مقدمه
سیلندر و ماردون (Screw & Barrel) به‌عنوان قلب دستگاه تزریق پلاستیک یا اکسترودر، وظیفه ذوب، اختلاط و انتقال مواد را بر عهده دارند. عملکرد صحیح این قطعات به‌طور مستقیم بر کیفیت محصول نهایی اثرگذار است. کثیف شدن یا رسوب مواد روی سطح داخلی سیلندر و ماردون، علاوه بر کاهش راندمان فرآیند، موجب ایجاد نقص‌هایی مانند تغییر رنگ، سوختگی، وجود نقاط سیاه و کاهش استحکام قطعات پلاستیکی می‌شود. شناخت دلایل اصلی آلودگی و اتخاذ روش‌های تمیزکاری مؤثر، نقش مهمی در افزایش طول عمر تجهیزات و کاهش ضایعات دارد.
۱. علل کثیف شدن سیلندر و ماردون
۱-۱. باقی‌ماندن مواد پلیمری قبلی
یکی از رایج‌ترین دلایل کثیف شدن سیلندر و ماردون، باقی‌ماندن پلیمر یا رنگدانه‌های استفاده‌شده در تولید قبلی است. هنگام تغییر ماده اولیه یا تغییر رنگ، همیشه مقداری از پلیمر در شیارهای ماردون، نواحی مرده (Dead Zones) یا روی دیواره سیلندر به دام می‌افتد. این باقی‌مانده‌ها در چرخه بعدی وارد جریان مذاب جدید شده و موجب آلودگی رنگ، وجود رگه‌ها، لکه‌های ناخواسته یا ذرات تیره می‌شوند. در صورت عدم شستشو یا پاک‌سازی مناسب، کیفیت سطحی محصول نهایی به‌طور چشمگیری کاهش می‌یابد.
۱-۲. تجزیه حرارتی و سوختگی مواد
پلیمرها نسبت به دما بسیار حساس‌اند و در صورتی‌که شرایط فرآیندی به‌درستی کنترل نشود، دچار تجزیه حرارتی (Thermal Degradation) خواهند شد. اگر دمای سیلندر بیش از حد بالا رود یا زمان ماند مواد در سیلندر طولانی شود، بخشی از مذاب پلیمری شروع به سوختن کرده و به شکل لایه‌های سیاه و سخت کربنی به سطح سیلندر یا شیارهای ماردون می‌چسبد. این لایه‌های سوخته نه تنها مانع جریان روان مواد می‌شوند بلکه در چرخه‌های بعدی به‌صورت ذرات جداشده وارد محصول شده و نقاط سوختگی (Black Specks) ایجاد می‌کنند.
۱-۳. تغییر ناگهانی نوع مواد اولیه
در بسیاری از خطوط تولید، نیاز به تغییر سریع بین پلیمرها وجود دارد. اما تغییر از یک پلیمر با ویسکوزیته پایین به پلیمر با ویسکوزیته بالا یا از پلیمر با دمای ذوب پایین به پلیمر با دمای ذوب بالا (مانند تغییر از PVC به پلی‌پروپیلن) می‌تواند باعث بروز مشکل شود. در چنین شرایطی، ماده قبلی به‌طور کامل تخلیه نمی‌شود و بخشی از آن در سیستم باقی می‌ماند. این مواد باقیمانده در شرایط دمایی و مکانیکی جدید دچار تخریب شده و به شکل رسوب یا آلودگی‌های جامد در می‌آیند.
۱-۴. وجود پرکننده‌ها و افزودنی‌ها
مواد پلیمری اغلب همراه با پرکننده‌های معدنی (مانند تالک، کربنات کلسیم، میکا) یا افزودنی‌هایی نظیر پایدارکننده‌ها، رنگدانه‌ها و نرم‌کننده‌ها مصرف می‌شوند. این ترکیبات در صورتی‌که به‌طور کامل با پلیمر مخلوط نشوند، می‌توانند در شیارهای ماردون ته‌نشین شده یا به سطح سیلندر بچسبند. به‌مرور زمان این رسوبات سخت شده و باعث ایجاد جرم، خطوط روی سطح محصول و حتی افزایش سایش قطعات مکانیکی می‌شوند.
