سوال فرآیندکاران: چه خروجی می توان انتظار داشت؟

برگردان: دکتر فاطمه خودکار

چکیده

فرایندکاران این سوال را از طراحان ماردان زیاد می­پرسند. اما نه برونداد و نه دمای مذاب نمی­تواند بدون داشتن جزئیات بسپار و فشار کلگی (head pressure) پیش­بینی شود.

ماردان رانشگر (اکسترودر) به تنهایی، سامانه­ی پیچیده­ای نیست. ماردان تنها جزئی است که اثر متقابل با طراحی رانشگر، رئولوژی و سایش­شناسی (تریبولوژی) بسپار و فشار کلگی دارد. شما نمی­توانید بدون دانستن تمام این اطلاعات، برونداد و دمای مذاب را برای طراحی ماردان معینی پیش­بینی کنید. برای رانشگر با طراحی ماردان معلوم، برونداد و دمای مذاب به شدت تحت تاثیر مشخصات بسپار و فشار کلگی است.

با سیالات نیوتنی نظیر روغن، آب یا شربت که در دمای مشخص گرانروی ثابتی دارند، افت فشار ناشی از ریژه (tooling) تحت شرایط هم­دما با برونداد نسبت مستقیم دارد. به عبارت دیگر، با دوبرابر شدن برونداد انتظار می­رود فشار کلگی دوبرابر شود. این مشخصه­ی ریژه (دای) است و به صورت رابطه زیر بیان می­شود. در این رابطه، Q، برونداد، Dp افت فشار ناشی از ریژه، m گرانروی سیال و K مشخصه­ی ریژه است.

Q=KDp/m

این رابطه برای بسپارها بکار نمی­رود، زیرا رفتار غیرنیوتنی یا روان­شوندگی برشی (shear-thinning) با افزایش دما و آهنگ برش نشان می­دهند. بنابراین در برونداد دلخواه، گرانروی بسپار (m) با توجه به آهنگ برش و دما در سراسر ریژه تغییر می­کند و برای پیش­بینی فشار کلگی، باید از داده­های گرانروی بسپار/ آهنگ برش استفاده کرد.

همان­طور که در شکل 1 مشاهده می­شود، اثر رقیق شدن برشی برای هر بسپار و نوع آن متفاوت است. به علاوه، هر منحنی به ترتیب با افزایش یا کاهش دما، به سمت پایین یا بالا منحرف می­شود. اثر آهنگ برش و دما روی گرانروی بسپار درون ریژه می­تواند منجر به تغییرات قابل توجه افت فشار ناشی از ریژه شود.

[EasyDNNGallery|17840|Width|200|Height|200|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

شکل 1: اثر روان­شوندگی برشی

محاسبات جریان درون ریژه، به علت نوسانات جریان و آهنگ­های برش بسیار مختلف که در اکثر ریژه­ها رخ می­دهد، بسیار پیچیده است. اثر مشابه در ماردان نیز رخ می­دهد، زیرا قابلیت پمپ کردن آن با آهنگ برش، دما و در نتیجه گرانروی بسپار ارتباط دارد. مشخصه­ی ماردان از طریق اختلاف بین جریان غژکی (drag flow) و جریان فشاری تعیین می­شود. محاسبات جریان فشاری به گرانروی و کانال­ های ماردان بستگی دارد. زیرا محاسبات در ریژه و ماردان کاملا متفاوت است و حتی اگر گرانروی در هر دو برابر باشد، روش یکسانی برای محاسبه­ی اثر خالص وجود ندارد. با هر یک باید به طور جداگانه برخورد کرد.

از آنجایی که فشار در هر دو انتهای فرایند رانشگری، فشار جو است، به منظور دستیابی به سامانه­ای متعادل، فشار ناشی از ماردان باید معادل افت فشار ناشی از ریژه باشد. بنابراین برای تعیین برونداد واقعی، باید اثر متقابل ماردان و ریژه را درنظر گرفت. چنانچه افت فشار برای به جلو راندن بسپار در طول ریژه تغییر کند، برونداد ماردان به طور عکس تحت تاثیر جریان فشاری درون ماردان قرار می­گیرد. جریان فشاری، افت برونداد در نتیجه­ی افزایش فشار کلگی است. با اعمال جریانی معکوس در ماردان (یا بازچرخانی جریان در بخش پمپش ماردان) که بسیار شبیه بستن شیر در هر پمپ سیالی است (و ماردان یک پمپ حلزونی است) چه رخ می­دهد: افت فشار بیشتر در ریژه، برونداد کم­تر ماردان در سرعت ماردان معین، و فشار  کم­تر.

متن کامل این مقاله را در شماره 176 ام ماهنامه بسپار که در اردیبهشت ماه منتشر شده است بخوانید.

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های 02177523553 و 02177533158 داخلی 3 سرکارخانم ارشاد تماس بگیرید. امکان اشتراک آنلاین بر روی صفحه اصلی همین سایت وجود دارد. 

[EasyDNNnewsLink|244]