تولید لوله پلی اتیلن در صنعت چگونه است؟

فرایند تولید لوله پلی اتیلن تک جداره شامل مراحل مختلفی است که در این مقاله سعی داریم ضمن مرور این مراحل، بر عوامل موثر بر کیفیت محصول نهایی حین فرایند تولید نگاهی بیندازیم.

اجزای یک خط تولید PE به اجمال عبارتند از ۱-مخازن و مکنده های مواد اولیه ۲- اکسترودر ۳- خنک کن ها ا۴- دستگاه های کشش ۵- مارکینگ۶- برش ۷- دستگاه بسته بندی به طور خلاصه پروسه تولید با ورود مواد اولیه به صورت دانه ای شکل(گرانول) از قیف به ورودی اکسترودر آغاز می شود در داخل اکسترودر با انتقال بوسیله ماردون در طول سیلندر تحت گرمای هیترها(Barrel Heaters) و نیز حرارت ناشی از برش تیغه های ماردون، گرم و مذاب می شود.

دمای تنظیمی فرایند اکستروژن برای پلی اتیلن ۲۰۰ تا ۲۲۵ درجه سانتیگراد است. عمق تیغه ها(Channel-Depth یا flight depth) در طول ماردون کاهش یافته موجب فشرده شدن مواد مذاب به سمت خروجی اکسترودر می گردد.

و در خروجی، مواد مذاب یک دست و همگن با عبور از قالب (کلگی یا هد) به سایز مورد نظر برای لوله نهایی در می آید و در این مرحله است که میتواند با تعویض قالب با سایزهای مختلف، سایزهای مختلف لوله تولید شود. در مراحل بعد لوله با گذشتن از تانک خلا  همزمان با خنک کاری با آب، در کالیبراتور شکل نهایی را به خود می گیرد سپس خنک کاری بیشتر، مارکینگ و بسته بندی

ورود مواد پلی اتیلن

مواد اولیه پس از خشک شدن وارد اکسترودر می شود. جذب احتمالی رطوبت توسط پلیمر ها باعث افت ویژگی های مکانیکی، ظهور حباب و لکه های سطحی در آن می گردد پس باید قبل از ورود مواد به اکسترودر، رطوبت از مواد خارج گردد. گرانول ها به طور پیوسته توسط خشک کن ها ی هوای داغ خشک شده و برای انتقال به اکسترودر آماده میشوند.

 ورود به اکسترودر

 نقطه آغاز فرایند و قلب تپنده خط تولید را اکسترودر تشکیل می دهد.شکل زیر، شماتیک یک اکسترودر را برای تولید لوله پلی اتیلن PE نشان می دهد.

همانطور که در شکل مشاهده میکنید فرایند اکستروژن در سه ناحیه مجزا، کامل میشود. ناحیه های تغذیه، فشار و سنجش.

الف) ناحیه تغذیه (Feed Zone): کارناحیه تغذیه، علاوه بر دادن گرمای اولیه به گرانولها انتقال آن به نواحی بعدی است .در این ناحیه عمق تیغه های ماردون بیشتر از دو ناحیه دیگر است و طراحی آن به گونه ای است که با توجه به طبیعت پلاستیک و خواص اصطکاکی آن نسبت به ماردون و محفظه، اکسترودر بتواند تغذیه متعادلی داشته باشد.
ب) ناحیه تراکم و فشردگی

(Compression Zone):
کاهش عمق تیغه های ماردون در این ناحیه، موجب متراکم شدن و فشردگی مواد مذاب می شود یعنی اینکه در این ناحیه ضخامت پلاستیک مذاب کاهش یافته و انتقال حرارت آن با دیواره سیلندر بهتر صورت میگیرد. فشردگی در این مرحله باعث میشود هوای محبوس در داخل مواد، به ناحیه تغذیه باز گردانده شود.
ج) قسمت سنجش:
در این ناحیه، عمق تیغه های ماردون کمتر میشود اما ثابت می ماند. در این مرحله، مذاب به صورت همگون و یکنواخت در می آید به طوری که با آهنگ ثابتی در درجه حرارت و فشار یکسان و ثابت، به قالب یا حدیده وارد می شود. شکل پیچ(screw) در زیر نشان داده شده است.

 نکته:

امروزه برای کنترل دقیق خروجی اکسترودر و سرعت تولید به صورت بهینه، سیستم های کنترل اتوماتیک گراویمترک توسعه یافته اند که با تعدیل نوسانات حاصل از تغییر در شرایط کاری، تاحد ممکن موجب ثبات خصوصیات محصول نهایی میگردند.

  خنک کاری، برش و مارکینگ

همانگونه که در بالا ذکر شد پس از خروج پلاستیک مذاب از خروجی اکسترودر و شکل گیری لوله در قالب، سایزهای مختلف لوله پلی اتیلن را میتوان تولید کرد. مراحل بعد شامل گذر از کالیبراتور(از جنس آلیاژ فسفر-برنز) در داخل تانک خلا و خنک کاری با آب است. (شکل زیر )

از آنجایی که پلی اتیلن از نوع پلیمر های نیمه بلورین است، سرعت خنک سازی نقش مهمی در تعیین میزان بلورینگی و در نتیجه خواص نهایی محصول دارد . سرعت خنک کاری باید بصورتی باشد که نواحی بلورین در ساختار لوله پلی اتیلن در حد متعادل سازمان یابند.

در این مرحله، دمای آب تا خنک شدن کامل لوله، مکانیزم خنک سازی و سرعت تولید، مهمترین پارامتر هایی هستند که کیفیت نهایی را تحت تاثیر قرار می دهند.

نکته:

در طول فرایند خنک سازی، گرادیانی دمایی بین سطح داخلی و خارجی لوله تشکیل می شود به گونه ای که سطح داخلی با سرعت کمتری خنک می شود که خود باعث بلورینگی بیشتر سطح داخلی می شود که رعایت فاصله گذاری تانکهای خنک کننده را می طلبد.

پس از سرد شدن، لوله پلی اتیلن طبق استاندارد ملی یا بین المللی تولید، نشانه گذاری، بسته بندی و به انبار محصول وارد میشود