10 مشکل رایج در فرایند اکستروژن و نحوه برطرف کردن آن‌ها

توقف خط تولید به دلیل بروز یک ایراد غیرمنتظره در محصول، یکی از چالش‌های رایج اپراتورها و مهندسان فرآیند است. شناسایی سریع علت اصلی و اعمال تنظیمات صحیح، تفاوت میان یک توقف کوتاه و یک شیفت کاری از دست رفته را مشخص می‌کند. مشکلات فرایند اکستروژن، از اعوجاج پروفیل گرفته تا ایرادات سطحی، تقریباً همیشه دارای راهکارهای مشخصی هستند که نیازمند دانش فنی و تجربه عملی‌اند.

در این راهنمای جامع، ما به بررسی ۱۰ مورد از رایج‌ترین چالش‌ها در اکستروژن پلاستیک و پلیمر می‌پردازیم. این مقاله یک چک‌لیست عملی برای عیب یابی اکستروژن است که به شما کمک می‌کند علائم را شناسایی کرده، علت‌های ریشه‌ای را درک کنید و به یک راه حل مشکلات اکستروژن دست یابید.

ما درک می‌کنیم که هنگام توقف خط تولید، هر دقیقه اهمیت دارد. اگرچه این راهنما ۱۰ مشکل رایج را پوشش می‌دهد، اما شاید شما به پاسخی سریع‌تر و متمرکزتر برای مشکل خاص خود نیاز داشته باشید. برای این منظور، ما یک ابزار عیب‌یابی هوشمند و تعاملی طراحی کرده‌ایم. این ابزار به عنوان یک دستیار متخصص عمل می‌کند تا به شما در شناسایی دقیق مشکل کمک کند.

شما می‌توانید از «حالت ویزارد» برای تشخیص گام به گام (پرسش و پاسخ) استفاده کنید یا در «حالت دستی» مستقیماً سوال خود را تایپ نمایید.

یکی از قابلیت‌های اصلی این ابزار، امکان آپلود عکس از محصول معیوب است. هوش مصنوعی ما تصویر را تحلیل کرده تا به تشخیص دقیق ایراد (مانند حباب، پوست کوسه‌ای یا تاب‌خوردگی) کمک کند و سپس راه‌حل‌های فنی و عملی برای رفع آن ارائه دهد.

برای دریافت یک تشخیص تخصصی و فوری، از ابزار زیر استفاده کنید:

مشکل ۱: شکست مذاب (Melt Fracture) و مشکل پوست کوسه‌ای (Sharkskin)

این گروه از مشکلات، به عنوان رایج‌ترین ایرادات کیفی سطح شناخته می‌شوند. شکست مذاب و پوست کوسه‌ای مستقیماً بر ظاهر نهایی و گاهی بر خواص فیزیکی محصول تأثیر می‌گذارند. درک تفاوت این دو و علت ریشه‌ای مشترک آن‌ها، اولین گام برای دستیابی به یک سطح محصول صاف، براق و بدون عیب است.

این مشکل چه ظاهری دارد؟ (علائم شناسایی)

این دو پدیده، که اغلب به هم مرتبط هستند، مستقیماً بر کیفیت سطح نهایی محصول تأثیر می‌گذارند.

• شکست مذاب (Melt Fracture): این مشکل به صورت اعوجاج شدید، نامنظم و اغلب مارپیچی بر روی سطح اکسترودیت (محصول خروجی) دیده می‌شود. سطح به جای صاف بودن، ظاهری ترک‌خورده یا گسسته دارد.
• پوست کوسه‌ای (Sharkskin): این یک نسخه ملایم‌تر از شکست مذاب است. سطح محصول به جای شفاف و براق بودن، مات، کدر و دارای خطوط ریز و عمود بر جهت جریان (شبیه به بافت پوست کوسه) می‌شود.

علت شکست مذاب یا پوست کوسه ای در اکستروژن چیست؟

علت اصلی هر دو پدیده، اعمال تنش برشی (Shear Stress) بیش از حد به پلیمر مذاب، درست در لحظه خروج از قالب (Die) است.

• وقتی پلیمر مذاب به لبه‌های خروجی قالب می‌رسد، سرعت آن در دیواره‌ها صفر است اما در مرکز، حداکثر می‌باشد. این اختلاف سرعت شدید (گرادیان سرعت) باعث ایجاد تنش می‌شود.
• اگر این تنش از آستانه تحمل پلیمر فراتر رود، مذاب قبل از اینکه فرصت خنک شدن و تثبیت را پیدا کند، دچار “پارگی” یا گسستگی الاستیک می‌شود.
• ویسکوزیته بالای مواد مذاب و سرعت تولید (خروجی) بالا، این تنش را تشدید می‌کنند.
• طراحی نامناسب قالب، به خصوص لبه‌های ورودی تیز (Sharp Edges) به جای لبه‌های گرد (Rounded)، می‌تواند باعث شروع این پدیده شود.

راه حل سریع: رفع ماتی سطح و شکست مذاب

هدف اصلی در اینجا کاهش تنش برشی در خروجی قالب است:

• افزایش دمای قالب (Die Temperature): این کار مستقیماً ویسکوزیته مذاب را در نزدیکی دیواره‌های قالب کاهش می‌دهد. مذاب روان‌تر، تنش کمتری را تجربه می‌کند و سطح صاف‌تری ایجاد می‌شود. (افزایش ۱ تا ۳ درجه سانتی‌گراد می‌تواند تفاوت محسوسی ایجاد کند).
• کاهش سرعت اسکرو (RPM): این کار مستقیماً سرعت تولید و در نتیجه، تنش برشی را کاهش می‌دهد. این راه‌حل فوری‌ترین پاسخ است، اگرچه ممکن است بر راندمان تولید تأثیر بگذارد.
• استفاده از کمک فرآیندها (Processing Aids): افزودن موادی مانند روان‌کننده‌های خارجی (External Lubricants) یا کمک فرآیندهای پلیمری (PPA) به فرمولاسیون، به لغزش بهتر مذاب روی دیواره فلزی قالب کمک کرده و تنش را کاهش می‌دهد.

