كيفية اختيار آلة التكوير المناسبة لآلة تكوير البلاستيك

قد تكون الكريات منتجًا وسيطًا 'فقط'، إلا أن حجمها وشكلها واتساقها مهم في عمليات المعالجة اللاحقة.
يصبح هذا أكثر أهمية عند النظر في الطلبات المتزايدة باستمرار على المركبات. بغض النظر عن المعدات المتوفرة لديهم حاليًا، فإنها لا تبدو مناسبة أبدًا للتحدي التالي. قد يتطلب عدد متزايد من المنتجات سعة إضافية. قد يكون البوليمر أو المادة المضافة الجديدة قاسية جدًا أو ناعمة أو قابلة للتآكل بالنسبة للمعدات الموجودة. أو ربما تتطلب الوظيفة شكلًا مختلفًا للحبيبات. في مثل هذه الحالات، يحتاج القائمون على المركبات إلى معرفة هندسية متعمقة في المعالجة، والتعاون الوثيق مع موردي معدات التكوير.
تبدأ الخطوة الأولى في مواجهة مثل هذه التحديات باختيار المعدات. يتضمن التصنيف الأكثر شيوعًا لعمليات التكوير فئتين، يتم التمييز بينهما حسب حالة المادة البلاستيكية وقت قطعها:
• التكوير بالذوبان (القطع الساخن): الصهر الناتج من قالب يتم تقطيعه على الفور تقريبًا إلى كريات يتم نقلها وتبريدها بواسطة سائل أو غاز؛
• تكوير الخيوط (القطع على البارد): يتم تحويل الذوبان الناتج من رأس القالب إلى خيوط يتم تقطيعها إلى كريات بعد التبريد والتصلب.
قد يتم تصميم الاختلافات في هذه العمليات الأساسية لتناسب مواد الإدخال المحددة وخصائص المنتج في إنتاج مركب متطور. وفي كلتا الحالتين، يمكن دمج خطوات العملية المتوسطة ودرجات مختلفة من الأتمتة في أي مرحلة من مراحل العملية.
للعثور على أفضل حل لمتطلبات الإنتاج الخاصة بك، ابدأ بتقييم الوضع الراهن، وكذلك تحديد الاحتياجات المستقبلية. وضع توقعات خمسية للمواد والقدرات المطلوبة. غالبًا ما تكون الحلول قصيرة المدى أكثر تكلفة وأقل إرضاءً بعد فترة من الزمن. على الرغم من أن كل خط تكوير تقريبًا في المُركب سيتعين عليه معالجة مجموعة متنوعة من المنتجات، إلا أنه لا يمكن تحسين أي نظام معين إلا لمجموعة صغيرة من مجموعة المنتجات بأكملها.
وبالتالي، يجب معالجة جميع المنتجات الأخرى في ظل ظروف وسطية.
سيكون لحجم الدفعة، بالإضافة إلى سعة النظام الاسمية، تأثير قوي جدًا على عملية التكوير واختيار الآلات. وبما أن كميات الإنتاج المركبة تميل إلى أن تكون صغيرة إلى حد ما، فإن مرونة المعدات غالبًا ما تكون مشكلة كبيرة. تشمل العوامل سهولة الوصول إلى التنظيف والخدمة والقدرة على الانتقال ببساطة وسرعة من منتج إلى آخر. يجب أن يتضمن بدء تشغيل وإيقاف نظام التكوير الحد الأدنى من هدر المواد.
