لوله‌های پلی‌اتیلنی-قسمت سوم – واحدهای شکل‌دهی و تثبیت ابعادی لوله، روش‌های کالیبراسیون قطر خارجی لوله،
واحدهای شکل‌دهی و تثبیت ابعادی لوله
تثبیت‌کننده‌های ابعادی لوله‌های پلیمری ابزاری با تکالیف مشخص ذیل می‌باشند:
جلوگیری از ریزش فرم لوله پس از خروج مذاب از قالب
تثبیت شکل و ابعاد لوله در ادامه خط تولید
گرفتن انرژی گرمایی نهفته در جداره لوله
خنک‌سازی لوله گرم تا تثبیت کامل آن
به این ترتیب ادامه فرآورش خط تولید لوله پس از خروج مذاب از قالب تابعی از شرایط فیزیکی شکل‌گیری مذاب در مسیر خط تولید می‌گردد. بنابراین چیدمان ابزارآلات مربوطه نیز باید براساس همین شرایط فیزیکی فرآیند طراحی و اجرا گردد.
مذابی که از قالب حلقوی گرم اکسترودر بیرون می‌آید باید بلافاصله در قالب دیگری قرار بگیرد تا بتواند شکل خود را حفظ نماید. این قالب دوم که وظیفه آن حفظ ابعاد ظاهری لوله است -کالیبراتور نامیده می‌شود و سیستمی که کالیبراتورها در آن قرار دارند- سیستم کالیبراسیون نامیده می‌شود.
در این سیستم نه تنها باید ابعاد خارجی و داخلی لوله تثبیت گردد بلکه باید حداکثر انرژی گرمایی نهفته شده در ماده پلیمری هم در این مرحله عملیاتی از محصول گرفته شود که این عمل عموماً به وسیله گردش آب سرد انجام می‌گیرد.
حساسیت کیفی لوله‌های پلیمری ایجاب می‌کند که برای تولید لوله‌ها نه تنها نوع اکسترودر و نوع قالب بلکه نوع سیستم کالیبراسیون هم متناسب با پلیمر مصرفی انتخاب گردد. انتخاب نوع کالیبراسیون عموماً براساس ویژگی‌های پلیمر مصرفی انجام می‌گیرد که مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از ویسکوزیته پلیمر، الاستیسیتی مذاب، قابلیت چسبندگی مذاب با فلز یا قابلیت لغزندگی مذاب روی فلز، سرعت خطی تولید و همین طور قطر خارجی و ضخامت لوله. به طور کلی مشکلات کالیبره کردن لوله‌های پلیمری بیش‌تر خواهد شد اگر
گران‌روی مذاب کاهش یابد
قابلیت انتقال گرمایی مذاب کم‌تر گردد
مقاومت گرمایی و الاستیسیتی مذاب کم‌تر گردد
ضخامت جداره لوله و یا قطر لوله تولیدی بیش‌تر گردد
تمایل چسبندگی مذاب پلیمر به قطعات فلزی بیش‌تر گردد.
ولی مهم‌ترین پارامتر تعیین‌کننده در انتخاب سیستم‌های کالیبراسیون، کاربرد نهایی محصول تمام شده است.
از آن‌جا که لوله‌ها پلیمری بر اساس قطر خارجی اندازه‌بندی و معرفی می‌شوند لذا به کارگیری سیستم‌هایی که فقط قطر خارجی لوله را کالیبره کنند، امری منطقی به نظر می‌رسد بر همین اساس بیش‌ترین کالیبراتورهای موجود در صنعت لوله‌سازی سیستم‌هایی هستند که می‌توانند قطر خارجی لوله را بر حسب مواد مصرف به دو روش متفاوت کالیبره کنند.
روش‌های کالیبراسیون قطر خارجی لوله عموماً عبارتند از
سیستم خلأ یا سیستم وکیوم تانک
در این روش آب ورودی با دمایی حدود ۲۵-۲۰ درجه سانتی‌گراد به تانک وکیوم وارد و با خنک‌سازی نسبی لوله با دمایی حدود ۷۰-۴۰ از تانک خارج می‌شود. به منظور سهولت در امر تولید سعی می‌شود بین فشار داخل تانک با فشار محیط (فشار اتمسفر) اختلاف فشاری حدود bar 0/4-0/6 برقرار می‌گردد.