شکست مذاب یک پدیده پیچیده رئولوژیکی است. برای تحلیل فنی کامل، بررسی فرمول‌های محاسباتی و راه‌حل‌های دائمی مرتبط با اصلاح هندسه قالب، مقاله اختصاصی ما را در مورد شکست مذاب در محصولات پلیمری مطالعه کنید.

مشکل ۲: نوسان در خروجی یا سِرجینگ (Surging)

Surging یا نوسان خروجی، مشکلی در پایداری فرآیند است تا یک عیب ظاهری صرف. این پدیده به عدم یکنواختی در دبی (Flow Rate) مواد خروجی از قالب اطلاق می‌شود و می‌تواند کل خط تولید را تحت تأثیر قرار دهد. تثبیت خروجی برای حفظ تلرانس‌های ابعادی، به‌ویژه در محصولاتی مانند لوله و پروفیل، حیاتی است.

این مشکل چه ظاهری دارد؟

سِرجینگ (Surging) یا نوسان در خروجی، یکی از مشکلات اساسی در کنترل فرآیند است که به صورت نوسانات دوره‌ای (Pulsation) در خروجی مواد از قالب مشاهده می‌شود.

• به جای خروج یکنواخت و پیوسته، محصول به صورت موجی یا ضربانی خارج می‌شود.
• این نوسان مستقیماً منجر به ضخامت ناپایدار در محصول نهایی می‌گردد (بخش‌هایی نازک و بخش‌هایی ضخیم).
• علائم دیگر شامل نوسان در آمپر موتور اصلی دستگاه اکسترودر و نوسان در فشار مذاب (Melt Pressure) است.

علت نوسان مواد در اکسترودر (Surging) چیست؟

علت ریشه‌ای Surging، عدم تغذیه یکنواخت و پایدار مواد جامد (گرانول یا پودر) به ناحیه ذوب اسکرو است.

• تغذیه نامناسب مواد: این شایع‌ترین علت است. گرانول‌ها در دهانه قیف (Hopper) به هم چسبیده و یک “پل” (Bridge) ایجاد می‌کنند که مانع سقوط یکنواخت مواد به داخل اسکرو می‌شود.
• دمای نامناسب ناحیه تغذیه: اگر دمای این ناحیه (اولین ناحیه سیلندر) بیش از حد بالا باشد، گرانول‌ها به جای انتقال، زودتر از موعد نرم شده و به سطح فلزی اسکرو یا سیلندر می‌چسبند و جریان را مختل می‌کنند.
• طراحی نامناسب اسکرو: اگر اسکرو برای مواد فعلی طراحی نشده باشد (مثلاً عمق کانال در ناحیه تغذیه کم باشد)، توانایی انتقال یکنواخت مواد جامد را نخواهد داشت.
• یکنواخت نبودن مواد اولیه: وجود درصد زیادی پودر نرمه (Fines) در کنار گرانول‌های درشت، می‌تواند تراکم مواد ورودی به اسکرو را به طور مداوم تغییر دهد.

راه حل: چگونه خروجی اکسترودر را تثبیت کنیم؟

برای رفع نوسان، باید بر روی تثبیت جریان مواد جامد در ورودی تمرکز کرد:

• بررسی سیستم تغذیه و قیف: از جریان روان مواد به داخل گلویی اکسترودر (Throat) اطمینان حاصل کنید. در صورت نیاز از ویبراتور (Vibrator) یا همزن مکانیکی روی قیف برای شکستن پل مواد استفاده کنید.
• تنظیم مجدد پروفایل دمایی: دمای ناحیه تغذیه (Feed Zone) را بررسی کنید. در بسیاری از موارد، کاهش دمای این ناحیه (برای جلوگیری از چسبندگی زودهنگام) می‌تواند به تثبیت تغذیه کمک کند. این ناحیه باید به اندازه‌ای خنک باشد که مواد جامد را به جلو “هل” دهد.
• اطمینان از یکنواختی مواد: در صورت امکان، مواد اولیه را از نظر اندازه و شکل بررسی کنید تا از یکنواختی آن‌ها مطمئن شوید.
• بررسی سیستم خنک‌کاری گلویی: گلویی اکسترودر (Feed Throat) باید به طور موثر خنک شود تا از ذوب شدن و چسبیدن مواد قبل از ورود به اسکرو جلوگیری گردد.

مشکل ۳: حباب یا وُید در محصول (Bubbles / Voids)

وجود حباب، حفره یا تخلخل داخلی (وُید) یکی از جدی‌ترین ایرادات ساختاری است که می‌تواند یکپارچگی و خواص مکانیکی محصول نهایی را به شدت تضعیف کند. این مشکل زمانی رخ می‌دهد که گازها (اعم از هوا، رطوبت یا گازهای ناشی از تجزیه) در داخل مذاب پلیمری محبوس شده و قبل از انجماد فرصت خروج پیدا نکنند.

