اختصاصی بسپار/ روش صحیح طراحی راهک در رانشگرهای (اکسترودر) تک ماردان

بسپار/ایران پلیمر طراحی راهک یا گازراه (vent) برای رانشگرهای تک ماردان نیازمند درک جریان بسپار در کانال‌‌های ماردان است. برخی از طرح‌ها موثرتر از بقیه هستند. در این مقاله، چند دستورکار برای طراحی راهک آورده شده است.

برای طراحی واقعی ماردان یک رانشگر راهک‌‌دار در یک رانشگر تک ماردان ابتدا باید بدانید که راهک‌‌های رانشگر واقعا چگونه کار می‌کنند. به شکل 1 نگاهی بیاندازید. اولین ‌بخش پیمایش (metering ) (A)معمولا به طور کامل با بسپار پر می‌شود، و با رفتن به ‌بخش راهکدار (B) حجم کانال افزایش می‌یابد تا هرگونه فشار در آن ناحیه حذف شود و فضای باز ایجاد شود.
فضای باز در قسمت پایین جریان کانال ماردان شکل می‌گیرد؛ زیرا پره زاویه‌‌دار ماردان، بسپار موجود را فشار می‌دهد. برای جلوگیری از هر گونه جریان راهک که سوراخ را به جو یا خلاء متصل می‌کند، یک درونه راهک یا منحرف‌‌کننده (deflector) در دهانه راهک سیلندر مورد نیاز است. طراحی منحرف‌‌کننده بسیار مهم است بدون آن هیچ طرح ماردانی به درستی هواگیری نمی‌کند.

منحرف‌‌کننده به گونه‌ای پیکربندی شده است که مقدار بسپاری که با عبور پره ماردان از دهانه راهک (C) فشرده شده، زدوده می‌‌شود و در ناحیه بدون فشار (relief area) انباشته می‌‌شود. مقدار آن باید به اندازه‌ای کوچک باشد که فقط تا حدی ناحیه بدون فشار را بدون فشار دادن هیچ بسپاری در سوراخ راهک پر کند. مقدار گیر افتاده در ناحیه بدون فشار با حرکت پره بعدی خارج می‌شود و به سادگی دوباره پر می‌شود. اگر ناحیه بدون فشار به اندازه مناسبی باشد که زدوده ‌شود، مسیر راهک به جو باز می‌ماند و به یک فرایند حالت پایدار تبدیل می‌شود که به گازها اجازه خروج می‌دهد.
طراحی مناسب راهک مستلزم درک جریان بسپار در کانال‌های ماردان است و فقط یک نسبت ساده به اولین عمق پیمایش نیست. درک این اصول طراحی ماردان آسان‌تر می‌‌شود اگر نقطه مشاهده به گونه‌ای تغییر داده شود که فرض شود سیلندر می چرخد و ماردان ثابت است. مثل این است که در یک چرخ و فلک باشید و منظره اطراف را تماشا کنید. این که شما در چرخ و فلک روشن یا خاموش باشید، هیچ تاثیری بر نتایج ندارد.
مذاب بسپار همیشه به هر دوی ماردان و سیلندر چسبیده است و اگر نقطه مشاهده متفاوت یک ماردان ثابت را فرض کنیم، حرکت بسپار در بالای کانال برابر با سرعت چرخش سیلندر در دیواره سیلندر و صفر در بدنه ماردان است (شکل 2). در سراسر عمق کانال، بسپار با ترکیب تنش برشی حاصل از چرخش ماردان و زاویه پره ماردان به جلو منتقل می‌شود.

شکل سه بعدی دقیق منحنی تنش برشی و سرعت حاصله (V) پیچیده است و تا حد زیادی به گرانروی بسپار بستگی دارد. برای یک کانال نیمه پر در ناحیه راهک (B در شکل 1) هر چه گرانروی کمتر باشد، بسپار بیشتر می‌‌ریزد (sag) و باعث کاهش ناحیه در تماس با سیلندر می‌شود. علاوه بر این، میزان تنش برشی با نزدیک شدن به کف ماردان سریع‌تر افت می‌کند. که تاثیر منفی بر آهنگ جریان درون راهک دارد.
بنابراین طراحی مناسب راهک مستلزم دانستن گرانروی در آهنگ برشی و دمای مذاب بسپار درون راهک است. سپس انتقال به جلو یا برون‌‌داد، ترکیبی از زاویه پره و گرانروی و مقدار بسپار در تماس با دیواره سیلندر (B) است. این، برخلاف کانال کاملا پر است که در آن کل عرض کانال به انتقال به جلو کمک می‌کند.
با عمیق شدن کانال و ورود به ‌بخش فشارزدایی (decompression)، مقدار بسپار در تماس با دیواره سیلندر کاهش می‌یابد. این کاهش باید با افزایش حجم کانال جبران شود. اما این صرفا یک نسبت ثابت نیست، بلکه ترکیبی از چندین ویژگی طراحی ماردان و گرانروی بسپار در آن محل متحرک است.
عمق کانال می‌تواند به طرز شگفت‌‌انگیزی ارتباط کمی با مقدار انتقال رو به جلو داشته باشد، زیرا همیشه توسط میزان عرض بسپار در تماس با دیواره سیلندر (در کف ماردان صفر است) و هم‌‌چنین گرانروی کنترل می‌شود. اگر جریان راهک وجود داشته باشد، یکی از عکس‌‌العمل‌‌های معمول، عمیق ‌کردن کانال‌ ماردان در زیر راهک است که اغلب تاثیر کمی دارد.
‌بخش‌‌های فشارزدایی با طراحی دقیق، بسیار کم وجود دارد؛ زیرا در طراحی ماردان استفاده از نسبت به اولین عمق پیمایش برای طراحی راهک معمول است. معمولا این نسبت بین 2 به 1 و 3 به 1 به اولین عمق پیمایش است. با این حال، طراحی مناسب نیز باید بر اساس یک سِری محاسبات به جای یک نسبت ساده باشد. هنگام طراحی برای بسپارهای جدید یا آن‌‌هایی که با پرکننده‌ها اصلاح شده‌اند، حاوی مواد فرار قابل توجه و افزودنی‌های مختلف هستند این رویکرد همیشه کار نمی‌کند. به عنوان مثال، طراحی راهک به ویژه برای بسپارهای با جریان مذاب زیاد مهم است، زیرا شدت تنش برشی به سمت بدنه ماردان سریع‌‌تر افت می‌‌کند و جریان جرمی را کاهش می‌دهد.

برگردان: دکتر فاطمه خودکار
[email protected]

(ادامه دارد …)

متن کامل این مقاله  را در شماره 250 ماهنامه بسپار که در نیمه مرداد ماه 1402 منتشر شده است، می خوانید.

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه  و  فیدیبو  قابل دسترسی است.