غالبًا ما يكون الخط الذي يستخدم حمامًا مائيًا بسيطًا لتبريد الخيوط هو الخيار الأول لتركيب النباتات. ومع ذلك، يمكن أن يختلف التصميم الفردي بشكل كبير، نظرًا لمتطلبات الإنتاجية والمرونة ودرجة تكامل النظام. في عملية التكوير، تخرج خيوط البوليمر من رأس القالب ويتم نقلها من خلال حمام مائي وتبريدها. بعد أن تغادر الخيوط حمام الماء، يتم مسح الماء المتبقي من السطح بواسطة سكين هواء الشفط. يتم نقل الخيوط المجففة والمتصلبة إلى آلة التكوير، حيث يتم سحبها إلى غرفة القطع بواسطة قسم التغذية بسرعة خط ثابتة. في آلة التكوير، يتم قطع الخيوط بين الدوار وسكين السرير إلى كريات أسطوانية تقريبًا. يمكن إخضاعها للمعالجة اللاحقة مثل التصنيف والتبريد الإضافي والتجفيف بالإضافة إلى النقل.
إذا كان المتطلب هو التركيب المستمر، حيث تتضمن تغييرات أقل في المنتج وتكون القدرات عالية نسبيًا، فقد تكون الأتمتة مفيدة لتقليل التكاليف مع زيادة الجودة. قد يستخدم خط التكوير الأوتوماتيكي هذا تنوعًا ذاتيًا من هذا النوع من آلة التكوير. يتميز هذا بوجود شريحة مياه تبريد وحزام ناقل مثقوب يحل محل حوض التبريد وخط التبخر ويوفر النقل التلقائي إلى آلة التكوير.
بعض مركبات البوليمر هشة للغاية وتنكسر بسهولة. قد تكون المركبات الأخرى، أو بعض مكوناتها، حساسة للغاية للرطوبة. بالنسبة لمثل هذه المواد، فإن آلة التكوير ذات الحزام الناقل هي أفضل إجابة. يأخذ الحزام الناقل المثقوب الخيوط من القالب وينقلها بسلاسة إلى القاطع. تتيح الخيارات المختلفة لرذاذ الماء البارد، أو البخاخات، أو قوالب فنتوري الهواء المضغوط، أو مروحة الهواء، أو مجموعات منها قدرًا كبيرًا من المرونة.

متى يجب الذهاب تحت الماء
عندما يكون شكل الحبيبات المفضل أكثر كروية منه أسطواني، فإن البديل الأفضل هو قاطعة ذات وجه ساخن تحت الماء. مع نطاق قدرة يتراوح من حوالي 20 رطل/ساعة إلى عدة أطنان/ساعة، ينطبق هذا النظام على جميع المواد ذات سلوك اللدائن الحرارية. أثناء التشغيل، يتم تقسيم ذوبان البوليمر إلى حلقة من الخيوط التي تتدفق عبر قالب حلقي إلى غرفة القطع المغمورة بالمياه المعالجة. يقوم رأس القطع الدوار في تيار الماء بتقطيع خيوط البوليمر إلى كريات، والتي يتم نقلها على الفور خارج غرفة القطع. يتم نقل الكريات على شكل ملاط ​​إلى مجفف الطرد المركزي، حيث يتم فصلها عن الماء عن طريق تأثير المجاذيف الدوارة. يتم تفريغ الكريات الجافة وتسليمها للمعالجة اللاحقة. يتم ترشيح الماء وتلطيفه وإعادة تدويره مرة أخرى إلى العملية.
المكونات الرئيسية لرأس القطع بالنظام مع حجرة القطع، ولوحة القالب، وصمام بدء التشغيل، كلها على إطار دعم مشترك، هي مجموعة رئيسية واحدة. يمكن اختيار جميع مكونات النظام الأخرى، مثل دائرة معالجة المياه مع الممر الجانبي، وغرفة التفريغ، وزجاج الرؤية، ومجفف الطرد المركزي، وفلتر الحزام، ومضخة المياه، والمبادل الحراري، ونظام النقل من مجموعة شاملة من الملحقات ودمجها في نظام خاص بالوظيفة.
