فرایند تولید لوله پلی اتیلن تک جداره شامل مراحل مختلفی است که در این مقاله سعی داریم ضمن مرور این مراحل، بر عوامل موثر بر کیفیت محصول نهایی حین فرایند تولید نگاهی بیندازیم.
اجزای یک خط تولید PE به اجمال عبارتند از ۱-مخازن و مکنده های مواد اولیه ۲- اکسترودر ۳- خنک کن ها ا۴- دستگاه های کشش ۵- مارکینگ۶- برش ۷- دستگاه بسته بندی به طور خلاصه پروسه تولید با ورود مواد اولیه به صورت دانه ای شکل(گرانول) از قیف به ورودی اکسترودر آغاز می شود در داخل اکسترودر با انتقال بوسیله ماردون در طول سیلندر تحت گرمای هیترها(Barrel Heaters) و نیز حرارت ناشی از برش تیغه های ماردون، گرم و مذاب می شود.
دمای تنظیمی فرایند اکستروژن برای پلی اتیلن ۲۰۰ تا ۲۲۵ درجه سانتیگراد است. عمق تیغه ها(Channel-Depth یا flight depth) در طول ماردون کاهش یافته موجب فشرده شدن مواد مذاب به سمت خروجی اکسترودر می گردد.
و در خروجی، مواد مذاب یک دست و همگن با عبور از قالب (کلگی یا هد) به سایز مورد نظر برای لوله نهایی در می آید و در این مرحله است که میتواند با تعویض قالب با سایزهای مختلف، سایزهای مختلف لوله تولید شود. در مراحل بعد لوله با گذشتن از تانک خلا همزمان با خنک کاری با آب، در کالیبراتور شکل نهایی را به خود می گیرد سپس خنک کاری بیشتر، مارکینگ و بسته بندی
ورود مواد پلی اتیلن
مواد اوليه پس از خشک شدن وارد اکسترودر می شود. جذب احتمالی رطوبت توسط پليمر ها باعث افت ويژگي هاي مكانيكي، ظهور حباب و لكه هاي سطحي در آن مي گردد پس باید قبل از ورود مواد به اکسترودر، رطوبت از مواد خارج گردد. گرانول ها به طور پيوسته توسط خشك كن ها ي هواي داغ خشك شده و برای انتقال به اکسترودر آماده میشوند.
ورود به اکسترودر
نقطه آغاز فرایند و قلب تپنده خط تولید را اکسترودر تشکیل می دهد.شکل زیر، شماتیک یک اکسترودر را برای تولید لوله پلی اتیلن PE نشان می دهد.
همانطور که در شکل مشاهده میکنید فرایند اکستروژن در سه ناحیه مجزا، کامل میشود. ناحیه های تغذیه، فشار و سنجش.
الف) ناحيه تغذيه (Feed Zone): كارناحيه تغذیه، علاوه بر دادن گرماي اوليه به گرانولها انتقال آن به نواحي بعدي است .در این ناحیه عمق تیغه های ماردون بیشتر از دو ناحیه دیگر است و طراحي آن به گونه ای است که با توجه به طبيعت پلاستیک و خواص اصطكاكي آن نسبت به ماردون و محفظه، اکسترودر بتواند تغذیه متعادلی داشته باشد.
ب) ناحيه تراكم و فشردگي
(Compression Zone):
کاهش عمق تیغه های ماردون در اين ناحيه، موجب متراكم شدن و فشردگي مواد مذاب مي شود یعنی اینکه در این ناحیه ضخامت پلاستیک مذاب کاهش یافته و انتقال حرارت آن با دیواره سیلندر بهتر صورت میگیرد. فشردگي در این مرحله باعث میشود هواي محبوس در داخل مواد، به ناحيه تغذيه باز گردانده شود.
ج) قسمت سنجش:
در اين ناحيه، عمق تیغه های ماردون كمتر میشود اما ثابت می ماند. در اين مرحله، مذاب به صورت همگون و يكنواخت در مي آيد به طوري كه با آهنگ ثابتي در درجه حرارت و فشار يكسان و ثابت، به قالب یا حديده وارد مي شود. شکل پیچ(screw) در زیر نشان داده شده است.
نکته:
امروزه برای كنترل دقیق خروجی اکسترودر و سرعت تولید به صورت بهينه، سیستم های كنترل اتوماتيك گراویمترک توسعه یافته اند که با تعدیل نوسانات حاصل از تغییر در شرایط کاری، تاحد ممکن موجب ثبات خصوصیات محصول نهایی میگردند.
خنک کاری، برش و مارکینگ
همانگونه که در بالا ذکر شد پس از خروج پلاستیک مذاب از خروجی اكسترودر و شکل گیری لوله در قالب، سایزهای مختلف لوله پلی اتیلن را میتوان تولید کرد. مراحل بعد شامل گذر از کالیبراتور(از جنس آلیاژ فسفر-برنز) در داخل تانک خلا و خنک کاری با آب است. (شکل زیر )
از آنجايي كه پلی اتیلن از نوع پليمر هاي نیمه بلورين است، سرعت خنك سازي نقش مهمي در تعيين ميزان بلورينگي و در نتيجه خواص نهايي محصول دارد . سرعت خنک کاری باید بصورتی باشد که نواحی بلورین در ساختار لوله پلی اتیلن در حد متعادل سازمان یابند.
در این مرحله، دماي آب تا خنک شدن کامل لوله، مكانيزم خنك سازي و سرعت توليد، مهمترين پارامتر هايی هستند که کیفیت نهایی را تحت تاثیر قرار می دهند.
نکته:
در طول فرايند خنك سازی، گراديانی دمايي بين سطح داخلی و خارجی لوله تشكيل مي شود به گونه اي كه سطح داخلي با سرعت كمتري خنك مي شود كه خود باعث بلورينگي بيشتر سطح داخلي مي شود که رعایت فاصله گذاری تانکهای خنک کننده را می طلبد.
پس از سرد شدن، لوله پلی اتیلن طبق استاندارد ملی یا بین المللی تولید، نشانه گذاری، بسته بندی و به انبار محصول وارد میشود
