اکسترودر دو مارپیچ (کامپاندر و راکتور واکنشی) | کانتینوز راکتور

سیستم‌های اکسترودر دو مارپیچ (Twin-Screw Extruder)، تجهیزات مهندسی پیشرفته‌ای برای پردازش مداوم مواد پلیمری در مقیاس صنعتی هستند. عملکرد این دستگاه‌ها بر اساس دوران دو مارپیچ درگیر است که فرآیندهای واکنشی، انتقال، ذوب، اختلاط و ایجاد فشار را به صورت همزمان و با کنترل دقیق انجام می‌دهند. این مکانیزم قدرتمند، این سیستم‌ها را به یک تجهیز کلیدی برای دو دسته عملیات اصلی تبدیل کرده است:

۱. کامپاندینگ (Compounding): به عنوان یک دستگاه کامپاندر جهت دستیابی به بالاترین سطح اختلاط برای تولید کامپاندهای پلیمری، مستربچ‌ها و کامپوزیت‌ها.

۲. اکستروژن واکنشی (Reactive Extrusion): به عنوان یک راکتور پیوسته (Continuous Reactor) برای اجرای واکنش‌های شیمیایی مانند گرفتینگ و پلیمریزاسیون در فاز مذاب.

مواد قابل تولید و سنتز با سیستم اکسترودر دو مارپیچ

برخی از مواد قابل تولید و سنتز با سیستم اکسترودر دو مارپیچ عبارتند از:

• انواع کامپاندهای پلیمری مهندسی: شامل آلیاژسازی پلیمرها، افزودن پرکننده‌های معدنی (مانند تالک و کربنات کلسیم) و تقویت‌کننده‌ها.
• مستربچ‌های افزودنی و رنگی تخصصی: تولید بچ‌های غلیظ از پیگمنت‌ها یا افزودنی‌ها با بالاترین کیفیت توزیع در پایه پلیمری.
• کامپوزیت‌های پیشرفته: مانند کامپوزیت‌های چوب-پلاستیک (WPC) و پلیمرهای تقویت‌شده با الیاف شیشه (Glass-Fiber Reinforced).
• پلیمرهای اصلاح‌شده شیمیایی: از طریق اجرای فرآیندهای اکستروژن واکنشی مانند گرفتینگ (Grafting) و سازگارسازی (Compatibilization).

ساختار و امکانات کلیدی دستگاه کامپاندر( راکتور کانتینوز)

• طراحی ماژولار بخش فرآیندی: این قابلیت امکان چینش و تنظیم دقیق المان‌های مارپیچ و همچنین تغییر طول بخش پردازش را فراهم می‌کند تا سیستم دقیقاً برای فرآیند مورد نظر بهینه‌سازی شود.
• سیستم‌های تغذیه چندگانه و تخصصی: قابلیت تجهیز دستگاه به ورودی‌های مجزا و فیدرهای تخصصی (حجمی/وزنی) برای تزریق همزمان و با نرخ کنترل‌شده‌ی انواع مواد اولیه (گرانول، پودر، مایعات).
• قابلیت اکستروژن واکنشی: امکان طراحی و تجهیز سیستم به درگاه‌های تزریق مایعات (Liquid Injection) و سیستم‌های گاززدایی تحت خلاء (Venting) جهت فراهم آوردن شرایط لازم برای اجرای واکنش‌های شیمیایی.
• نسبت بالای طول به قطر (L/D): این ویژگی، زمان اقامت کافی و کنترل‌شده‌ای را برای تکمیل فرآیندهای پیچیده اختلاط و واکنش‌های شیمیایی در طول دستگاه تضمین می‌کند.
• سیستم کنترل یکپارچه (PLC): کنترل متمرکز و دقیق تمامی پارامترهای فرآیند، از جمله پروفیل دمایی نواحی مختلف، سرعت دوران مارپیچ‌ها و نرخ تغذیه از طریق صفحه نمایش لمسی (HMI).

