מנקודת מבט של טכניקות עיבוד פולימרים מודרניות, מכונות TSE (מכונות אקסטרודר בעלות שני בורגים) הפכו לחלק בלתי נפרד מכל התהליך, בזכות גמישותן, יכולת הבקרה והסתגלותן הרבה. ביחס למערכות בורג יחיד, מכונות אקסטרודר בעלות שני בורגים מספקות יעילות גבוהה יותר בערבוב, בקרת זמן שהייה מדויקת, העברת חום ומסה משופרת, ויכולות לשלב מספר פונקציות עיבוד לתהליך רציף אחד. לכן, מכונות TSE מוצאות יישומים נרחבים בתהליכי סינתזה, שינוי, טיהור ועיצוב פולימרים.
במסגרת הרחבה יותר של דיונים טכנולוגיים ועקרוניים בנושא שיחול בורגי כפול, ניתן לסווג באופן שיטתי את היישומים של שיחול בורגי כפול לשלושה תחומים מרכזיים: עיבוד ריאקטיבי, עיבוד פולימרים בתפזורת ופעולות עיצוב סופיות תרמופלסטיות. תחומי יישום אלה משקפים את היכולת הייחודית של יצרן של מכבשים בורגיים כפולים לתפקד לא רק כמכשירים להובלת חומרים, אלא גם ככורים כימיים ופלטפורמות עיבוד משולבות.
עיבוד ריאקטיבי: מכונות אקסטרודר כפולות ככורים כימיים
אחד היישומים הטכניים המשמעותיים ביותר של מכונות אקסטרודר בעלות שני בורגים הוא בתחום העיבוד הריאקטיבי, שבו המכונה פועלת ככור כימי רציף. מבחינה זו, מכונה זו מציעה גזירה מבוקרת, ערבוב יעיל, בקרת טמפרטורה מדויקת וזמן שהייה משתנה, שכולם נדרשים לתגובה כימית של פולימר.
תגובות פולימריזציה
גם פולימריזציה באמצעות חיבור וגם פולימריזציה באמצעות עיבוי מתבצעות באמצעות מכונות אקסטרודר כפולות. אופיין הרציף הופך אותן למתאים במיוחד למערכות פולימריות שבהן שליטה על התגובה והסרת החום חשובה.
דוגמה אופיינית לכך היא פולימריזציה רציפה של עיבוי פוליאסטרים, שבה מונומרים או אוליגומרים מגיבים בתנאים תרמיים ומכניים. דוגמה נוספת היא פולימריזציה אניונית של קפרולקטם לייצור ניילון-6 באמצעות מכבש בורגי כפול, הנהנה מערבוב הומוגני והסרה יעילה של תוצרי לוואי של התגובה.
עיצוב הבורג המודולרי מאפשר יצירת אזורי תגובה שונים לאורך הקנה, ובכך מאפשר דיוק בבקרה על התקדמות התגובה והתפתחות המשקל המולקולרי.
תגובות השתלה
מכונות אקסטרודר כפולות משמשות באופן נרחב בתגובות השתלה בהן מונומרים פונקציונליים מחוברים כימית לעמודי פולימר. דוגמאות לכך כוללות השתלת מונומרים של אנהידריד מאלי או סטירן על קופולימרים מסוג EVA.
בתהליכים כאלה, הגזירה הגבוהה והערבוב האינטנסיבי בתצורת הבורג הכפול מקדמים מגע יעיל של המגיבים, בעוד שזמן שהייה מבוקר ממזער תגובות לוואי לא רצויות. לכן, מכונות אקסטרודר עם בורג כפול מתאים במיוחד לפולימרים פונקציונליים המשמשים כקומפטיביליזטורים או כמשנים ביצועים.
תהליכי הלוגנציה
תחום יישום נוסף כרוך בהלוגנציה של פולימרים, כגון הלוגנציה של פוליאולפינים או גומי בוטיל, כאשר נעשה שימוש גם במכונות אקסטרודר בעלות בורג כפול. תגובות אלו כרוכות בחשיפה אחידה של הפולימר לחומרים ריאקטיביים בתנאים מבוקרים.
תעלות הזרימה הסגורות, אך הנגישות, של מכונות אקסטרודר עם שני בורגים מאפשרות טיפול בטוח בכימיקלים ריאקטיביים בתנאים המקדמים איכות מוצר עקבית. בחירה נכונה של רכיבי בורג ואזורי חלוקה של הקנה חשובים ביותר לפיזור הלוגן אחיד.
