چرا دماهای سیلندر اثر کمی بر دمای مذاب دارد؟!
گروه ترجمه و تولید محتوا در بسپار/ ایران پلیمر رانشگرها (اکسترودرها) مانند گرم خانه ها (ovens) نیستند. افزایش پروفیل دمایی سیلندر بر دمای مذاب تاثیر زیادی نمیگذارد. در این مقاله علت آن بحث میشود.
فرایندکارهای رانشگری تمایل به ایجاد انواع پروفیل‌های دمایی سیلندر برای کنترل دمای مذاب دارند. اما به‌طورکلی، این تلاش‌ها بیهوده است. سیلندر اکسترودر به دلایل مختلف مانند یک گرمخانه عمل نمی‌کند. اول اینکه بسپار، رسانای گرمای بسیار ضعیفی است (در واقع، پلاستیک‌ها عایق عالی هستند). دوم اینکه بسپار زمان کمی برای جذب یا گرفتن گرما دارد. و در نهایت، اختلاف دمای کمی برای انتقال گرما بین بسپار و سیلندر وجود دارد.
برای مثال، فولاد 120 برابرLDPE رساناتر است، بنابراین گرمایش یا سرمایش سیلندر روی دمای سیلندر به‌سرعت تاثیر میگذارد، اما روی دمای بسپار تاثیر نمیگذارد. سپس مسئله زمان اقامت وجود دارد. ساعت‌ها طول میکشد تا یک بوقلمون درون فر بپزد. اما متوسط زمان اقامت در یک اکسترودر 6 اینچی با L/D 1/24 که LDPE را با آهنگ 1000 پوند بر ساعت رانشگری میکند کمی بیش از 5/6 دقیقه است.
در اکسترودر بزرگتر، افزایش عمق کانال به معنی نسبت کوچک‌تر سطح سیلندر به حجم بسپار برای انتقال گرما است. با همان گرمکنهای سیلندر که در حداکثر گرمایش کار می‌کنند، گرم کردن بسپار می‌تواند چندین ساعت طول بکشد تا ماردان بتواند بچرخد. در نهایت، باید اختلاف دمایی (دلتا T) برای انتقال گرما وجود داشته باشد.
در یک اکسترودر، ذوب شدن و افزایش دما، عمدتا به‌وسیله برش بسپار ایجاد میشود. آهنگ برشی در دیواره سیلندر بیشترین مقدار است و در نتیجه جایی است که ذوب آغاز میشود. معمولا پس از 3 تا 5 دور چرخش، یک فیلم مذاب نزدیک دیواره سیلندر، تشکیل میشود. این فیلم، دمای مذابی در حدود یا بیش از دمای سیلندر ایجاد میکند. سپس فیلم در طول ماردان رشد میکند و در نهایت کانال پر میشود.
از آنجایی که گرما نمی‌تواند منتقل شود مگر با وجود اختلاف دما که آن نیز به نسبت کوچک است، آهنگ انتقال گرما کاهش مییابد. محاسبات انجام شده توسط Tadmor و Klein برای آهنگ ذوب کلی نشان میدهد که سهم گرمای سیلندر به‌شدت وابسته به اختلاف دما است.
از آنجایی که انتقال گرما از سیلندر به فیلم مذاب محدود شده است، بنابراین انتقال گرما از فیلم به جامد است. این به خاطر آهنگ انتقال گرمای بسیار کم بسپار و زمان اقامت کوتاه است. زمانیکه سیلندر سرد میشود، وضعیت کمی متفاوت است اما نتیجه با همان پارامترها تحت تاثیر قرار می‌گیرد.
مقدار گرمای منتقل شده در حین سرمایش به‌شدت به گرانروی بسپار بستگی دارد. با سرمایش سیلندر به کمتر از دمای مذاب، می‌توان انتظار داشت که گرمای مذاب خارج شود و به دیواره سیلندر بسیار رسانا منتقل شود. اما این با تغییر در گرانروی که به دلیل سرد شدن مذاب مجاور دیواره سیلندر رخ میدهد، پیچیدهتر میشود. سرمایش باعث میشود که گرانروی در نزدیکی دیواره افزایش یابد و تنش برشی در مذاب افزایش یابد. این باعث میشود که انرژی بیشتری از چرخش ماردان به مذاب منتقل شود و می‌تواند بسیاری یا حتی کل اتلاف گرما به سیلندر را جبران کند.
سپس اثربخشی سرمایش سیلندر به‌شدت به تغییر گرانروی بسپار با دما بستگی دارد. بدون منحنیهای آهنگ برشی/ گرانروی در دماهای مختلف، مرجع خوب برای بسپارها می‌تواند شاخص قوام (consistency index) (ضریب قانون توانی در شارش برشی) باشد (جدول 1). شاخص قوام وابستگی گرانروی بسپار به دما را بازتاب میکند و با عدد بزرگتر نشان‌دهنده تغییر بیشتر گرانروی با دما است.
برگردان : دکتر فاطمه خودکار
(ادامه دارد…)
متن کامل این مقاله را در شماره 207 ماهنامه بسپار که در نیمه دی ماه منتشر شده، بخوانید.
در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های 02177523553 و 02177533158 داخلی 3 سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق فیدیبو قابل دسترسی است.