پیکربندی تخصصی سیستم برای هر کاربرد

اگرچه اصول مهندسی و شاسی اصلی اکسترودر دو مارپیچ یکسان است، اما دستیابی به عملکرد بهینه در هر فرآیند، نیازمند طراحی و پیکربندی تخصصی اجزای کلیدی سیستم می‌باشد. این رویکرد تضمین می‌کند که دستگاه دقیقاً برای وظیفه مورد نظر بهینه‌سازی شده باشد. در ادامه، به بررسی این الزامات مهندسی برای هر یک از کاربردهای اصلی می‌پردازیم.

۱. پیکربندی برای کامپاندینگ و تولید مستربچ

فرآیند کامپاندینگ با هدف بهبود خواص یا کاهش قیمت تمام‌شده پلیمر پایه، از طریق افزودن مواد دیگر (مانند افزودنی‌ها، پرکننده‌ها یا پیگمنت‌ها) انجام می‌شود. دستیابی به یک کامپاند باکیفیت و همگن، نیازمند طراحی دقیق سیستم اکستروژن برای دستیابی به بالاترین سطح از اختلاط توزیعی (Distributive Mixing) و اختلاط پراکندگی (Dispersive Mixing) است.

الزامات کلیدی در این پیکربندی:

• طراحی پروفایل مارپیچ: بخش عمده‌ای از مارپیچ به المان‌های اختلاط‌کننده خاص (Kneading Blocks) با زوایا و چینش‌های متنوع اختصاص می‌یابد. این المان‌ها تنش برشی لازم برای شکستن آگلومره‌ها (توده‌های به هم چسبیده افزودنی) و توزیع یکنواخت آن‌ها در مذاب پلیمری را فراهم می‌کنند.
• سیستم‌های تغذیه: علاوه بر ورودی اصلی برای گرانول پلیمر، دستگاه به سیستم‌های تغذیه دقیق از ورودی‌های مجزا مجهز می‌شود تا تزریق مداوم و با نرخ کنترل‌شده‌ی پودرها و افزودنی‌ها به اکسترودر تضمین گردد.
• سیستم گاززدایی (Venting/Degassing): برای خروج گازها، رطوبت یا ترکیبات فرّار که ممکن است از مواد اولیه آزاد شوند و باعث ایجاد تخلخل در محصول نهایی گردند، یک یا چند درگاه گاززدایی (معمولاً تحت خلاء) بر روی سیستم تعبیه می‌شود.

این پیکربندی، برای تولید انواع مستربچ‌های رنگی و افزودنی، کامپاندهای مهندسی و آمیزه‌های پلیمری ایده‌آل است.

۲. پیکربندی برای تولید کامپوزیت‌های پیشرفته

در تولید کامپوزیت‌ها، هدف، توزیع یکنواخت یک فاز تقویت‌کننده (مانند الیاف شیشه یا پودر چوب) درون ماتریس پلیمری است، به گونه‌ای که خواص مکانیکی محصول نهایی (مانند استحکام و مدول) به حداکثر برسد. چالش اصلی در این فرآیند، حفظ یکپارچگی فاز تقویت‌کننده و جلوگیری از آسیب به آن (مانند شکستن الیاف) در حین فرآیند اختلاط است.

الزامات کلیدی در این پیکربندی:

• طراحی بهینه پروفایل مارپیچ: در این حالت، از المان‌های اختلاط با تنش برشی ملایم‌تر استفاده می‌شود تا الیاف در حین میکس، شکسته و کوتاه نشوند. هدف، توزیع الیاف بدون تخریب ساختار آن‌هاست.
• سیستم تغذیه تخصصی برای تقویت‌کننده‌ها: الیاف یا پودرهای با چگالی پایین، معمولاً از طریق یک فیدر جانبی که در پایین‌دست (Downstream) نقطه تزریق پلیمر قرار دارد، به مذاب اضافه می‌شوند. این کار باعث می‌شود الیاف با مذاب پلیمری تماس پیدا کنند و از تنش برشی شدید ناحیه اولیه اکسترودر در امان بمانند.
• کنترل دقیق دما و ویسکوزیته: پروفیل دمایی به گونه‌ای تنظیم می‌شود که ویسکوزیته مذاب پلیمری در نقطه تزریق الیاف، برای ترشوندگی (Wetting) کامل سطح الیاف و ایجاد یک فصل مشترک قوی، بهینه باشد.

