक बन गई है।नियंत्रित, और थर्मली कुशल मिश्रण, एक्सट्रूडर बैच प्रसंस्करण की मौलिक कमियों को दूर करते हैं।

विशेष रूप से, पिन-बैरल एक्सट्रूडरों ने सुरक्षित और समान रूप से उपचार के शामिल करने में क्रांति ला दी है,जबकि ट्विन-स्क्रू और विशेष शीत-खाद्य extruders उच्च तीव्रता फैलाव मिश्रण सिलिका जैसे उन्नत भराव प्रणालियों के लिए आवश्यक प्रदान करते हैं- एक ही, निरंतर लाइन में विघटन, निस्पंदन और आकार देने की क्षमता पूंजीगत व्यय, फर्श स्थान,और श्रम लागत उच्च स्थिरता और गुणवत्ता प्रदान करते हुए.

चूंकि रबर उद्योग उद्योग 4.0 की ओर बढ़ रहा है और उच्च प्रदर्शन वाले अनुप्रयोगों (जैसे इलेक्ट्रिक वाहनों के टायर और चिकित्सा इलास्टोमर) में अधिक सटीकता की मांग करता है,सटीक मिश्रण उपकरण के रूप में एक्सट्रूडर की भूमिका का विस्तार जारी रहेगाभविष्य स्क्रू ज्यामिति, वास्तविक समय चिपचिपापन निगरानी,और बंद-लूप नियंत्रण प्रणाली जो सुनिश्चित करती है कि एक्सट्रूडर से बाहर निकलने वाले प्रत्येक किलोग्राम यौगिक अंतिम उत्पाद के लिए आवश्यक सटीक विनिर्देशों को पूरा करते हैं.