این مشکل چه ظاهری دارد؟

• حباب‌های سطحی (Blisters): برآمدگی‌ها یا تاول‌های کوچک روی سطح محصول که نشان‌دهنده گاز محبوس شده در زیر یک لایه نازک پلیمری است.
• حفره‌های داخلی (Voids): در بررسی مقطع عرضی محصول، حفره‌های خالی، کشیده یا گردی مشاهده می‌شود که نشان‌دهنده وجود گاز در هسته مرکزی مذاب بوده است.
• رگه‌های نقره‌ای (Silver Streaks): گاهی اوقات رطوبت به صورت رگه‌های براق یا نقره‌ای رنگ در جهت جریان روی سطح محصول ظاهر می‌شود.

علت حباب زدن در اکستروژن (نقش رطوبت مواد اولیه)

علت اصلی این مشکل، وجود مواد فرّار (Volatiles) در مذاب است که در فشار بالای داخل اکسترودر به صورت مایع یا حل‌شده هستند، اما هنگام خروج از قالب و کاهش ناگهانی فشار، به گاز تبدیل شده و منبسط می‌شوند.

• مهم‌ترین علت: رطوبت‌گیری ناکافی مواد (Drying): این شایع‌ترین دلیل است. بسیاری از پلیمرها (مانند PET, PC, PA) جاذب‌الرطوبه (Hygroscopic) هستند و رطوبت محیط را به خود جذب می‌کنند. اگر این رطوبت قبل از ورود به اکسترودر از طریق سیستم خشک‌کن پلیمری (Dryer) به درستی حذف نشود، در سیلندر به بخار آب تبدیل شده و حباب ایجاد می‌کند.
• تجزیه حرارتی مواد (Degradation): اگر دمای مذاب بیش از حد بالا باشد یا مواد برای مدت طولانی در سیلندر بمانند (به دلیل وجود نقاط مرده)، پلیمر شروع به تجزیه شیمیایی کرده و گاز تولید می‌کند.
• هوای محبوس شده (Trapped Air): هوایی که به طور طبیعی بین گرانول‌ها یا پودر در ناحیه تغذیه وجود دارد، اگر توسط اسکرو به درستی فشرده و خارج نشود، می‌تواند در مذاب محبوس بماند.

راه حل: رفع حباب در پلاستیک و اهمیت رطوبت‌گیری

• خشک کردن مواد اولیه طبق دستورالعمل: اطمینان حاصل کنید که مواد اولیه (مخصوصاً پلیمرهای مهندسی) در دما و زمان مناسب تعریف شده توسط سازنده، رطوبت‌گیری شده‌اند. استفاده از گاز خشک‌کن (Dehumidifying Dryer) با نقطه شبنم (Dew Point) پایین، حیاتی است.
• بررسی سیستم ونتینگ (Venting): اگر اکسترودر شما دارای سیستم گازگیر (Vent Port) است (معمولاً در اکسترودرهای دو ماردون)، اطمینان حاصل کنید که این پورت باز، تمیز و دارای خلاء کافی برای مکش گازها و رطوبت از مذاب است.
• کاهش دمای فرآیند: پروفایل دمایی را بررسی کنید. اگر دما بیش از حد بالا باشد، آن را به تدریج کاهش دهید تا از تجزیه حرارتی مواد جلوگیری شود، به خصوص در نواحی انتهایی سیلندر و قالب.

مشکل ۴: سوختگی مواد یا لکه‌های سیاه (Degradation / Black Specks)

سوختگی مواد و لکه‌های سیاه یکی از مشکلات رایج در فرایند اکستروژن هستند که نه تنها به کیفیت ظاهری محصول آسیب می‌رسانند، بلکه می‌توانند خواص مکانیکی و عملکردی آن را نیز کاهش دهند. این ایراد نشان‌دهنده تجزیه حرارتی پلیمر در داخل اکسترودر است.

این مشکل چه ظاهری دارد؟

• لکه‌های سیاه (Black Specks): مشاهده نقاط یا رگه‌های سیاه، قهوه‌ای تیره یا زرد رنگ روی سطح یا در داخل مقطع محصول. این لکه‌ها معمولاً تکه‌های کربن‌شده پلیمر یا مواد افزودنی هستند.
• تغییر رنگ عمومی (Discoloration): محصول به طور کلی ممکن است کدر، مایل به زرد یا قهوه‌ای شود، به خصوص اگر سوختگی در مقیاس وسیع‌تر باشد.
• بوی سوختگی: در اطراف دستگاه ممکن است بوی پلاستیک سوخته به مشام برسد.

علت سوختگی مواد در اکسترودر چیست؟

سوختگی مواد اغلب به دلیل قرار گرفتن پلیمر در معرض دمای بیش از حد یا ماندگاری طولانی‌مدت (Residence Time بالا) در محیطی با دمای بالا اتفاق می‌افتد.

• دمای بیش از حد در یک یا چند ناحیه: اگر دمای یکی از نواحی سیلندر، آداپتور، فلنچ یا قالب به صورت غیرعادی بالا باشد، پلیمر در آن نقطه دچار تجزیه حرارتی می‌شود.
• ماندگاری بیش از حد مواد (Excessive Residence Time):
  • نقاط مرده (Dead Spots): اینها نواحی‌ای در داخل سیلندر، اسکرو، آداپتور یا قالب هستند که جریان مواد در آن‌ها راکد شده یا بسیار کند است. مواد در این نقاط برای مدت طولانی می‌مانند، می‌سوزند و سپس به صورت لکه‌های سیاه وارد جریان اصلی می‌شوند.
  • کاهش سرعت تولید: اگر سرعت خروجی اکسترودر بسیار پایین باشد، زمان ماندگاری کل مواد در دستگاه افزایش یافته و احتمال سوختگی بیشتر می‌شود.
• اسکرو یا قالب کثیف: باقی‌مانده‌های کربن‌زده یا مواد سوخته چسبیده به سطح داخلی اسکرو یا قالب، می‌توانند به عنوان کانون‌های سوختگی عمل کنند و تکه‌های سوخته را به جریان مذاب رها کنند.
• آلودگی مواد اولیه: وجود مواد خارجی یا ناخالصی‌ها در مواد اولیه که نقطه تجزیه پایین‌تری دارند، می‌تواند باعث بروز لکه‌های سیاه شود.