این پیکربندی به طور خاص برای تولید محصولاتی مانند پروفیل‌های کامپوزیت چوب-پلاستیک (WPC) و قطعات تقویت‌شده با الیاف شیشه (GFR) در صنایع خودروسازی و ساختمانی طراحی می‌شود.

۳. پیکربندی به عنوان راکتور اکستروژن واکنشی (Reactive Extrusion)

در این کاربرد، اکسترودر دو مارپیچ فراتر از یک میکسر عمل کرده و به عنوان یک راکتور شیمیایی پیوسته و دینامیک مورد استفاده قرار می‌گیرد. هدف، انجام واکنش‌های شیمیایی مانند گرفتینگ (Grafting)، شاخه‌دار کردن (Cross-linking) یا پلیمریزاسیون در فاز مذاب و در زمان کوتاه است. چالش اصلی در اینجا، فراهم آوردن زمان اقامت کافی و کنترل دقیق شرایط برای پیشرفت واکنش تا حد مطلوب است.

الزامات کلیدی در این پیکربندی:

• نسبت بالای طول به قطر (L/D Ratio): این مهم‌ترین پارامتر در اکستروژن واکنشی است. L/D بالا (معمولاً 40:1 به بالا) تضمین می‌کند که مواد زمان کافی را درون دستگاه سپری کنند تا واکنش شیمیایی به درجه تبدیل (Conversion) مورد نظر برسد.
• پروفیل دمایی بسیار دقیق: هر واکنش شیمیایی، یک پروفایل دمایی بهینه دارد. سیستم کنترل دمای چندناحیه‌ای دستگاه باید قادر باشد این پروفایل را با دقت بالا در طول سیلندر ایجاد و حفظ کند تا از واکنش‌های ناخواسته یا تخریب حرارتی پلیمر جلوگیری شود.
• درگاه‌های تزریق مایعات: برای اضافه کردن مونومرها، کاتالیست‌ها یا آغازگرها که به صورت مایع هستند، درگاه‌های تزریق دقیقی در نقاط مشخصی از طول اکسترودر تعبیه می‌شود.
• سیستم گاززدایی کارآمد: برای خروج محصولات جانبی واکنش (By-products) یا مونومرهای واکنش‌نکرده که می‌توانند روی کیفیت محصول نهایی تأثیر منفی بگذارند، استفاده از سیستم ونتینگ تحت خلاء ضروری است.

این پیکربندی برای تولید پلیمرهای اصلاح‌شده مهندسی، سازگارکننده‌های آلیاژهای پلیمری و چسب‌های گرماذوب (Hot-Melt Adhesives) به کار گرفته می‌شود.

اجزای اصلی و زیرساخت مهندسی اکسترودر دو مارپیچ

عملکرد دقیق، پایدار و طولانی‌مدت یک سیستم اکستروژن، مستقیماً به کیفیت طراحی و ساخت اجزای اصلی آن وابسته است. در ادامه، زیرساخت مهندسی این دستگاه‌ را معرفی می‌کنیم:

گیربکس توزیع گشتاور

گیربکس، قلب مکانیکی سیستم انتقال قدرت است که وظیفه توزیع یکنواخت و پایدار گشتاور موتور به دو شفت مارپیچ را بر عهده دارد. طراحی این قطعه برای تحمل گشتاورهای بسیار بالا و استفاده از بلبرینگ‌ها و چرخدنده‌های تقویت‌شده، عملکرد بدون وقفه دستگاه در شرایط کاری سنگین را تضمین می‌کند.

بخش فرآیندی ماژولار (مارپیچ و سیلندر)

این بخش که محل اصلی پردازش مواد است، به صورت ماژولار طراحی می‌شود. المان‌های مارپیچ بر روی یک شفت شش‌ضلعی یا هزارخار سوار می‌شوند و قابلیت چینش‌های متنوع برای ایجاد پروفایل‌های میکس و انتقال مختلف را دارند. طراحی همسانگرد و درگیر (Co-rotating, Intermeshing) مارپیچ‌ها، بالاترین سطح از اختلاط و خودتمیزکنندگی را فراهم می‌آورد. سیلندرها نیز به صورت بلوک‌های جداگانه (Barrels) با سیستم‌های گرمایش/سرمایش مستقل ساخته می‌شوند.