۱-۵. عدم نگهداری و توقف‌های طولانی
یکی دیگر از عوامل مهم، توقف‌های ناخواسته یا طولانی‌مدت دستگاه است. در صورتی‌که هنگام توقف، سیلندر و ماردون از مواد تخلیه نشوند یا با پلیمرهای خنثی پاک‌سازی نگردند، مواد باقیمانده در اثر حرارت بالا شروع به تخریب می‌کنند. این موضوع منجر به تشکیل لایه‌های سوخته، رسوبات سخت و در برخی موارد گرفتگی شدید مسیر جریان می‌شود. علاوه‌بر این، راه‌اندازی مجدد دستگاه پس از توقف با چنین شرایطی، مشکلات جدی در کیفیت محصول ایجاد خواهد کرد.
۲. پیامدهای آلودگی سیلندر و ماردون
۲-۱. تغییر رنگ و آلودگی ظاهری محصول
یکی از اولین نشانه‌های آلودگی سیلندر و ماردون، ایجاد تغییر رنگ ناخواسته در محصول است. باقی‌ماندن پلیمرهای قدیمی یا ذرات سوخته باعث می‌شود که در محصول جدید لکه‌های سیاه، رگه‌های قهوه‌ای یا نقاط زرد دیده شود. این تغییرات ظاهری نه‌تنها کیفیت بصری محصول را کاهش می‌دهند، بلکه برای صنایعی مانند بسته‌بندی، لوازم خانگی و قطعات خودرو که ظاهر محصول اهمیت زیادی دارد، غیرقابل‌قبول هستند.
۲-۲. کاهش کیفیت سطحی و ایجاد عیوب ظاهری
آلودگی‌های موجود در سیلندر و ماردون می‌توانند به‌صورت مستقیم روی سطح قطعه نهایی تأثیر بگذارند. این آلودگی‌ها در جریان مذاب اختلال ایجاد کرده و باعث شکل‌گیری خطوط جریان، رگه‌های ناهمگون، نقاط مات یا حتی حباب‌های سطحی می‌شوند. چنین نقص‌هایی باعث می‌شود محصول از نظر زیبایی و کیفیت نهایی نتواند با استانداردهای بازار رقابت کند و در بسیاری از موارد منجر به مرجوع شدن سفارش‌ها یا افزایش ضایعات تولید می‌شود.
۲-۳. افت راندمان تولید و مشکلات فرآیندی
وجود رسوبات و آلودگی در سیلندر و ماردون باعث افزایش اصطکاک داخلی و مقاومت جریان مذاب می‌شود. این موضوع منجر به افزایش فشار برگشتی (Back Pressure)، کاهش سرعت تزریق یا اکستروژن و در نتیجه افت راندمان تولید خواهد شد. همچنین دستگاه برای جبران این مقاومت نیازمند مصرف انرژی بیشتر است که هزینه‌های عملیاتی را افزایش می‌دهد. در موارد شدید، آلودگی حتی می‌تواند باعث انسداد کانال‌ها و توقف کامل تولید شود.
۲-۴. افزایش هزینه‌های نگهداری و توقف‌های ناخواسته
هر بار که آلودگی و رسوب در سیلندر و ماردون اتفاق بیفتد، اپراتور مجبور به توقف خط تولید و اجرای عملیات تمیزکاری خواهد بود. این توقف‌ها نه‌تنها باعث از دست رفتن زمان تولید می‌شوند، بلکه هزینه‌های جانبی نظیر مصرف Purging Compound، استفاده از نیروی انسانی متخصص و حتی نیاز به تعمیرات مکانیکی را افزایش می‌دهند. در صنایع بزرگ که تولید پیوسته اهمیت حیاتی دارد، چنین توقف‌هایی می‌تواند منجر به زیان‌های اقتصادی سنگین شود.
۲-۵. کاهش عمر تجهیزات و افزایش استهلاک
رسوبات سخت و لایه‌های سوخته باقیمانده در سیلندر و ماردون به‌تدریج باعث ایجاد سایش غیرطبیعی و خوردگی سطح فلزی می‌شوند. این امر موجب کاهش عمر مفید قطعات کلیدی دستگاه شده و نیاز به تعویض زودهنگام ماردون یا تعمیر سیلندر را به‌همراه دارد. علاوه‌بر این، سایش نامتقارن می‌تواند کیفیت اختلاط مواد را کاهش داده و در چرخه‌های بعدی مشکلات بیشتری ایجاد کند. در نتیجه، عدم توجه به تمیزکاری منظم می‌تواند هزینه‌های سرمایه‌ای سنگینی به تولیدکننده تحمیل کند.