راه حل: جلوگیری از سوختگی و نحوه تمیز کردن اسکرو اکسترودر

• بررسی و تنظیم پروفایل دمایی: تمام نقاط کنترلی دما در سیلندر، آداپتور و قالب را بررسی کنید. مطمئن شوید که دماها طبق دستورالعمل مواد تنظیم شده و هیچ نقطه‌ای دارای دمای غیرعادی بالا نیست. به تدریج دمای نواحی مشکوک را کاهش دهید.
• استفاده از مواد تمیزکننده (Purging Compound): برای پاکسازی اکسترودر، به خصوص هنگام تعویض مواد یا در صورت مشاهده سوختگی، از مواد تمیزکننده مخصوص (Purging Compound) استفاده کنید. این مواد می‌توانند ذرات سوخته چسبیده به سطوح داخلی را جدا کنند.
• بازرسی و حذف نقاط مرده: طراحی قالب، آداپتور و نازل (Die) را برای وجود نواحی با جریان ضعیف بررسی کنید. در صورت نیاز، این نقاط باید اصلاح یا طراحی مجدد شوند تا از تجمع و ماندگاری مواد جلوگیری شود.
• تمیز کردن مکانیکی: در صورت لزوم، دستگاه را باز کرده و اسکرو، سیلندر و قالب را به صورت مکانیکی تمیز کنید تا هرگونه باقی‌مانده کربنی یا چسبیده از بین برود.

مشکل ۵: تاب برداشتن یا ورپيج (Warpage) و اعوجاج پروفیل

اعوجاج یا تاب برداشتن (Warpage) یکی از چالش‌های اصلی در تولید پروفیل‌های پیچیده، ورق‌ها و محصولاتی است که نیازمند تلرانس‌های ابعادی دقیق هستند. این مشکل زمانی رخ می‌دهد که محصول پس از خروج از قالب و در طول فرآیند خنک‌کاری، شکل مورد انتظار خود را از دست داده و دچار خمیدگی، پیچش یا کجی می‌شود.

این مشکل چه ظاهری دارد؟

• محصول نهایی به جای صاف و مستقیم بودن، دچار خمیدگی (Bowing)، پیچش (Twisting) یا کج شدن (Camber) است.
• در محصولات صفحه‌ای (مانند شیت یا فیلم)، لبه‌ها ممکن است بلند شوند یا سطح دچار موج‌دار شدن شود.
• اندازه‌گیری ابعاد در طول‌های مختلف محصول، نتایج یکسانی را نشان نمی‌دهد.

علت تاب برداشتن پروفیل (نقش خنک کاری نامناسب)

علت ریشه‌ای تاب برداشتن پروفیل، انقباض (Shrinkage) غیر یکنواخت در قسمت‌های مختلف محصول در طول فرآیند خنک‌کاری است.

• خنک‌کاری نامتقارن(مهم‌ترین علت): این شایع‌ترین دلیل است. اگر یک طرف پروفیل سریع‌تر از طرف دیگر خنک شود (مثلاً تماس آب یا هوا با یک سطح بیشتر از سطح دیگر باشد)، آن سمت سریع‌تر منقبض شده و باعث کشیدگی و خم شدن کل قطعه می‌شود.
• تنش‌های داخلی ناشی از کشش: اگر سرعت دستگاه کشنده (Puller) بیش از حد زیاد باشد، تنش کششی بالایی به پروفیل داغ و نرم وارد می‌کند. این تنش در محصول “قفل” شده و پس از خنک شدن کامل، خود را به صورت اعوجاج نشان می‌دهد.
• دمای خروجی ناهمسان از قالب: اگر دمای مذاب در نقاط مختلف دهانه قالب (Die Exit) یکسان نباشد، برخی قسمت‌ها داغ‌تر و برخی سردتر بوده و این اختلاف دما منجر به انقباض غیر یکنواخت می‌شود.
• عدم هم‌راستایی (Misalignment): هم‌راستا نبودن قالب، تانک‌های خنک‌کننده (Cooling Tanks) و دستگاه کشنده، می‌تواند نیروی جانبی به پروفیل وارد کرده و آن را کج کند.

راه حل: جلوگیری از اعوجاج با کنترل سیستم خنک‌کاری

• اطمینان از تماس یکنواخت خنک‌کننده: این حیاتی‌ترین گام است. در سیستم‌های خنک‌کاری با آب (Water Bath)، مطمئن شوید که نازل‌ها مسدود نیستند و آب به تمام سطوح پروفیل (بالا، پایین، گوشه‌ها) به طور یکسان برخورد می‌کند. در سیستم‌های هوا، جریان هوا باید متقارن باشد.
• تنظیم دقیق تانک خنک‌کننده و کالیبراتورها: کالیبراتورها (Calibrators) و جیگ‌های نگه‌دارنده (Jigs) باید به درستی تنظیم شده باشند تا پروفیل را در حین سرد شدن در شکل صحیح خود نگه دارند.
• کاهش سرعت کشنده (Puller): سرعت کشنده را تا حد امکان کاهش دهید، فقط به اندازه‌ای که محصول را بدون ایجاد تنش اضافی از خط عبور دهد.
• بررسی هم‌راستایی خط: از هم‌راستا بودن کامل قالب، کالیبراتورها و کشنده اطمینان حاصل کنید.

مشکل ۶: ضخامت ناهمسان یا ضخامت ناپایدار

حفظ یکنواختی ضخامت، یکی از مهم‌ترین جنبه‌های کنترل کیفیت در فرایند اکستروژن است. ضخامت ناهمسان نه تنها بر وزن محصول و هزینه‌های مواد اولیه تأثیر می‌گذارد، بلکه می‌تواند یکپارچگی ساختاری و خواص مکانیکی محصول نهایی را نیز به خطر بیندازد. این مشکل می‌تواند به دو شکل بروز کند: ناپایداری ضخامت در طول محصول، یا عدم یکنواختی ضخامت در مقطع عرضی آن.

تشخیص مشکل: چرا ضخامت دیواره یکنواخت نیست؟

• عدم تقارن مقطعی: در محصولاتی مانند لوله، یک طرف دیواره به طور مداوم ضخیم‌تر (یا نازک‌تر) از طرف مقابل است.
• ناهمسانی در عرض: در محصولات صفحه‌ای (مانند ورق یا فیلم)، ضخامت در مرکز با ضخامت در لبه‌ها تفاوت معناداری دارد.
• نوسان طولی: ضخامت محصول در طول‌های مختلف آن متغیر است. این حالت اغلب با نوسان در خروجی یا سِرجینگ (Surging) (که در مشکل ۲ بررسی شد) مرتبط است.

علت یکنواخت نبودن ضخامت محصول چیست؟

علت اصلی به توزیع غیر یکنواخت جریان مذاب در لحظه خروج از قالب باز می‌گردد.

• عدم مرکزیت قالب (Die Misalignment): در اکستروژن لوله و پروفیل‌های توخالی، این شایع‌ترین علت است. مندرل (Mandrel) یا پین مرکزی نسبت به بدنه قالب (Die Body) دقیقاً در مرکز قرار ندارد. این باعث می‌شود شکاف (Gap) در یک سمت بازتر و در سمت دیگر بسته‌تر باشد.
• جریان نامتعادل مذاب (Unbalanced Melt Flow): در قالب‌های پیچیده یا عریض (Flat Dies)، طراحی کانال داخلی ممکن است نتواند مذاب را با فشار و سرعت یکسان به تمام نقاط خروجی برساند.
• گرمایش ناهمسان قالب (Uneven Die Heating): اگر یک بخش از قالب داغ‌تر از بخش دیگر باشد، ویسکوزیته مذاب در آن ناحیه کاهش یافته و جریان مواد در آنجا بیشتر می‌شود، که منجر به افزایش ضخامت در همان سمت می‌گردد.
• نوسان در سرعت کشنده (Puller Speed Variation): اگر دستگاه کشنده با سرعت ثابتی کار نکند یا روی محصول بلغزد، باعث کشیدگی متغیر و در نتیجه نوسان ضخامت در طول محصول می‌شود.

راه حل: کنترل ضخامت در اکستروژن (تنظیمات قالب)

• تنظیم مرکزیت قالب (Die Centering): برای محصولات توخالی، از پیچ‌های تنظیم مرکزیت (Centering Bolts) روی قالب استفاده کنید تا شکاف خروجی به صورت ۳۶۰ درجه یکنواخت شود. این کار معمولاً نیاز به اندازه‌گیری ضخامت در چندین نقطه از محیط محصول و تنظیم تدریجی دارد.
• تنظیم لبه‌های قالب: برای ورق و فیلم، از پیچ‌های تنظیم روی لبه قالب (Flex Lip) استفاده می‌شود تا شکاف خروجی در عرض‌های مختلف بازتر یا بسته‌تر شود و جریان تنظیم گردد.
• بررسی و متعادل‌سازی دمای قالب: اطمینان حاصل کنید که تمام هیترهای روی قالب به درستی کار می‌کنند و دما در تمام نقاط یکسان است.
• سرویس و تنظیم کشنده: از عملکرد صحیح، سرعت ثابت و عدم لغزش دستگاه کشنده اطمینان حاصل کنید.
• رفع مشکل Surging: اگر مشکل نوسان طولی است، به راه‌حل‌های ارائه شده در “مشکل ۲: نوسان در خروجی” مراجعه کنید.

مشکل ۷: تورم قالب یا دای اسول (Die Swell)

تورم قالب (Die Swell)، که گاهی “اثر حافظه” پلیمر نامیده می‌شود، یک پدیده رئولوژیکی (مربوط به جریان مواد) طبیعی در فرایند اکستروژن است. این مشکل به وضعیتی اطلاق می‌شود که در آن مقطع محصول خروجی (اکسترودیت) بلافاصله پس از خروج از قالب، بزرگتر از ابعاد خودِ دهانه قالب می‌شود. این تورم قابل پیش‌بینی است، اما اگر کنترل نشود، دستیابی به تلرانس‌های ابعادی دقیق را بسیار دشوار می‌سازد.

تشخیص مشکل: Die Swell چیست؟ (چرا محصول از قالب بزرگتر است؟)

• شناسایی این مشکل ساده است: ابعاد محصول نهایی (به خصوص ضخامت) به طور قابل توجهی بزرگتر از ابعاد شکاف (Gap) قالب است.
• برای مثال، در تولید ورق، اگر شکاف قالب (Die Gap) روی ۱ میلیمتر تنظیم شده باشد، محصول نهایی ممکن است ۱.۲ میلیمتر یا بیشتر ضخامت داشته باشد.
• این پدیده نباید با تورم ناشی از حباب (مشکل ۳) اشتباه گرفته شود؛ Die Swell یک انبساط یکنواخت و جامد به دلیل ماهیت الاستیک پلیمر است.

علت Die Swell در اکستروژن

علت اصلی این پدیده، “بازیابی الاستیک” (Elastic Recovery) زنجیره‌های پلیمری است.

• در داخل سیلندر و قالب اکسترودر، زنجیره‌های بلند پلیمری تحت فشار و تنش برشی شدید قرار دارند. آن‌ها فشرده شده و در جهت جریان “کشیده” می‌شوند.
• به محض خروج مذاب از دهانه قالب و حذف ناگهانی فشار، این زنجیره‌های فشرده شده تمایل دارند به حالت درهم‌پیچیده و “آرام” (Relaxed) قبلی خود بازگردند.
• این بازگشت الاستیک باعث می‌شود مذاب در جهات عمود بر جریان، منبسط یا “متورم” شود.
• عوامل تشدید کننده:
  • نوع پلیمر: پلیمرهایی با وزن مولکولی بالا (High Molecular Weight) و توزیع وزن مولکولی گسترده، الاستیسیته بیشتری داشته و تورم بیشتری نشان می‌دهند.
  • سرعت برشی (Shear Rate) بالا: افزایش سرعت تولید (سرعت اسکرو)، زنجیره‌ها را بیشتر می‌کشد و در نتیجه تورم پس از خروج، بیشتر خواهد بود.
  • طراحی قالب (Die Geometry): قالب‌هایی با “ناحیه موازی” یا لند (Land Length) کوتاه، زمان کافی برای آرامش (Relaxation) تنش‌ها در داخل قالب را به مذاب نمی‌دهند و منجر به تورم شدیدتر می‌شوند.

راه حل: کنترل و کاهش تورم در اکستروژن

Die Swell به ندرت به طور کامل حذف می‌شود، اما به شدت قابل کنترل و مدیریت است:

• افزایش طول لند قالب (Die Land Length): افزایش طول بخش موازی در انتهای قالب، به زنجیره‌های پلیمری زمان بیشتری برای “آرام” شدن قبل از خروج می‌دهد و تورم را کاهش می‌دهد.
• افزایش دمای مذاب (Melt Temperature): افزایش دما، ویسکوزیته و الاستیسیته مذاب را کاهش می‌دهد. مذاب روان‌تر، انرژی الاستیک کمتری در خود ذخیره کرده و کمتر متورم می‌شود.
• کاهش سرعت تولید (کاهش Shear Rate): کاهش سرعت اسکرو، تنش اعمالی بر پلیمر را کاهش داده و مستقیماً منجر به کاهش تورم می‌شود.
• طراحی معکوس قالب: راه‌حل مهندسی رایج این است که Die Swell را به عنوان بخشی از فرآیند بپذیریم. طراحان، ابعاد قالب را به طور مشخص کوچکتر از ابعاد نهایی مورد نظر محصول می‌سازند تا پس از اعمال تورم، محصول به اندازه دقیق دست یابد.

مشکل ۸: خط و خش سطحی (Surface Lines / Streaks)

خط و خش سطحی ایراداتی هستند که مستقیماً بر کیفیت ظاهری و زیبایی محصول تأثیر می‌گذارند. این خطوط معمولاً در جهت جریان اکستروژن (طولی) ظاهر می‌شوند و می‌توانند از رگه‌های بسیار ریز و مات تا خراش‌های عمیق و مشخص متغیر باشند. این مشکل نشان‌دهنده وجود یک نقص در سطح داخلی قالب (دای) یا آلودگی در جریان مذاب است.

تشخیص مشکل: خطوط طولی روی سطح پلاستیک

• مشاهده خطوط ممتد یا منقطع در راستای طولی (جهت حرکت) محصول.
• این خطوط ممکن است براق‌تر یا مات‌تر از بقیه سطح محصول باشند.
• گاهی اوقات این خطوط به صورت “کشیدگی” (Drag Marks) یا خراش‌های واضح دیده می‌شوند.
• در محصولات شفاف، این خطوط می‌توانند باعث اعوجاج نوری شوند.

علت خط افتادن روی پروفیل (مشکل دای)

علت اصلی این مشکل، اختلال در جریان آرام (Laminar Flow) مذاب در آخرین لحظه، یعنی هنگام تماس با سطوح داخلی قالب (Die Surfaces) است.

• آسیب‌دیدگی یا خراش سطح قالب (Die Scratches): این شایع‌ترین علت است. وجود هرگونه خراش، بریدگی، یا پریدگی لبه بر روی سطح داخلی “لند” (Land) قالب، مانند یک مانع عمل کرده و جریان مذاب را مختل می‌کند و دقیقاً همان الگو را روی محصول نهایی کپی می‌کند.
• تجمع مواد سوخته یا آلودگی (Contamination Buildup): ذرات سوخته پلیمر (مشکل ۴)، مواد افزودنی تجزیه شده یا آلودگی‌های فلزی می‌توانند به لبه خروجی قالب (Die Lips) بچسبند. این تجمع مواد، جریان را منحرف کرده و باعث ایجاد رگه یا خط می‌شود.
• طراحی نامناسب قالب: لبه‌های ورودی بیش از حد تیز یا تغییرات ناگهانی در هندسه قالب می‌تواند باعث ایجاد جریان‌های ثانویه و خطوط روی سطح شود.

راه حل: بازرسی و تمیز کردن سطح داخلی قالب

راه حل این مشکل تقریباً همیشه نیازمند توقف خط و بازرسی دقیق قالب است:

• بازرسی دقیق سطح داخلی قالب: قالب (Die) باید باز شده و سطوح داخلی آن، به خصوص ناحیه لند (Land Area) و لبه‌های خروجی (Die Lips)، به دقت بازرسی شوند. به دنبال هرگونه خراش، خوردگی یا آسیب‌دیدگی باشید.
• تمیز کردن و پولیش قالب: سطوح داخلی قالب باید با استفاده از ابزارهای نرم (مانند پارچه‌های برنجی یا مسی) و خمیر پولیش مناسب، کاملاً تمیز و صیقلی شوند. هرگونه تجمع مواد چسبیده باید به دقت حذف گردد.
• ترمیم آسیب‌دیدگی: اگر خراش عمیقی وجود دارد، سطح قالب باید توسط متخصص، سنگ‌زنی و دوباره پولیش (Polishing) یا در موارد شدید، آبکاری مجدد (Re-chroming) شود.
• استفاده از فیلتر مذاب (Melt Filter): اطمینان حاصل کنید که یک فیلتر مذاب (Screen Pack) تمیز و با اندازه مش مناسب قبل از قالب نصب شده است تا از ورود آلودگی‌ها و ذرات سوخته به داخل قالب جلوگیری کند.

مشکل ۹: اختلاط ضعیف (Poor Mixing)

دستیابی به یک محصول همگن (Homogeneous) که در آن تمام اجزاء، از جمله پلیمر پایه، افزودنی‌ها و رنگدانه‌ها (مستربچ) به طور یکنواخت توزیع شده باشند، یکی از وظایف اصلی اکسترودر است. اختلاط ضعیف (Poor Mixing) زمانی رخ می‌دهد که اکسترودر نتواند این همگنی را ایجاد کند، که منجر به بروز ایرادات ظاهری و عدم یکنواختی در خواص فیزیکی محصول می‌شود.

تشخیص مشکل: مشکل رگه رنگی در اکستروژن

• واضح‌ترین نشانه، مشکل رگه رنگی در اکستروژن است. مشاهده رگه‌ها (Streaks) یا لکه‌هایی (Patches) از رنگدانه تغلیظ شده (مستربچ) یا پلیمر پایه که به خوبی مخلوط نشده‌اند.
• محصول ممکن است ظاهری “ابری” یا “مرمری” (Marbled) داشته باشد، به جای اینکه رنگی یکدست و یکنواخت ارائه دهد.
• در موارد فنی‌تر، ممکن است خواص مکانیکی یا فیزیکی (مانند مقاومت در برابر UV یا استحکام ضربه) در نقاط مختلف محصول نهایی متفاوت باشد، زیرا افزودنی‌ها به طور یکنواخت توزیع نشده‌اند.

علت اختلاط نامناسب مستربچ یا مواد

• طراحی اسکرو نامناسب: این دلیل اصلی است. اگر اسکرو (ماردون) فاقد المان‌های اختلاط دهنده (Mixing Elements) کافی باشد یا طراحی آن (مانند عمق کانال و طول نواحی) برای فرمولاسیون فعلی بهینه نباشد، نمی‌تواند تنش برشی لازم برای توزیع و پخش کردن افزودنی‌ها را ایجاد کند.
• پروفایل دمایی نامناسب: اگر دمای مذاب بیش از حد پایین باشد، ویسکوزیته بسیار بالا می‌ماند و فرآیند اختلاط به سختی انجام می‌شود. برعکس، دمای بیش از حد بالا نیز می‌تواند ویسکوزیته را آنقدر کاهش دهد که تنش برشی لازم برای اختلاط ایجاد نشود.
• ناسازگاری مواد: اختلاط نامناسب مستربچ گاهی به دلیل عدم سازگاری (Incompatibility) پلیمر پایه مستربچ با پلیمر اصلی رخ می‌دهد. اگر ویسکوزیته این دو ماده تفاوت زیادی داشته باشد، به جای مخلوط شدن، تمایل به لغزیدن روی هم دارند.
• فشار برگشتی (Back Pressure) پایین: فشار پایین در انتهای اسکرو باعث می‌شود مواد به سرعت و بدون تحمل تنش کافی از دستگاه خارج شوند.

راه حل: بهینه‌سازی طراحی اسکرو برای اختلاط

• استفاده از المان‌های اختلاط: راه‌حل مهندسی، اصلاح یا تعویض اسکرو است. استفاده از طراحی اسکرو برای اختلاط که شامل المان‌های پین‌دار (Pin Mixers)، المان‌های دندانه‌ای (Toothed Elements) یا بخش‌های اختلاط فشاری (Maddock or Egan mixers) باشد، می‌تواند به شدت کیفیت اختلاط را بهبود بخشد.
• افزایش فشار برگشتی (Back Pressure): افزایش فشار در انتهای اسکرو (معمولاً با استفاده از یک فیلتر مذاب تمیزتر یا بستن شیر انتهای اکسترودر) مواد را مجبور می‌کند زمان بیشتری در اسکرو بمانند و تحت تنش برشی بیشتری قرار گیرند، که به اختلاط کمک می‌کند.
• تنظیم پروفایل دما: پروفایل دمایی را بهینه‌سازی کنید. گاهی اوقات افزایش ملایم دما در نواحی میانی (ناحیه فشردگی و اختلاط) می‌تواند به کاهش ویسکوزیته و بهبود توزیع مواد کمک کند.
• انتخاب مستربچ سازگار: اطمینان حاصل کنید که پایه پلیمری مستربچ با پلیمر اصلی سازگار بوده و شاخص جریان مذاب (MFI) نزدیکی دارند.