سیستم محرکه اصلی (Main Drive System)

نیروی محرکه دستگاه توسط یک موتور الکتریکی AC با راندمان بالا تأمین می‌شود. سرعت دوران مارپیچ‌ها، که یک پارامتر کلیدی در کنترل فرآیند است، به وسیله یک اینورتر کنترل فرکانس (Frequency Inverter / VFD) با دقت بسیار بالا تنظیم می‌گردد.

سیستم کنترل و مانیتورینگ

کنترل یکپارچه تمامی اجزای سیستم از طریق یک کنترل‌کننده منطقی برنامه‌پذیر (PLC) انجام می‌شود. اپراتور می‌تواند از طریق یک صفحه نمایش لمسی (HMI)، تمامی پارامترها از جمله پروفیل دمایی نواحی مختلف، سرعت موتور، نرخ فیدرها و فشار مذاب را به صورت لحظه‌ای مانیتور و کنترل کرده و دستورالعمل‌های فرآیندی (Recipes) مختلف را ذخیره و بارگذاری نماید.

جدول مشخصات فنی مدل‌ها

در جدول زیر، مشخصات فنی مدل‌های استاندارد اکسترودر دو مارپیچ این مجموعه ارائه شده است. لطفاً توجه داشته باشید که امکان مهندسی و ساخت دستگاه با مشخصات سفارشی برای دستیابی به اهداف فرآیندی خاص شما نیز وجود دارد.

• ظرفیت خروجی: این مقادیر تقریبی بوده و به ویسکوزیته، چگالی و نوع مواد اولیه بستگی دارد.
• تعداد نواحی کنترل دما: عدد ۱+ به ناحیه کنترل دمای دای (Die) اشاره دارد.

مزیت‌های مهندسی و خدماتی امید عمران سهند

تعهد ما فراتر از ساخت یک دستگاه است؛ ما به ارائه یک راه‌حل مهندسی کامل و پایدار برای فرآیند شما می‌اندیشیم. انتخاب ما توسط واحدهای صنعتی پیشرو، بر پایه اصول زیر استوار است:

• مشاوره فنی دقیق قبل از خرید: کارشناسان ما صرفاً فروشنده نیستند. آن‌ها با درک عمیق فرآیند شما، به شما کمک می‌کنند تا بهینه‌ترین و اقتصادی‌ترین پیکربندی دستگاه را انتخاب کنید.
• طراحی و ساخت کاملاً سفارشی: ما هر دستگاه اکسترودر را بر اساس نیازهای منحصر به فرد فرآیند شما، از جمله پروفایل مارپیچ، طول سیلندر، سیستم‌های تغذیه و کنترل، به صورت کاملاً سفارشی مهندسی و تولید می‌کنیم.
• پایبندی به کیفیت و استانداردهای مهندسی: استفاده از متریال‌های استاندارد، قطعات معتبر (موتور، گیربکس) و ساخت بر اساس اصول مهندسی روز، کیفیت، دقت و طول عمر دستگاه‌های ما را تضمین می‌کند.
• گارانتی معتبر و خدمات پس از فروش مسئولانه: ما با ارائه گارانتی واقعی و پشتیبانی فنی در دسترس، در تمام مراحل نصب، راه‌اندازی و بهره‌برداری در کنار شما هستیم تا از عملکرد بدون وقفه خط تولید شما اطمینان حاصل کنیم.

دریافت مشاوره تخصصی و پیش‌فاکتور خرید اکسترودر دو ماردون

تیم مهندسی فروش ما آماده است تا به شما برای انتخاب و پیکربندی بهینه‌ترین سیستم اکسترودر دو مارپیچ متناسب با فرآیند و اهداف تولیدی شما، مشاوره تخصصی ارائه دهد. برای بحث در مورد پروژه خود، دریافت اطلاعات فنی تکمیلی و استعلام قیمت، شماره 09142178355 در تماس باشید.