مزیت دستگاه های خروجی لاستیک در مخلوط لاستیک

در صنعت لاستیک، اکسترودر به طور سنتی به عنوان یک دستگاه شکل گیری برای تولید پروفایل ها، لوله کشی و پیشروی ها دیده می شود.ترکیب◄ فرایند مخلوط کردن پلیمرهای خام با پرکننده های تقویت کننده، مواد ضدعفونی کننده و پلاستیک کننده ◄ به طور فزاینده ای حیاتی است.این مقاله یک تجزیه و تحلیل جامع از عملکرد اکسترودر لاستیک در مخلوط و آماده سازی ترکیبات لاستیک ارائه می دهدتمرکز بر روی اکسترودرهای فیلر، اکسترودرهای خنک و ادغام سیستم های اکسترود با مخلوط کننده های داخلی،در این مقاله بررسی می شود که چگونه تکنولوژی اکستروزن مدرن مخلوط کردن مداوم را تسهیل می کند.، کیفیت پراکندگی را بهبود می بخشد، تاریخچه حرارتی را کاهش می دهد و در مقایسه با سیستم های مخلوط دسته سنتی، بهره وری انرژی را افزایش می دهد.

ترکیب لاستیک یک فرآیند فیزیکی و شیمیایی پیچیده است که برای تبدیل استومرهای خام به یک ماده قابل پردازش و vulkanisable با خواص مکانیکی خاص طراحی شده است.این فرآیند عمدتا توسط تجهیزات مخلوط دسته ای انجام شده است.در حالی که این فرآیندها موثر هستند، از محدودیت های ذاتی رنج می برند، از جمله تغییر بین دسته ها،مصرف انرژی بالا در واحد جرم، و خطرات قابل توجهی از تخریب حرارتی ناشی از زمان اقامت طولانی در دمای بالا.

اکسترودر لاستیکی که به طور خاص برای مخلوط کردن و نه فقط شکل دادن طراحی شده است به عنوان یک راه حل برای این محدودیت ها ظاهر شده است. با استفاده از برش کنترل شده، انتقال گرما کارآمد،و کار مستمر، اکسترودرها به دستگاه های پیچیده ای تبدیل شده اندترکیب کننده های مستمراین مقاله مکانیسم های خاصی را که از طریق آنها اکسترودرهای لاستیکی به فرآیند ترکیب کمک می کنند، طبقه بندی می کند.

برای درک نقش اکسترودر در ترکیب، باید بین دو عملکرد اصلی تمایز قائل شویم:مخلوط کردن پراکندهومخلوط کردن توزیع.

• مخلوط کردن پراکنده:این شامل شکستن تجمعات (به عنوان مثال، سیاه کربن یا خوشه های سیلیس) به ذرات اولیه است. برای غلبه بر نیروهای انسجام در داخل تجمعات، نیاز به فشار برش بالا دارد.در یک اکسترودر، مخلوط کردن پراکنده در مناطق دارای جریان طولی و برش بالا اتفاق می افتد، به طور معمول در داخل پرواز پیچ و از طریق عناصر مخلوط کننده تخصصی.

• مخلوط کردن توزیع کننده:این به توزیع فضایی یکنواخت مواد تشکیل دهنده (به عنوان مثال روغن، مواد درمانی و پرکننده) در سراسر ماتریس پلیمر بدون نیاز به کاهش اندازه ذرات اشاره دارد.مخلوط کردن توزیع بر روی تقسیم جریان و تنظیم مجدد متکی است، که توسط ویژگی هایی مانند پین ها، مخلوط کننده های فلوت یا مخلوط کننده های ماداک تسهیل می شود.

اکسترودرهای لاستیکی مدرن برای ایجاد تعادل کنترل شده بین این دو مکانیسم مخلوط طراحی شده اند، تعادل که اغلب در مخلوط کننده های دسته سنتی سخت است.