فشار داخل لوله‌ای که از وسط این تانک می‌گذرد، برابر با فشار اتمسفر است در حالی که فشار حاکم بر تانک یعنی فشار حاکم بر سطح بیرونی لوله حدود bar 0/4-0/6 کم‌تر از آن است. بنابراین بر اساس این اختلاف فشار سطح بیرونی لوله به سطوح حلقه‌های کالیبراتور مماس شده و هم‌زمان به جلو کشیده می‌شود.
سیستم خلأ یا کالیبراسیون به وسیله وکیوم تانک
۱ و ۲: ورودی-خروجی آب سرد به بوش تانک، ۳ و ۴: ورودی-خروجی آب سرد به تانک وکیوم
۵ و ۶: ورودی-خروجی آب سرد به تانک خنک‌کننده، ۷: قالب اکسترودر، ۸: فشارسنج، ۹: پمپ خلأ، ۱۰: حمام آب سرد، ۱۱: لوله، ۱۲: دوش‌های آب سرد، ۱۳: حلقه‌های برنزی کالیبراتور
در حالی که سطح داخلی لوله فقط با هوای محیط در تماس است، پوسته بیرونی از میان آب سرد گردشی به جلو منتقل می‌گردد و همین تماس با آب سرد باعث می‌شود که مذاب پوسته لوله سریع خنک شده و در نتیجه فرم خارجی لوله تثبیت گردد. در این مرحله بیش‌تر گرمای مذاب توسط آب گردشی گرفته می‌شود و حالت فیزیکی دیواره لوله از حالت پلاستیکی به حالت الاستیکی در می‌آید.
به منظور تخلیه کامل گرمای نهفته شده در جدار لوله و تثبیت کامل فرم خارجی آن لازم است که تولید شده در ادامه مسیر از میان تانک‌های آب سرد و یا دوش‌های آب سرد (برای اندازه‌های بالا) نیز بگذرد.
عموماً قالب اکسترودرهایی که مجهز به سیستم کالیبراسیونی وکیومی تانک هستند به گونه‌ای طراحی می‌گردند که اندازه قطر لوله خروجی از قالب همیشه و در همه حال بزرگ‌تر از اندازه قطر ورودی به تانک وکیوم باشد.
با افزایش قطر لوله، شعاع کمان تماس سطح لوله با آب نیز به تدریج بیش‌تر و بیش‌تر می‌گردد. بیش‌تر شدن سطح تماس با آب یعنی افزایش نیروی وارده آب بر سطح زیرین لوله و در نتیجه خروج بیش‌تر لوله از داخل آب. در این حالت فقط قسمتی از سطح لوله و آن هم فقط قسمتی که با آب در تماس است امکان خنک شدن دارد-در حالی که قسمت‌های دیگر لوله هنوز گرم و شکل‌پذیر می‌باشند. بنابراین به منظور یکنواختی در مرحله خنک‌شوندگی کامل سطح سطح لوله‌های اندازه بالا (بزرگ‌تر از ۷۵ میلی‌متر) به جای آن که از حمام آب استفاده شود، ترجیح داده می‌شود که از دوش آب سرد استفاده گردد.
تانک دوش آب جهت خنک کردن سطح کامل لوله‌های اندازه بالا
سیستم اختلاف فشار
در این روش قسمتی از فضای داخل لوله به وسیله بوشی فلزی یا نمدی که توسط زنجیری به قالب متصل گردیده است، مسدود می‌گردد. پس از انسداد انتهای لوله با بوش مربوطه-هوای فشاری بیش از فشار محیط (بیش از یک اتمسفر) به داخل لوله دمیده می‌شود. برتری فشار داخل لوله نسبت به فشار محیط باعث می‌شود که سطح خارجی لوله به حلقه‌های کالیبراتور مماس شده و هم‌زمان به جلو کشیده شود. در این روش می‌توان مذاب خارجی از دهانه قالب (die) را از بیرون با آب و از طرف داخل با هوای سرد خنک کرد.
