انواع مخلوط کننده های گرانول های پلاستیک

فرآیند تولید به روش تزریق پلاستیک، متداول ­ترین روش در تولید قطعات پلاستیکی محسوب می شود. امروزه ظهور فناوری­ های نوین در تزریق پلاستیک مانند کنترل لحظه ای فرآیند تولید، افزایش کیفیت و کمیت محصولات تولید شده را به ارمغان آورده است. در حال حاضر روند تولید یک محصول پلاستیکی در صنعت تزریق پلاستیک از روش سنتی به تجزیه و تحلیل توسط شبیه ساز کامپیوتری تغییر پیدا کرده که زمان و هزینه­ های تولید را به طرز چشمگیری کاهش داده است، چراکه این دو عامل مستقیما برروی سود شرکت ­ها اثر گذار هستند و کنترل آن در فرآیند تولید اهمیت بسزایی دارد.

تجارب به ­دست آمده نشان می ­دهد اپراتورها مقدار زیادی از مواد پلاستیکی را برای راه ­اندازی و رسیدن به نقطه بهینه در تولید قطعه مورد نظر به هدر می ­دهند، بنابراین وجود قطعات معیوب در فرآیند تولید به روش تزریق پلاستیک یکی از مهم­ترین چالش ­ها در رسیدن به اهداف مورد نظر از نظر کیفی و تعداد محسوب می ­شوند. از دیگر مشکلات تولید قطعات پلاستیکی می توان به پرنشدن قالب، وجود رگه ­های رنگی، سوختگی و اختلاط نامناسب مواد با رنگ دانه ­ها و سایر افزودنی ­ها اشاره کرد.

عموماً مواد اولیه پیش از پر شدن در داخل قیف دستگاه، با مستربچ و افزودنی ­های دیگر مخلوط می ­شوند. این عملیات تاثیر بسیار زیادی بر فرآیند تولید و کیفیت محصول دارد.

در این مقاله روش ­های متداول مخلوط کردن مواد اولیه و افزودنی ­ها مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است.

معرفی:

تزریق پلاستیک یکی از  فرآیندهای تولید قطعه از ترموپلاستیک ­ها و تروست ­ها است. در این فرآیند ابتدا مواد پلاستیکی در اثر حرارت سیلندر و چرخش ماردون ذوب و مخلوط شده، سپس پلاستیک مذاب با فشار در حفره ­های قالب تزریق می شود. پس از پر شدن قالب، قطعات در داخل قالب خنک شده و به شکل حفره ­های قالب سخت می­ شوند. در انتها قطعات از قالب خارج شده و محصول نهایی بدست می ­آید.

معمولاً قالب از جنس فولاد بوده و جزییات حفره ­ها و مغزی ­های قالب با ماشین کاری­ دقیق ایجاد می ­شوند. تولید به روش تزریق پلاستیک امروزه بسیار گسترده شده چراکه امکان تولید کوچک ترین قطعات تا قطعات بزرگی همچون سپر و پنل داشبورد خودرو را طی تنها یک فرآیند امکان­ پذیر کرده است.

صنعت تزریق پلاستیک با مشکلاتی در تولید مواجه است، این مشکلات می تواند ناشی از وجود مشکلات قالب و یا در بخشی از فرآیند تزریق باشند که برای حل آن ها راهکارهایی وجود دارد.

بیشرین مشکلات مرتبط با قالب شامل انقباض، پرنشدن کامل قطعه، خط جوش، رگه انداختن، دانه­ های ریز سفید- مشکی یا سفید، پلیسه، سوختگی و … هستند.

بیشتر این عیوب در نتیجه طراحی اشتباه قالب و برخی از عیوب هم به دلیل اختلاط نامناسب، کم بودن حجم تزریق و فشار پایین قفل گیره حاصل می شوند.

مخلوط کردن دستی مشکلات زیر را همراه دارد:

• رنگ نامناسب بدلیل اختلاط ناقص مستربچ و گرانول پلاستیک
• رگه و سایه انداختن در قطعه
• بهره­ وری کمتر به دلیل توقف ماشین
• خستگی اپراتور و سرعت پایین عملیات ترکیب
• هزینه نیروی کار

مخلوط کردن:

پلاستیک ­ها اغلب با چند ماده افزودنی مخلوط می­ شوند, نسبت دقیق هر ماده اولیه و افزودنی ­ها و همچنین همگن بودن مواد پس از مخلوط کردن، دو عامل اصلی در مطلوبیت اختلاط هستند و باید در نظر گرفته شوند.