در زمینه ترکیب لاستیک، سه پیکربندی اصلی غالب هستند:

اکسترودرهای پین-بارل به طور گسترده ای برای ترکیب مداوم مورد استفاده قرار می گیرند. بشکه با پین های قابل تنظیم شعاعی مجهز است که در کانال های پیچ قرار دارند.وقتی که لاستیک از بشکه عبور می کنه، پین ها الگوی جریان لامینری را که توسط پیچ ایجاد شده است قطع می کنند.

• مکانیزم:این پین ها به طور مداوم لاستیک را از پرواز پیچ ها جدا می کنند، آن را تغییر جهت می دهند و جریان جریان را تقسیم می کنند. این عمل به طور چشمگیری مخلوط توزیع را بدون تولید گرما بیش از حد افزایش می دهد.

• کاربرد:اکسترودرهای بشکه ای برای مرحله مخلوط نهایی ایده آل هستند، جایی که مواد ضدعفونی کننده (گرده و شتاب دهنده ها) در یک masterbatch گنجانده می شوند.از ولکاناسیون زودرس جلوگیری می کند..

اکسترودرهای سرد تغذیه سنتی عمدتاً برای شکل دادن طراحی شده اند. با این حال، هنگامی که با پیچ های مخلوط کننده تخصصی (به عنوان مثال پیچ های مانع، مخلوط کننده های آناناس یا دیسک های پراکندگی) مجهز هستند،آنها به دستگاه های مخلوط موثر تبدیل می شوند..

• مکانیزم:هندسه پیچ برای ایجاد مناطق با فشار بالا و شکاف های برش که مواد را از طریق کانال های محدود می کند، تغییر می کند و باعث مخلوط شدن پراکنده می شود.

• کاربرد:این مواد برای همگن سازی ترکیبات پیش مخلوط استفاده می شوند که ممکن است تغییرات جزئی در دمای یا لزگی داشته باشند و قبل از مرحله شکل گیری نهایی یکسانی را تضمین کنند.

اگرچه در پلاستیک ها رایج تر است، اکسترودرهای دو پیچ دو چرخ در حال افزایش در ترکیب لاستیک با عملکرد بالا هستند.

• مکانیزم:پیچ های متراکم کننده انتقال مثبت، برش شدید و کنترل دقیق توزیع زمان اقامت را فراهم می کنند.طراحی ماژولار اجازه می دهد تا برای پیکربندی مناطق مخلوط خاص، خمیر و عناصر معکوس برای متناسب کردن شدت مخلوط.

• کاربرد:TSE ها برای مخلوط کردن مستمر دسته های اصلی پرکننده و لاستیک استفاده می شوند، به ویژه برای ترکیبات پر از سیلیس که در لاستیک های سبز استفاده می شوند.در صورتی که سیلیکا سیلان سازی نیاز به کنترل دقیق دمای در یک پنجره زمانی خاص دارد.

سهم اکسترودر در مخلوط کردن لاستیک را می توان به سه مرحله متمایز از جریان کار مرکب بندی طبقه بندی کرد.

از نظر تاریخی، مخلوط کننده داخلی (بانبری) برای مخلوط کردن پلیمر، سیاه کربن، روغن و اکسید روی در یک دسته با شدت بالا استفاده می شود. در یک خط مخلوط مداوم، یک سیستم تاندمی مورد استفاده قرار می گیرد:

1. مخلوط کننده اصلی (خلوط کننده داخلی):این دستگاه پراکندگی اولیه مواد پرکننده را در یک دسته نیمه کامل (مستر باتچ) انجام می دهد.

2. مخلوط کننده ثانویه (Extruder):دسته به طور مستقیم به یک بشکه پین یا دو پیچ اکسترویدر می افتد.

• نقش:اکسترودر فرآیند مخلوط کردن را به اتمام می رساند. درجه حرارت را در سراسر جرم همگن می کند، هر گونه تجمعات پرکننده باقیمانده را بیشتر پراکنده می کند،و امکان اضافه کردن مواد حساس به دما (مانند شتاب دهنده ها) را در جریان پایین می دهد.