۳. راهکارهای پیشگیری از کثیف شدن
۳-۱. کنترل دقیق دما و زمان ماند مواد
یکی از اصلی‌ترین دلایل ایجاد رسوب و سوختگی در سیلندر و ماردون، دمای بالا و زمان ماند طولانی پلیمر است. برای پیشگیری:
- دمای سیلندر باید مطابق مشخصات فنی پلیمر تنظیم شود و از افزایش بیش از حد جلوگیری شود.
- در زمان توقف‌های کوتاه، بهتر است مواد در سیلندر باقی نمانند یا سیستم به‌صورت نیمه‌گرم نگه داشته شود تا پلیمر از تجزیه حرارتی مصون بماند.
- کنترل زمان ماند (Residence Time) برای هر سیکل تولید ضروری است تا مواد بیش از حد در سیلندر نمانند.
این اقدامات از ایجاد لایه‌های سوخته و آلودگی‌های سخت جلوگیری کرده و کیفیت محصول نهایی را تضمین می‌کنند.
۳-۲. انتخاب صحیح مواد و مدیریت تغییر مواد اولیه
زمانی که قصد تغییر پلیمر یا رنگ دارید، باید به ویسکوزیته، دمای ذوب و سازگاری مواد توجه کنید:
- استفاده از مواد پاک‌کننده (Purging Compound) قبل از تغییر ماده، سیلندر و ماردون را آماده می‌کند.
- تغییر ناگهانی بین پلیمرهای با خواص فیزیکی متفاوت (مثلاً از PVC به PP) بدون پاک‌سازی کامل، باعث ایجاد رسوبات و لکه می‌شود.
- انتخاب مواد با ویسکوزیته و دمای ذوب نزدیک، روند پاک‌سازی را ساده‌تر و سریع‌تر می‌کند و خطر آلودگی محصول کاهش می‌یابد.
۳-۳. برنامه‌ریزی تغییر رنگ و مدیریت رنگدانه‌ها
یکی از مشکلات رایج در تولید چندرنگ یا تغییر رنگ، ایجاد لکه‌های رنگی و رگه‌های ناخواسته است:
- استفاده از رنگ‌های نزدیک به هم در خطوط تولید، باعث کاهش اختلاف رنگ و سرعت بالای تغییر می‌شود.
- پرش ناگهانی بین رنگ‌های بسیار متفاوت باید با Purging یا پلیمر ساده انجام شود تا بقایای رنگ قبلی پاک شوند.
- طراحی برنامه زمانی برای تغییر رنگ و اجرای فرآیند پاک‌سازی، باعث کاهش ضایعات و حفظ کیفیت سطح محصول می‌شود.
۳-۴. نگهداری اصولی دستگاه و مدیریت توقف‌ها
برای جلوگیری از آلودگی در توقف‌های طولانی، لازم است اقدامات نگهداری پیشگیرانه انجام شود:
- سیلندر و ماردون باید قبل از توقف، از مواد خالی شوند یا با پلیمرهای خنثی یا Purging Compound پر شوند تا از تجزیه و سوختگی جلوگیری شود.
- محیط نگهداری دستگاه باید خشک و بدون نوسانات شدید دما باشد تا رسوب و خوردگی ایجاد نشود.
- اجرای برنامه‌های بازدید و تمیزکاری دوره‌ای، عمر تجهیزات را افزایش داده و از توقف‌های ناخواسته جلوگیری می‌کند.
۴. روش‌های تمیزکاری سیلندر و ماردون
۴-۱. استفاده از مواد Purging Compound (پلاستیک‌های تمیزکننده)
یکی از رایج‌ترین و مؤثرترین روش‌ها استفاده از مواد پاک‌کننده صنعتی یا همان Purging Compound است. این مواد ترکیبی از پلیمرهای خاص، افزودنی‌های ساینده و روان‌کننده هستند که قابلیت شستشوی بقایای پلیمر قبلی و لایه‌های رسوبی را دارند. هنگام استفاده از این ترکیبات، لازم است دستگاه در دمای کاری متناسب تنظیم شود تا Purging به‌خوبی ذوب شده و باقیمانده‌های چسبیده به دیواره‌ها را جدا کند. این روش معمولاً در خطوط تولیدی که تغییر رنگ یا ماده زیاد اتفاق می‌افتد بسیار کاربردی است.