مشکل ۱۰: پارگی مذاب یا خروجی ناپیوسته (Melt Tearing)

پارگی مذاب (Melt Tearing)، که نباید آن را با “شکست مذاب” (مشکل ۱) اشتباه گرفت، به ناتوانی مذاب پلیمری در حفظ یکپارچگی خود پس از خروج از قالب اطلاق می‌شود. در این حالت، محصول قبل از اینکه فرصت انجماد و تثبیت پیدا کند، دچار کشیدگی بیش از حد و در نهایت پارگی می‌شود. این مشکل به‌ویژه در فرآیندهایی که نیاز به کشش مذاب دارند (مانند فیلم دمشی، الیاف یا تیوبینگ‌های با سرعت بالا) رایج است.

تشخیص مشکل: چرا محصول مدام پاره می‌شود؟

• واضح‌ترین علامت، پاره شدن مداوم یا منقطع محصول (اکسترودیت) بلافاصله پس از خروج از قالب و قبل از رسیدن به دستگاه کشنده یا واحد خنک‌کننده است.
• محصول ممکن است در حین کشیده شدن، به طور ناگهانی در یک نقطه نازک شده و سپس پاره شود.
• این مشکل مانع از راه‌اندازی پایدار خط تولید می‌شود، زیرا محصول به طور مداوم قطع می‌گردد.

علت استحکام پایین مذاب (Melt Strength)

علت ریشه‌ای این مشکل، استحکام مذاب (Melt Strength) ناکافی پلیمر است. استحکام مذاب به توانایی پلیمر در حالت مذاب برای مقاومت در برابر کشش بدون پاره شدن، گفته می‌شود.

• دمای مذاب بیش از حد بالا: این شایع‌ترین علت است. دمای بالا، ویسکوزیته مذاب را به شدت کاهش می‌دهد. مذابِ بیش از حد داغ و روان، “شل” بوده و فاقد استحکام لازم برای تحمل وزن خود یا نیروی کشش اعمال شده است.
• وزن مولکولی پایین مواد (Low MFI): پلیمرهایی با وزن مولکولی پایین (یا شاخص جریان مذاب – MFI – بالا) ذاتاً استحکام مذاب کمتری دارند، زیرا زنجیره‌های پلیمری کوتاه‌تر هستند و درهم‌تنیدگی (Entanglement) کمتری دارند.
• کشش بیش از حد (High Draw-Down Ratio): اگر سرعت دستگاه کشنده (Puller) نسبت به سرعت خروج مذاب از قالب بسیار زیاد باشد، نیروی کشش اعمالی بر مذاب از آستانه تحمل و استحکام مذاب آن فراتر رفته و باعث پارگی می‌شود.
• تجزیه مواد (Degradation): اگر مواد در اکسترودر دچار سوختگی یا تجزیه شده باشند (مشکل ۴)، زنجیره‌های پلیمری شکسته شده و وزن مولکولی کاهش می‌یابد، که مستقیماً منجر به افت شدید استحکام مذاب می‌شود.

راه حل: تنظیم فرمولاسیون یا کاهش دمای مذاب

• کاهش دمای مذاب: این فوری‌ترین راه حل است. پروفایل دمایی را، به‌ویژه در نواحی انتهایی سیلندر و قالب (Die)، به تدریج کاهش دهید. مذاب خنک‌تر، ویسکوزیته بالاتری داشته و استحکام مذاب بهتری از خود نشان می‌دهد.
• تنظیم فرمولاسیون (استفاده از گرید مناسب): از گرید پلیمری استفاده کنید که به طور خاص برای اکستروژن طراحی شده و دارای استحکام مذاب بالایی است (معمولاً پلیمرهایی با وزن مولکولی بالا و توزیع وزن مولکولی گسترده‌تر).
• کاهش سرعت کشش: سرعت دستگاه کشنده را کاهش دهید تا تنش اعمالی بر مذاب کمتر شود. این کار باید در هماهنگی با سرعت خروجی اکسترودر انجام شود.
• بررسی تجزیه مواد: علائم سوختگی یا تجزیه مواد را بررسی کنید. اگر مواد در حال تجزیه هستند، به راه‌حل‌های “مشکل ۴” مراجعه کنید، زیرا این امر مستقیماً پارگی مذاب را تشدید می‌کند.

عیب یابی اکستروژن: یک مهارت کلیدی

درک چالش‌های مطرح شده نشان می‌دهد که عیب یابی اکستروژن یک مهارت فنی و تجربی است. اکثر این ایرادات، ریشه در تنظیمات دقیق سه متغیر اصلی فرآیند دارند: دما (در نواحی مختلف سیلندر و قالب)، سرعت (سرعت اسکرو و کشنده) و فشار (فشار برگشتی و فشار مذاب). اطمینان از کیفیت مواد اولیه، به‌ویژه رطوبت‌گیری صحیح و سازگاری فرمولاسیون، نیز نقشی اساسی در جلوگیری از بروز بسیاری از این مشکلات ایفا می‌کند.

تیم مهندسی ما آماده پاسخگویی به سوالات پیچیده‌تر شماست. اگر با مشکلی در خط تولید خود مواجه هستید که در این لیست پوشش داده نشده است، آن را در بخش نظرات با ما در میان بگذارید.