• مزیت:این امر مراحل مخلوط کردن را جدا می کند. مخلوط کننده داخلی با سرعت بالا برای گنجاندن سریع پرکننده کار می کند، در حالی که اکسترودر به عنوان یک مخلوط کننده "سرد و نهایی" عمل می کند.کاهش زمان چرخه کل تا 50% در مقایسه با مخلوط کردن دسته های معمولی.

یکی از مهمترین نقش های اکسترودر در ترکیب به عنوان یکسیستم جمع بندی معالجهدر مخلوط کردن دسته های معمولی، اضافه کردن مواد ضدعفونی کننده در یک آسیاب دو رول کارگری است، خطرات ایمنی را ایجاد می کند و به دلیل وابستگی اپراتور، تغییرات را معرفی می کند.

در صورت استفاده از یک اکسترودر فیلر یا یک اکسترودر پمپ دنده برای مخلوط نهایی:

• کنترل دما:اکسترودر دمای ترکیب را دقیقاً زیر آستانه فعال سازی مواد شوینده نگه می دارد (معمولاً کمتر از 110 °C برای سیستم های گوگرد).نسبت بالای سطح به حجم بشکه اکسترودر اجازه می دهد تا خنک کننده کارآمد از طریق گردش آب.

• توزیع همگن:پین ها اطمینان حاصل می کنند که مقدار کمی از درمان کننده (اغلب کمتر از 1-2٪ از دسته) به طور یکنواخت در سراسر ماتریس لاستیک با لزگی بالا بدون تجمع محلی توزیع می شود.

• کار مستمر:این سیستم اجازه می دهد تا تبدیل مداوم یک نوار masterbatch به یک نوار یا گلوله مرکب آماده برای ولکاناسیون باشد.به طور مستقیم به فرایندهای پایین رودخانه مانند خطوط تقویم یا ماشین های تزریق تزریق تغذیه می کنند.

ترکیبات لاستیکی اغلب حاوی هوا، رطوبت یا محصولات فرسایشی است (به ویژه در سیستم های سیلیک-سیلان که در آن اتانول در طول واکنش سیلان سازی آزاد می شود).

• نقش:اکسترودرهای مجهز به دریچه های خلاء (منطقه های تخلیه هوا) برای حذف این مواد فرسوده استفاده می شوند.کاهش ناگهانی فشار در منطقه بازخورد اجازه می دهد تا گازها گسترش و جاروبرقی شوند.

• فشار:یک بسته صفحه نمایش یا یک صفحه شکستن که در سر دستگاه قرار دارد به عنوان فیلتر عمل می کند و آلاینده ها، ژل های پراکنده نشده یا ذرات خارجی را از بین می برد.این برای کاربردهای با کیفیت بالا مانند محصولات لاستیکی پزشکی بسیار مهم است، سیستم های مهر و موم خودرو، و پوشش های داخلی تایر، جایی که آلاینده ها می توانند منجر به خرابی فاجعه بار شوند.

یکپارچه سازی اکسترودرها در فرآیند ترکیب مزایای قابل اندازه گیری نسبت به مخلوط کردن دسته های سنتی را ارائه می دهد.

برای ترکیبات تقویت شده، به ویژه آنهایی که از سیاهه های کربن سطح بالا یا سیلیس سیلان شده استفاده می کنند،جریان طولی اکسترودر در پراکنده کردن تجمع ها نسبت به جریان برش غالب در مخلوط کننده های داخلی کارآمدتر استاین منجر به بهبود خواص مکانیکی مانند مقاومت کششی، مقاومت در برابر سایش و کاهش هیستریز (مقاومت رول در لاستیک ها) می شود.