با وجود اینکه ضایعات جزء جدایی ناپذیر تولید محصولات پلاستیکی به روش تزریق پلاستیک هستند، روش تولید قطعه، ساختار قطعه و ساختار قالب میزان ضایعات طی فرآیند تولید را به شدت تحت تاثیر قرار می دهند. مقدار ضایعات تولید شده در برخی از قطعات از مقدار محصول تولید شده اصلی نیز بیشتر است، لذا ضایعات حاصله معمولا به منظور کاهش هزینه و حفظ محیط زیست بازیافت و با درصد مشخصی رزین خام ترکیب می ­شوند که نسبت ترکیب مواد آسیابی و رزین خام بستگی به نوع و کیفیت قطعه ­ای که تولید خواهد شد، دارد. ترکیب مواد آسیابی و رزین خام در طول زمان معمولاً با نوساناتی همراه بوده و ترکیب دقیق به راحتی حاصل نمی شود و همواره با درصدی خطا همراه است. برای دستیابی به ترکیب دقیق مواد می­ توان از موادکش ­های پروپرشنال (تناسبی) استفاده کرد تا مواد با درصد نسبتا دقیقی ترکیب و به قیف دستگاه انتقال یابند.

در تولید قطعاتی که نسبت دقیق مواد اهمیت ویژه­ ای دارد، می ­توان از تجهیزات پیچیده ­تر نظیر دوزرهای حجمی برای ترکیب دقیق مواد و افزودنی ­ها استفاده کرد تا قطعه نهایی دقیقا با  آنچه مد نظر است منطبق باشد.

دانه­ های رنگی جامد (مستربچ) رایج ­ترین افزودنی بکاررفته در صنعت پلاستیک برای رنگ دادن به قطعه هستند. مستربچ معمولاً با نسبت ­هایی کمتر از 4% با رزین خام مخلوط می شود.

نسبت­ های بالاتر مستربچ اغلب اثر منفی در کیفیت محصول به جا نمی­ گذارد اما به دلیل قیمت بالاتر مستربچ نسبت به ماده خام، هزینه بر و بی فایده است، بنابراین دقت در مخلوط کردنِ مواد با مستربچ بسیار مهم و ضروری است.

سیستم دوزینگ در مخلوط کردن مستربچ با متریال اصلی قبل از فرآیند تزریق بسیار مناسب است و می تواند ترکیبی از مواد رنگی همگن و یکسان را برای تولید قطعات رنگی ایجاد کند.

انواع فرآیند مخلوط کردن :

پلاستیک ­ها از راه ­های فراوانی مخلوط می­ شوند، روش ­های رایج در زیر مورد اشاره قرار گرفته ­اند:

• مخلوط کردن دستی
• موادکش پروپرشنال
• مخلوط­ کن­ های والیومتریک
• مخلوط­ کن ­های گراویمتریک

مخلوط کردن دستی:

ساده­ ترین روش مخلوط کردن روش دستی است، در روش اختلاط دستی از بشکه یا محفظه ­ای استوانه ­ای برای مخلوط کردن استفاده می ­شود به این ­صورت که با غلت دادن بشکه یا استوانه بر روی زمین، محتویات آن­ ها مخلوط می ­شوند، این روش بطور فله صورت گرفته و به ندرت در صنعت پلاستیک استفاده می شود. روش دیگر اختلاط دستی استفاده از بیل برای به هم زدن مواد است.

مزایا:

بدون هزینه نصب و راه اندازی و عدم نیاز به سرمایه اولیه

معایب:

عملیات دستی با هزینه نیروی کار زیاد

عدم یکنواختی مخلوط به دست آمده

موادکش پروپرشنال:

از موادکش ­ها در صنعت پلاستیک به منظور انتقال موادخام و رنگ­دانه ­های پلیمری از درون مخزن مواد به قیف ماشین آلات جهت تولید قطعات و محصولات پلیمری استفاده می ­شود. لوله ­های موادکش در دو مخزن متفاوت (مخزن ماده خام و مخزن افزودنی) قرار می­ گیرند و با ایجاد جریان خلاء، مواد متناسب با نیاز درخواستی به درون قیف موادکش وارد می­ شوند. موادکش پروپرشنال هر یک از مواد را در زمان تعیین شده از طریق لوله موادکش به درون قیف انتقال می ­دهد.در این سیستم یک موادکش می تواند دو نوع ماده مختلف را از دو مخزن مواد و از طریق دو لوله جداگانه به درون یک قیف جداکننده انتقال دهد.در سیستم برخی از موادکش های پروپرشنال یک تیغه، زیر قیف موادکش به منظور اختلاط بهتر مواد، قرار دارد، زمانی که این صفحه باز می شود مواد به درون قیف نگهدارنده مواد انتقال می یابد.

مزایا:

سادگی و ارزان بودن سیستم

انتقال و اختلاط  مواد در یک قسمت

معایب:

دقت پایین اختلاط

اختلاط غیر یکنواخت

مخلوط­ کن والیومتریک (حجمی):

دستگاه های اختلاط ولومتریک دقت بسیار بالاتری نسبت به سیستم موادکش پروپرشنال دارند. نحوه کارکرد این سیستم انتقال ماده افزودنی موردنظر به ماده اصلی توسط چرخش مارپیچ است. انتخاب مارپیچ بستگی به سایز و شکل مواد دارد. مواد افزودنی از طریق چرخش مارپیچ و مواد اصلی از قیف بالایی توسط گرانش به درون مخزن اصلی انتقال پیدا می­ کند.

مزایا:

سادگی و ارزان بودن

دقت بالا نسبت به سیستم پروپرشنال

معایب:

نیاز به مهارت و توانایی اپراتور برای کار با دستگاه

نیاز به تنظیمات مکرر

مخلوط کن­ های گراویمتریک (وزنی):

مخلوط­ کن ­های گراویمتریک معمولا دقت بالاتری نسبت به مخلوط­ کن ­های والیومتریک دارند، افزودنی ­ها با متریال اصلی بر اساس وزن مشخصی از مواد افزودنی مخلوط می ­شوند.

دقت مخلوط­ کن­ های گراویمتریک بستگی به دقت دستگاه توزین، طراحی مکانیکی دستگاه مخلوط ­کن و بخش نرم ­افزاری کنترلر آن دارد.

دستگاه توزین معمولا به لرزش و نیروی خارجی حساس است بنابراین بیشتر مناسب کنترل از راه دور هستند. سیستم کنترل و نرم افزار بخشی ضروری در دستگاه مخلوط کن گراویمتریک هستند.

سیستم کنترل طوری طراحی شده که وقتی میزان تولید تغییر میکند بطور خودکار نسبت مواد افزودنی را تغییر می ­دهد.

در قسمت پایین، دهانه ورودی متریال اصلی قرار گرفته و مواد توسط نیروی گرانش در محفظه مخلوط می ­شوند، دستگاه  توزین، وزن موادی که در محفظه میکس ریخته شده را اندازه ­گیری می ­کند، سپس دهانه بسته شده و مقداری از مواد عبور می کند، این سیکل برای بقیه مواد هم تکرار می شود، سپس ماردون شروع به کار کرده و مواد را مخلوط می­ کند.

دستگاه لرزاننده باعث تغذیه ماردون شده و مخلوط کن در زمان بارگیری توقف می ­کند، بعد از مخلوط شدن، مواد به سمت مکنده انتقال می ­یابند، قسمت فیلتر هم از مکنده در برابر گرد و غبار حفاظت می­ کند.

مزایا:

پایداری و مخلوط سازی یکسان

دقت بالا

کارکرد آسان و عدم تنظیم پی در پی

معایب:

خستگی اپراتور

هزینه بالای نیروی انسانی

تغذیه گرانول ­ها در قیف دستگاه تزریق:

پس از مخلوط کردن رزین خام با افزودنی ­ها، این مواد جهت تغذیه دستگاه به درون محفظه قیفی شکلِ روی دستگاه تزریق پلاستیک منتقل می ­شوند. تغذیه گرانول ها از دو روش صورت می گیرد:

1. تغذیه دستی
2. تغذیه اتوماتیک

تغذیه دستی:

مواد اصلی و مستربچ در یک مخزن مخلوط می ­شوند، سپس به­ صورت دستی به داخل قیف دستگاه ریخته می ­شوند. فرآیند تغذیه دستی منجر به  خستگی اپراتور و بهره وری پایین می شود، همچنین به دلیل تغذیه با دست در صورت غفلت اپراتور، دستگاه از کار می ­ایستد در نتیجه بهره ­وری به طرز چشم­گیری کاهش می­ یابد زیرا گنجایش قیف عموماً در حدود 2 تا 5 کیلوگرم است و معمولاً دستگاه این مقدار را در مدت زمانی بین 2 تا 3 ساعت مصرف می­ کند و درصورتی که به هر علتی قیف پر نشده باشد، تولید متوقف می­ شود.

تغذیه اتوماتیک:

از دستگاه­ های موادکش اتوماتیک برای ریختن مواد داخل ماشین با حداقل مداخله انسانی استفاده می ­شود.

این دستگاه ­ها متشکل از یک پمپ، قیف و لوله مکش هستند، یک سرِ لوله قیف و سر دیگر آن درون ظرف مواد قرار می گیرد.

این دستگاه­ ها نه ­تنها به کاهش هزینه نیروی انسانی کمک می ­کنند، بلکه از بیرون ریختن مواد خام و هدر رفتن آن ها در موقع پر کردن قیف هم جلوگیری می کنند.

دستگاه در فواصل زمانی معین مواد خام را از مخرن اصلی مکِش می ­کند، بدین ترتیب بارگیری را در همه ماشین ها بسیار ساده می ­نماید.

این دستگاه ­ها مجهز به زنگ هشدار دهنده، حسگر و شیر برقی هستند. حسگر پس از خالی شدن مواد، سیگنال تخلیه را به دستگاه داده و شیر برقی را برای مکش مجدد باز می ­کند و مواد توسط دستگاه بصورت خودکار به داخل قیف کشیده می شوند.

مزایا:

عدم مداخله نیروی انسانی

بهره­ وری بالا

کاهش فرآیند تولید