في كل نظام تكوير تحت الماء، يوجد توازن هش لدرجة الحرارة داخل غرفة القطع ولوحة القالب. يتم تبريد لوحة القالب بشكل مستمر بواسطة مياه المعالجة ويتم تسخينها بواسطة سخانات رأس القالب وتدفق الذوبان الساخن. يؤدي تقليل فقدان الطاقة من لوحة القالب إلى مياه المعالجة إلى حالة معالجة أكثر استقرارًا وزيادة جودة المنتج. ومن أجل تقليل فقدان الحرارة هذا، قد يختار المعالج لوحة قالب عازلة حراريًا و/أو يتحول إلى قالب مسخن بالسوائل.
العديد من المركبات كاشطة للغاية، مما يؤدي إلى تآكل كبير في الأجزاء الملامسة مثل شفرات الغزل وشبكات الترشيح في مجفف الطرد المركزي. قد تكون المركبات الأخرى حساسة للتأثير الميكانيكي وتولد غبارًا زائدًا. بالنسبة لكل من هاتين المادتين الخاصتين، يقوم نوع جديد من مجففات الحبيبات بترسيب الكريات الرطبة على حزام ناقل مثقوب ينتقل عبر سكين هوائي، مما يؤدي إلى شفط الماء بشكل فعال. يمكن تقليل تآكل أجزاء الماكينة وكذلك تلف الكريات بشكل كبير مقارنة بالمجفف الصدمي. ونظرًا لوقت المكوث القصير على الحزام، فعادةً ما يكون هناك حاجة إلى نوع ما من التجفيف بعد نزح المياه (كما هو الحال مع الطبقة المميعة) أو التبريد الإضافي. فوائد هذا الحل الجديد لتجفيف الكريات بدون تأثير هي:
•انخفاض تكاليف الإنتاج بسبب العمر الطويل لجميع الأجزاء التي تتلامس مع الكريات.
• التعامل اللطيف مع الحبيبات، مما يضمن جودة عالية للمنتج وتقليل توليد الغبار.
• تقليل استهلاك الطاقة لعدم الحاجة إلى إمدادات طاقة إضافية.

عمليات التكوير الأخرى
بعض عمليات التكوير الأخرى تعتبر غير عادية إلى حد ما في مجال التركيب. الطريقة الأسهل والأرخص لتقليل حجم المواد البلاستيكية إلى حجم مناسب لمزيد من المعالجة قد تكون عملية طحن بسيطة. ومع ذلك، فإن شكل وحجم الجسيمات الناتجة غير متناسقين للغاية. ستعاني بعض خصائص المنتج الهامة أيضًا من تأثير سلبي: ستنخفض الكثافة الظاهرية بشكل كبير وستكون خصائص التدفق الحر للكتلة سيئة للغاية. ولهذا السبب فإن هذه المواد لن تكون مقبولة إلا للتطبيقات الرديئة ويجب تسويقها بتكلفة منخفضة إلى حد ما.
كان التقطيع عملية شائعة لتقليل الحجم منذ أوائل القرن العشرين. لقد تناقصت أهمية هذه العملية بشكل مطرد منذ ما يقرب من 30 عامًا ولا تساهم حاليًا إلا بشكل ضئيل في أسواق الكريات الحالية.
تعتبر عملية تكوير الخيوط تحت الماء عملية أوتوماتيكية متطورة. لكن طريقة الإنتاج هذه تستخدم بشكل أساسي في بعض إنتاج البوليمرات الخام، مثل البوليستر والنايلون والبوليمرات الستيرينية، وليس لها تطبيق شائع في التركيبات الحالية.
إن عملية التكوير المبردة بالهواء هي عملية تنطبق فقط على المنتجات غير اللزجة، وخاصة PVC. ولكن يتم تركيب هذه المادة بشكل أكثر شيوعًا في الخلاطات الدفعية مع التسخين والتبريد وتفريغها كخلائط جافة. يتم تحويل كميات ضئيلة فقط من مركبات PVC إلى كريات.
إن عملية تكوير حلقة الماء هي أيضًا عملية تلقائية. ولكنها أيضًا مناسبة فقط للمواد الأقل لزوجة وتجد تطبيقها الرئيسي في إعادة تدوير البولي أوليفين وفي بعض التطبيقات البسيطة في التركيب.

التأثير على خصائص المنتج

يتضمن اختيار عملية التكوير الصحيحة النظر في أكثر من مجرد شكل الحبيبات وحجم الإنتاجية. على سبيل المثال، درجة حرارة الحبيبات والرطوبة المتبقية متناسبة عكسيا؛ أي أنه كلما ارتفعت درجة حرارة المنتج، انخفضت الرطوبة المتبقية. تكون بعض المركبات، مثل العديد من أنواع TPE، لزجة، خاصة عند درجات الحرارة المرتفعة. يمكن قياس هذا التأثير عن طريق عد التكتلات - التوائم والمضاعفات - في كتلة كبيرة من الكريات.
في نظام التكوير تحت الماء، يمكن إنشاء مثل هذه التكتلات من الكريات اللزجة بطريقتين. أولاً، مباشرة بعد القطع، تكون درجة حرارة سطح الحبيبة حوالي 50 درجة فهرنهايت فقط فوق درجة حرارة الماء المعالجة، في حين أن قلب الحبيبة لا يزال منصهرًا، ومتوسط ​​درجة حرارة الحبيبة هو فقط 35 درجة إلى 40 درجة فهرنهايت تحت درجة حرارة الذوبان. إذا تلامست كريتان، فإنهما تتشوهان قليلاً، مما يخلق سطح اتصال بين الكريات والذي قد يكون خاليًا من الماء المعالج. في منطقة التلامس هذه، سوف يذوب الجلد المتصلب مرة أخرى على الفور بسبب الحرارة المنقولة من القلب المنصهر، وسوف تندمج الكريات مع بعضها البعض.
ثانيًا، بعد تفريغ الكريات من المجفف، تزداد درجة حرارة سطح الكريات بسبب انتقال الحرارة من القلب إلى السطح. إذا تم تخزين كريات TPE الناعمة في حاوية، يمكن أن تتشوه الكريات، وتصبح أسطح التلامس الدافئة بين الكريات الفردية أكبر، ويزداد الالتصاق، مما يؤدي مرة أخرى إلى التكتلات. من المحتمل أن تتكثف هذه الظاهرة مع حجم الكريات الأصغر - على سبيل المثال، الكريات الدقيقة - نظرًا لأن نسبة مساحة السطح إلى الحجم تزداد مع القطر الأصغر.
يمكن تقليل تكتل الحبيبات عن طريق إضافة بعض المواد الشبيهة بالشمع إلى الماء المعالج أو عن طريق طحن أسطح الحبيبات مباشرة بعد تجفيف الحبيبات.
إن إجراء عدد من اختبارات التكوير بمعدل إنتاجية ثابت سيعطيك فكرة عن الحد الأقصى لدرجة حرارة الحبيبات العملية لنوع المادة وحجم الحبيبات. أي شيء أعلى من درجة الحرارة هذه سيزيد من كمية التكتلات، وأي شيء أقل من درجة الحرارة هذه سيزيد من الرطوبة المتبقية.
في حالات قليلة، قد تكون عملية التكوير قابلة للاستهلاك. وهذا صحيح فقط في التطبيقات التي يمكن فيها تحويل البوليمرات الخام مباشرةً إلى منتجات تامة الصنع - على سبيل المثال، البثق المباشر لصفائح PET من مفاعل بوليمر. إذا كان تركيب المواد المضافة والمكونات الأخرى يضيف قيمة حقيقية، فإن التحويل المباشر غير ممكن. إذا كان التكوير ضروريًا، فمن الأفضل دائمًا معرفة خياراتك.
نبذة عن المؤلف
انضم هورست مولر إلى شركة Automatik Plastics Machinery GmbH، وهي شركة ألمانية رائدة في مجال تصنيع معدات تكوير البلاستيك، في عام 1997. ويشارك مولر في مجالات الهندسة والتطوير والتوحيد القياسي وإدارة الملكية الفكرية والتوثيق والتسويق.