۴-۲. شستشو با پلیمرهای ساده و ارزان
در برخی موارد، به‌ویژه زمانی‌که رسوبات سبک هستند یا تغییر رنگ انجام می‌شود، می‌توان از پلیمرهای ارزان‌تر و ساده‌تری مانند پلی‌اتیلن (PE) یا پلی‌پروپیلن (PP) استفاده کرد. این مواد به دلیل جریان‌پذیری خوب و ویسکوزیته پایین، بقایای پلیمر قبلی را با خود حمل کرده و به بیرون هدایت می‌کنند. مزیت این روش، دسترس‌پذیری آسان و هزینه پایین است، اما در برابر رسوبات سخت یا سوختگی‌ها چندان کارآمد نیست.
۴-۳. تمیزکاری مکانیکی
زمانی‌که در اثر توقف طولانی یا دماهای بالا، رسوبات سخت کربنی یا مواد سوخته روی ماردون و سیلندر تشکیل شود، روش‌های شستشوی ساده کافی نیست. در این شرایط لازم است ماردون از دستگاه خارج شده و به‌صورت دستی تمیز شود. ابزارهایی مانند برس‌های فلزی مقاوم به حرارت، کاردک‌های صنعتی یا تجهیزات سندبلاست سبک می‌توانند برای این کار مورد استفاده قرار گیرند. در این مرحله باید دقت زیادی به خرج داد تا سطح فلز ماردون یا سیلندر خراشیده نشود، زیرا این آسیب می‌تواند در آینده موجب اختلاط ناقص و سایش زودرس دستگاه شود.
۴-۴. استفاده از حلال‌های شیمیایی
برای برخی پلیمرها، مخصوصاً ترموپلاستیک‌های مقاوم یا پرپُرکننده، می‌توان از حلال‌های شیمیایی اختصاصی استفاده کرد. این حلال‌ها قادرند لایه‌های باقیمانده را در خود حل کرده یا نرم کنند تا راحت‌تر از سطح جدا شوند. البته این روش نیازمند رعایت کامل اصول ایمنی (تهویه مناسب، استفاده از دستکش و ماسک مقاوم) است و باید توسط افراد متخصص اجرا شود، زیرا استفاده نادرست از حلال‌ها می‌تواند به خوردگی سطح یا حتی ایجاد خطرات ایمنی منجر شود.
۴-۵. پیش‌گرم‌کردن و خنک‌کردن مرحله‌ای
یکی دیگر از روش‌های مؤثر، مدیریت حرارتی سیلندر و ماردون است. در این روش با تغییر تدریجی دما (مثلاً افزایش یا کاهش مرحله‌ای)، مواد باقیمانده نرم یا شکننده می‌شوند و خارج‌سازی آنها ساده‌تر خواهد شد. به‌عنوان نمونه، رسوبات سخت‌شده در دمای بالا ممکن است با خنک‌کاری سریع ترک بردارند و سپس با فشار Purging یا پلیمر ساده به بیرون رانده شوند. این تکنیک معمولاً به‌عنوان یک روش کمکی در کنار سایر روش‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد
نتیجه‌گیری
کثیف شدن سیلندر و ماردون از مهم‌ترین چالش‌های تولید در فرآیند تزریق پلاستیک و اکستروژن است که به‌طور مستقیم بر کیفیت محصول و راندمان تولید اثر می‌گذارد. این مشکل بیشتر ناشی از باقی‌ماندن مواد، تجزیه حرارتی و تغییر ناگهانی مواد اولیه است. پیشگیری از این آلودگی با انتخاب صحیح شرایط فرآیندی، مواد اولیه و اجرای برنامه‌های منظم نگهداری امکان‌پذیر است. همچنین استفاده از مواد پاک‌کننده (Purging Compound) و تمیزکاری دوره‌ای مکانیکی و شیمیایی، بهترین راهکار برای حفظ کیفیت تولید و افزایش طول عمر سیلندر و ماردون محسوب می‌شود.