استومرها مستعد اکسیداسیون حرارتی هستند. هر دقیقه ای که یک ترکیب در دمای بالا (بیش از 120 درجه سانتیگراد) می گذرد، ستون فقرات پلیمر را تخریب می کند و آنتی اکسیدان ها را مصرف می کند.با زمان اقامت کوتاه (معمولا 30 ثانیه تا 2 دقیقه)، در مقایسه با 5~10 دقیقه در مخلوط دسته) ، قرار گرفتن در معرض حرارتی تجمع را به حداقل می رساند، که منجر به ترکیبات با ویژگی های پیری برتر و مقاومت در برابر بازگشت می شود.

با وجود مزایایی که دارد، استفاده از دستگاه های اکسترودر برای مرکب سازی نیاز به بررسی دقیق مهندسی دارد.

مخلوط کردن مستمر به تغذیه دقیق بستگی دارد. تغذیه کننده های کاهش وزن باید کربن سیاه، نوارهای پلیمر و روغن را در نسبت های دقیق تامین کنند. تغذیه ناسازگار منجر به حرکت مرکب می شود.برای پلیمرهای جامد، پمپ های چرخ دنده یا خورنده های رام اغلب برای اطمینان از پر شدن کامل پیچ اکسترودر مورد نیاز است.

ترکیبات لاستیکی بسیار خیس کننده هستند، به ویژه آنهایی که دارای بار سنگین کربن سیاه یا سیلیس هستند. پیچ، بشکه و پین مخلوط باید از مواد بسیار مقاوم در برابر فرسایش ساخته شوند،مانند فولاد نیترید شده، بشکه های دو فلزی، یا پوشش داده شده با کاربید ولفستم. نظارت منظم بر فضای خالی پیچ به بشکه ضروری است، زیرا سایش بیش از حد باعث کاهش کارایی مخلوط و خروجی می شود.

در حالی که اکسترودرها مواد با واسکویت بالا را به خوبی مدیریت می کنند، ترکیبات بسیار سفت (اسکویت Mooney بالا) ممکن است نیاز به محرک های چرخشی بالا و گیربکس های قوی داشته باشند. برعکس،ترکیبات بسیار نرم ممکن است از مقاومت برش لازم برای مخلوط موثر فاقد باشند، نیاز به طراحی پیچ های تخصصی با افزایش جریان مقاومت.

نقش اکسترودر لاستیک در ترکیب، از هویت سنتی آن به عنوان یک ماشین شکل گیری فراتر رفته است تا به یک جزء مرکزی از استراتژی های مخلوط مدرن تبدیل شود.کنترل شده، و مخلوط گرمی کارآمد، extruders مشکلات اساسی پردازش دسته را حل می کنند.

به طور خاص، اکسترودرهای بشکه ای انقلابی در ترکیب ایمن و یکنواخت مواد ضدعفونی کننده ایجاد کرده انددر حالی که دو پیچ و اکسترودرهای تخصصی تغذیه سرد مخلوط کننده پرتابی با شدت بالا را که برای سیستم های پرکننده پیشرفته مانند سیلیس مورد نیاز است فراهم می کنندتوانایی یکپارچه سازی غیرفعال سازی، تصفیه و شکل گیری در یک خط واحد و پیوسته، هزینه های سرمایه، فضای طبقه،و هزینه های نیروی کار در حالی که ارائه سازگاری برتر و کیفیت.

در حالی که صنعت لاستیک به سمت صنعت ۴.۰ حرکت می کند و نیاز به دقت بیشتر در کاربردهای با عملکرد بالا (مانند لاستیک های خودروهای الکتریکی و استومرهای پزشکی) دارد،نقش اکسترودر به عنوان یک ابزار مخلوط دقیق همچنان گسترش خواهد یافتآینده در بهبود بیشتر هندسه پیچ ها، نظارت بر لزوم در زمان واقعی،و سیستم های کنترل حلقه بسته که تضمین می کنند هر کیلوگرم ترکیب از اکسترودر با مشخصات دقیق مورد نیاز برای محصول نهایی مطابقت دارد.