کالیبره کردن لوله توسط اختلاف فشار
۱: لوله، ۲: بوش مسدودکننده داخل لوله، ۳: حمام آب، ۴: زنجیر اتصال بوش به قالب، ۵: ورودی و خروجی آب، ۶: کالیبراتور، ۷: هسته، ۸: قالب، ۹: هوای ورودی
خنک‌کردن هم‌زمان جداره‌های داخلی و خارجی لوله توسط هوا و آب باعث می‌شود که تنش ماندگار در لوله نهایی نسبت به روش‌های دیگر به مراتب کم‌تر و در نتیجه ویژگی مکانیکی لوله بهتر شود.
روش دیگری برای کالیبره کردن لوله‌های پلی‌اتیلنی مورد استفاده قرار می‌گیرد، کالیبراسیون به روش آزاد است. در این روش لوله با قطری بزرگ‌تر از اندازه نهایی از دهانه قالب (die) خارج می‌شود و بلافاصله به داخل دهانه تانک آب سردی که با فاصله‌ای مشخص از die قرار دارد، کشیده می‌شود.
کالیبراسیون آزاد لوله در آب
۱: کالیبراتور، ۲ و ۳: هوای خنک‌کننده، ۴: واشر، ۵: قالب
از نظر فرآیندی طول تانک‌های خنک‌کننده خط تولید لوله‌های PE، باید به گونه‌ای طراحی شوند که بتوانند حداکثر گرمای نهفته شده در ماده پلیمری را در طول این مسیر جذب نمایند.
پس از تانک‌های خنک‌کننده و در مکانی که لوله تولید شده حالت شکل‌پذیری خود را تقریباً از دست داده و تا حدود زیادی نیز خنک شده است، سیستمی به نام کاترپیلار قرارداد که وظیفه آن نگه‌داری لوله با نیرویی ثابت و هم‌زمان با آن کشش و انتقال لوله با سرعتی متناسب با سرعت خطی اکسترودر است.
افزایش سرعت خطی کاترپیلار بدون در نظر گرفتن سرعت اکسترودر باعث ایجاد نوسانات ضخامت (نازک شدن) جداره و در برخی موارد پارگی لوله می‌گردد و کاهش آن نیز تجمع مواد ورودی مذاب به کالیبراتور و یا تجمع در تانک‌های خنک‌کننده را به همراه دارد که در هر دو حالت باعث اختلال در عملیات تولید می‌گردد. به همین دلیل سازندگان ماشین‌آلات خط تولید لوله‌های پلیمری سیستم‌های مجزا از یک‌دیگر را به گونه‌ای طراحی می‌کنند که سرعت سیستم کاترپیلار تابعی از سرعت دورانی مارپیچ گردد به طوری که سرعت خطی اکسترودر و کاترپیلار همیشه بر یک‌دیگر منطبق باشند.
سرعت خنک شدن لوله‌های پلی‌اتیلنی صرف نظر از اندازه لوله، تابع مستقیمی از طول تانک‌های آب خنک‌کننده، دمای آب گردشی و سرعت خطی کاترپیلار است. هر چه سرعت خنک‌کنندگی لوله بیش‌تر شود به همان نسبت زمان بلورینگی مذاب نیز کاهش خواهد یافت. کوتاه شدن زمان بلورینگی یعنی کاهش درصد کریستالیت‌ها و گسترش بخش آمورف پلیمر در لوله تولیدی.
با افزایش بخش آمورف پلیمر، الاستیسیتی جداره لوله بیش‌تر شده و هم‌زمان با آن برخی فاکتورهای مکانیکی مانند مقاومت لوله در برابر تنش‌های محیطی و فشار سیال داخل لوله کاهش می‌یابد.
آخرین دستگاهی که در مسیر خط تولید (Production Street) لوله‌ها قرار می‌گیرد، سیستم‌های برش اتومایک یا نیمه اتوماتیک است و سپس وسایل جمع‌آوری (مکانیکی یا دستی) لوله‌های برش خرده می‌باشد.
لوله‌های اندازه پایین PE را می‌توان در کلاف‌های ۱۰۰ متری یا حتی بیش‌تر هم جمع‌آوری نمود. در این حالت قطری که برای پیچش کلاف‌ها در نظر گرفته می‌شود، عموماً تابعی از قطر خارجی لوله تولید شده خواهد بود.
همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.
info@fara-ps.com
پاسخ دهید
ببخشید، برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید