کمک شگرف پمپ دیسکی به بهبود فرآیند اختلاط چندسازه‌های گرمانرم الیاف بلند

یکی از اهداف مهم در فرآیند اختلاط چندسازه‌های الیاف بلند، این است که الیاف شیشه¬ای تا حد امکان از طول بلندی برخوردار باشند. پمپ دیسکی از طریق مرطوب سازی الیاف بلند با رزین مذاب و برش آن به طول مورد نظر و سپس بازگرداندن آن به قسمت پایین دستی یک اکسترودر تک¬ماردان یا دوماردان، توانسته است به این مهم دست یابد. مقاله پیش رو سعی دارد با ارائه جزئیات بیشتری در مورد خصوصیات این پمپ، خوانندگان را با این دستگاه که اولین بار در گزارش ژانویه نمایشگاه 2007 K شرح آن آمده است، بیشتر آشنا کند. 

محفظه چرخان این پمپ با همکاری شرکت‌های ایتالیایی Amut و RCT Srl طراحی و ساخته شده است. در واقع این پمپ را می¬توان یک دستگاه كناري ( side-stream ) نامید، زیرا که مذاب را از قسمت ابتدائي اكسترودر دریافت کرده و همراه با الیاف شیشه مرطوب و خردشده به قسمت پایین‌تر منتقل می‌کند. به عبارت دیگر، این پمپ می¬تواند بین دو اکسترودر مجزا قرار گیرد، که یکی برای ذوب رزین و دیگری برای پراكنش الیاف قبل از دانه(گرانول)¬سازی می¬باشد.

پمپ Nexxus channel F که توسط دکتر Giuseppe Ponzielli، مدیر و مالک شرکت RCT طراحی شده است، قادر است چندسازه‌های گرمانرمی با 60% الیاف شیشه تولید کند. جالب‌تر این‌که این پمپ اين قابلیت را دارد که الیاف را با هر طول دلخواهی (بسته به کاربرد) وارد فرایند اختلاط کند. طراح این پمپ در مورد ویژگی‌های آن این طور می¬گوید: با کمک Nexxus قادر هستیم الیاف بلندتری را در ساخت چندسازه‌ها مورد استفاده قرار دهیم که این موجب کاهش مقدار الیاف مصرفی و در نتیجه کاهش هزینه مواد خام می¬شود، این در حالی است که خواص مکانیکی محصول برابر خواهد بود با چندسازه‌هایی با مقدار الیاف شیشه بیش‌تر و ضخیم‌تر.

ویژگی دیگر این پمپ، امکان مرطوب سازی الیاف با رزین‌هایی با گرانروی زياد ( MFI حدود 2/0) می‌باشد. Ponzielli می¬افزاید: تاکنون سیستم‌های رایج برای پراكنش الیاف بلند، محدود به کاربرد موادی با MFI بالا (حداقل 30) بودند.