پرسش‌های متداول (FAQ) درباره آلودگی سیلندر و ماردون
علل اصلی شامل باقی‌ماندن پلیمرهای قبلی، تجزیه حرارتی، تغییر ناگهانی مواد اولیه، ته‌نشینی پرکننده‌ها و توقف طولانی دستگاه است. هر یک از این عوامل می‌تواند باعث رسوب و لکه‌های سیاه یا رنگی روی سطح شود.
آلودگی باعث تغییر رنگ، ایجاد نقاط سیاه یا رگه‌ها، کاهش کیفیت سطحی و حتی ایجاد حباب در قطعه می‌شود. این موارد می‌توانند ظاهر محصول را ناخوشایند کرده و کارایی مکانیکی آن را کاهش دهند.
نشانه‌ها شامل لکه‌های رنگی یا سیاه، افزایش فشار برگشتی، کاهش روانی جریان مذاب و کاهش یکنواختی محصول نهایی است.
Purging Compound یک پلیمر پاک‌کننده است که با ترکیبات ساینده و روان‌کننده، بقایای پلیمر قبلی و رسوبات سیلندر را جدا می‌کند. این مواد برای تغییر رنگ یا ماده اولیه در خطوط تولید بسیار مفید هستند.
بله، پلیمرهای ارزان و ساده مانند PE و PP سبک می‌توانند برای شستشوی سطح سیلندر و ماردون استفاده شوند، به‌ویژه زمانی که رسوبات سبک یا تغییر رنگ انجام می‌شود. این روش سریع و کم‌هزینه است اما برای رسوبات سخت یا سوختگی‌ها کافی نیست.
زمانی که رسوبات سخت کربنی یا مواد سوخته روی ماردون و سیلندر ایجاد شده باشد و روش‌های شستشوی ساده و Purging کارساز نباشد، تمیزکاری دستی یا مکانیکی با برس و ابزار صنعتی ضروری است.
حلال‌های شیمیایی می‌توانند لایه‌های باقیمانده پلیمر را نرم یا حل کنند تا تمیزکاری آسان‌تر شود. این روش برای پلیمرهای مقاوم یا پرکننده‌دار مفید است ولی نیاز به رعایت ایمنی دقیق دارد.
کنترل دقیق دما و زمان ماند، استفاده از مواد پاک‌کننده قبل از تغییر ماده، برنامه‌ریزی تغییر رنگ، انتخاب مواد با ویسکوزیته نزدیک و نگهداری اصولی دستگاه، بهترین روش‌های پیشگیری هستند.
این روش با نرم یا شکننده کردن رسوبات، خارج‌سازی آنها را آسان‌تر می‌کند. اغلب به‌عنوان روش کمکی همراه Purging یا شستشوی پلیمر ساده استفاده می‌شود.
رسوبات سخت و لایه‌های سوخته باعث سایش غیرطبیعی سیلندر و ماردون می‌شوند و در نهایت عمر مفید تجهیزات را کاهش می‌دهند. همچنین اختلاط ناقص مواد در چرخه‌های بعدی، کیفیت محصول را تحت تأثیر قرار می‌دهد.
· Purging is important to permit color changes, remove contaminants such as black specks, and plastic adhering to screws and barrels.
این مقاله به اهمیت فرآیند پاک‌سازی (Purging) در تغییر رنگ، حذف آلودگی‌ها مانند نقاط سیاه و پلاستیک‌های چسبیده به ماردون و سیلندر اشاره دارد.
· Dyna-Purge® is designed to soften but not melt in the extruder while scrubbing the screw and barrel walls.
در این مقاله، ویژگی‌های Dyna-Purge® به‌عنوان یک ماده پاک‌کننده صنعتی بررسی شده است که در اکسترودر نرم می‌شود اما ذوب نمی‌گردد و به تمیزکاری دیواره‌های ماردون و سیلندر کمک می‌کند.
· Recycling polymer composite granulate/regrind using big twin-screw extruders.
این مقاله به بازیافت گرانول‌های کامپوزیتی پلیمری و استفاده از اکسترودرهای دو ماردونه بزرگ برای این منظور می‌پردازد.
· Plastics additives at K 2007.
در این مقاله، افزودنی‌های پلاستیکی مورد استفاده در نمایشگاه K 2007 بررسی شده‌اند که شامل مواد پاک‌کننده برای تمیزکاری ماردون و سیلندر نیز می‌باشد.