طرز کار پمپ
پمپ Nexxus از دو یا چند دیسک باریک متصل به قرقره تشکیل شده است که این دیسک‌ها دارای شیارهایی در لبه می¬باشند. مذاب و الیاف پیوسته به طور همزمان وارد این شیار شده و پس از گذر از ناحیه¬ای کمانی شکل، وارد محفظه¬ استوانه¬ای باریکی می¬شود.
Ponzielli در مورد نحوه کار این پمپ می¬گوید: فیلم باریکی از مذاب، شیار اطراف دیسک را می-پوشاند. الیاف در اثر کشش ایجاد شده توسط جریان غژكي (drag) ناشی از چرخش دیسک به درون پوشش مذاب وارد می¬شوند. این کشش موجب پخش و مرطوب سازی دسته¬های الیاف در ناحیه مسطحی از محفظه می¬شود.
محفظه¬ای C شکل درون یک غلاف حرارتی، مشابه با سيلندر (barrel) اکسترودر، قرار دارد. تنها تفاوت در این است که محفظه پمپ، مذاب را در زاویه¬ای صفر درجه نسبت به دیواره¬های محفظه و غلاف حرارتی تزریق می¬کند و این موجب نفوذ یکنواخت مذاب مابین الیاف می¬شود. در اینجا هیچ حرکتی در جهت محور چرخش وجود ندارد.
مذاب و الیاف در معرض تماس با زائده¬ای گوه¬ای شکل که در مقابل محلی که مذاب و الیاف وارد آن می¬شوند واقع است، قرار می¬گیرند و سپس به درون محفظه تخلیه وارد می¬شوند. پمپ دیسکی دارای محفظه تخلیه¬ای می¬باشد که این محفظه وظیفه دسته کردن الیاف بریده نشده و آماده شدن آنها برای برش با فواصل قابل تنظیم را بر عهده دارد.
علاوه بر الیاف شیشه، الیافی از جنس نایلون، PET، کربن، آرامید و الیاف طبیعی نظیر کنف هندی (jute) و شاهدانه (hemp) نیز توسط این دستگاه قابل برش می¬باشند. Ponzielli مدعی است که Nexxus تنها دستگاهی می¬باشد که قادر است حتی الیافی که برش آنها دشوار است و هم‌چنین الیاف تركيبی را برش دهد.
اجزاء سوزنی
الیاف بلند پس از اختلاط اولیه وارد یک اکسترودر تک‌ماردان یا دوماردان می¬شوند. Ponzielli یک سیستم سوزنی برای پخش یکنواخت الیاف در مرحله نهایی اکستروژن طراحی کرده است. این سیستم از اجزاء سوزنی برای جداسازی الیاف درون اکسترودر بهره می¬برد. در یک اکسترودر تک‌ماردان، اجزاء سوزنی به انتهای ماردان درون سيلندر متصل است که این سيلندر دارای برآمدگی¬هایی می¬باشد که در تماس با اجزاء سوزنی موجود بر روی ماردان هستند.
در یک اکسترودر دوماردان همسوگرد، اجزاء سوزنی در ناحیه میانی ماردان، در شیارهای مقابل هم تعبیه می¬شوند. نمونه تحقیقاتی پمپ RCT دارای سه دیسک می¬باشد که هرکدام دارای سرعت پمپاژ Ib/hr 44 می¬باشند. برای مواقعی که به سرعت پمپاژ بالاتری نیاز است، Ponzielli دیسک‌های بیشتری با قطر یکسان طراحی کرده است. برای مثال: 24 دیسک که قادر به پمپاژ با سرعت Ib/hr 1056 می¬باشند.
تاریخچه
در سال 1999 شركت‌¬های Amut و RCT، اکستروژن الیاف بلند را با استفاده از اکسترودر تک ماردان انجام می¬دادند. آنها اولین پمپ پیشرفته Nexxus را با قابلیت پمپاژ Ib/hr 1100 در سال 2002 طراحی کرده و در واحد اکستروژنی واقع در بریتانیا برای ساخت ورقه¬های PP با 35% شیشه، نصب کردند. محفظه چرخان این پمپ برای مرطوب‌سازی و پراكنش الیاف شیشه خرد شده ( نه الیاف بلند همانند آنچه در پمپ Nexxus استفاده می¬¬شود) طراحی شده بود. این پمپ بین دو اکسترودر – یک اکسترودر دو ماردان همسوگرد برای شکل¬دهی اولیه و یک اکسترودر تک ماردان برای گاززدایی (degassing) و پمپاژ قرار می¬گیرد. Ponzielli می¬¬گوید: مزیت این کار در این است که پارامترهای فرآیند دو اکسترودر بصورت مجزا قابل تنظیم هستند.
فرآیند اختلاط الیاف پیوسته با پمپ Nexxus بر اکستروژن لوله¬های تقویت شده با الیاف شیشه، ورق¬ها و گرانول‌های چندسازه‌ی الیاف بلند PP، HDPE، LDPE و ABS تا مقدار 60% الیاف شیشه، متمرکز شده است. پمپ Nexxus که در آزمایشگاه شركت Amut نصب شده دارای یک اکسترودر تک‌ماردان با قطر mm48 و 35:1=L/D می¬باشد. شركت¬های Amut و RCT، ورق¬های PP با 30% تا 60% از الیاف شیشه را تولید کردند که خواص مکانیکی بسیار خوبی دارند (همان‌طور که در جدول آمده است).در آزمایشگاه شركت RCT پمپ Nexxusبه یک اکسترودر دو ماردان همسوگرد متصل است. شركت RCT معتقد است که پمپ Nexxus این توانایی را دارد که همراه با دستگاه قالبگیری تزریقی برای فرآیند اختلاط الیاف بلند مورد استفاده قرار گیرد. این کاربرد هم اکنون در مرحله تحقیقاتی قرار دارد.

پمپ Nexxus سه دیسکی. این پمپ قادر است الیاف پیوسته را با رزین مذاب خروجی از اکسترودر مرطوب کند و پس از برش، آنها را به اکسترودر بازگرداند. مذاب بصورت یک فیلم نازک در موقعیت ساعت 11:00 وارد می¬شود و پس از عبور مسیری پادساعت¬گرد موجب پرشدن محفظه تا موقعیت ساعت 8:00 می¬شود و سپس الیاف مرطوب شده قبل از رسیدن به قسمت برش وارد اتاقک تخلیه می¬شوند. پمپ Nexxus شامل یک محفظه c شکل در شیار دیسک چرخان می¬باشد که این محفظه توسط یک غلاف حرارتی احاطه شده است. اولین پمپ Nexxus که در بریتانیا در سال 2002 نصب شد و برای مرطوب سازی و خرد کردن الیاف شیشه بهمنظور تهیه ورق¬های چندسازه‌ مورد استفاده قرار گرفت.

Thermoplastic..................................................................................گرمانرم
Compound.........................................................................................اختلاط
Sidestream.........................................................................................کناری
Single-screw.....................................................................................تک ماردان
Twin-screw.......................................................................................دو ماردان
Disperse.............................................................................................پراکنش
Pellet...................................................................................................گرانول
Drag Flow........................................................................................جریان غژکی
Barrel..................................................................................................سیلندر
Hybrid Fiber....................................................................................الیاف ترکیبی
Degassing..........................................................................................گاز زدایی
Injection molding........................................................................قالبگیری تزریقی
Fiber-filled........................................................................................پرشده با الیاف
Glass-filled....................................................................................پرشده با الیاف شیشه 


برگردان: مهندس مهرداد خدابنده لو