ויסקראקינג ובקרת משקל מולקולרי
מכונות אקסטרודר עם בורג כפול משמשות גם בוויסקראקינג, שהיא תהליך של פירוק מבוקר להתאמת משקל מולקולרי של הפולימר. לדוגמה, ניתן לטפל בפוליפרופילן עם מי חמצן אורגניים אשר יורידו במכוון את המשקל המולקולרי ויצמצמו את התפלגות המשקל המולקולרי.
יישום זה מדגים כיצד TSEs יכולים לשלוט במדויק הן בגזירה והן בקלט תרמי, מה שמאפשר ליצרן להתאים אישית את תכונות החומר כדי לעמוד בדרישות עיבוד או ביצועים ספציפיות במורד הזרם.
יישומי עיבוד פולימרים בכמות גדולה
בנוסף ליישומי תגובות כימיות, מכונות אקסטרודר עם בורג כפול נמצאות בשימוש נרחב בעיבוד פולימרים בכמות גדולה, במיוחד בשלבים שלאחר הפולימריזציה הדורשים שינוי פיזי וכימי של פולימרים.
תערובת ותערובות
חלק מהיישומים העיקריים של מכונות אקסטרודר עם בורג כפול כוללים ערבול וערבוביה של פולימרים. TSEs משמשים לשילוב חומרי מילוי, סיבים, פיגמנטים, מייצבים, פלסטייזרים ותוספים אחרים במטריצות פולימר.
עיצוב הבורג המשתלב ותצורת האלמנטים המודולריים יוצרים ערבוב שיכול להיות גם פיזור וגם פיזור, ובכך מבטיח פיזור חלקיקים אחיד ותכונות חומר עקביות. ערבוב הפולימרים, אפילו פולימרים שאינם ניתנים לערבוב, נהנה מגזירה גבוהה ודפוסי זרימה מבוקרת האפשריים במערכות בעלות שני בורגים.
הסרת חומרים נדיפים וסילוקם
הסרת החומרים הנדיפים היא שלב מפתח לאחר התגובה או לאחר העיבוד בתהליכי ייצור פולימרים רבים. מכונות אקסטרודר בעלות שני בורגים יעילות מאוד בהסרת מונומרים שיוריים, ממסים, לחות ורכיבים נדיפים אחרים.
בין השימושים נמנים יישומים הנעים בין ייבוש וייבוש גומי סינתטי ועד להסרת תוצרי פירוק נדיפים מפולימרים שהתפרקו חלקית כגון פוליפרופילן. תצורות מסוימות של בורג כפול משתמשות בתכנון ערוץ פתוח, יחד עם מערכות אוורור וואקום המאפשרות העברת מסה יעילה וחילוץ נדיפים ללא הפרעה לפעולה רציפה.
תהליכי קרישה
מכונות אקסטרודר בעלות בורג כפול מוצאות יישומים גם בקרישה, במיוחד בעיבוד לאחר ריאקציה. דוגמה אופיינית היא שילוב לטקס גומי בתרמופלסטים בייצור שרפים כמו ABS.
מכבש הבורג הכפול מאפשר ערבוב מבוקר ואינטראקציה פאזית בתהליכים אלה, מה שמאפשר קרישה וייצוב יעילים של מערכות פולימר רב-פאזיות.
פעולות עיצוב סופיות תרמופלסטיות
מלבד סינתזה ושינוי, מכונות אקסטרודר עם בורג כפול יושמו גם בפעולת העיצוב הסופית של תרמופלסטיים, בעיקר במקרים בהם נדרשת איכות התכה אחידה לפני העיצוב.
פרופילי שחול ועיצוב מקדים
כאשר נדרשת קביעות של הומוגניות ההיתוך ויציבות התפוקה, מכונות אקסטרודר בעלות שני בורגים משמשות בדרך כלל לאקליטת פרופילים של תרמופלסטים. מכונות אקסטרודר בעלות שני בורגים משמשות בדרך כלל בעיצוב הסופי, אך כיחידות עיבוד מקדים או עיצוב כאשר מורכבות החומר או רגישות הפורמולציה דורשות ערבוב משופר, מכונות אקסטרודר בעלות שני בורגים יכולות לשמש בצורה מצוינת.
היכולת לספק תערובת אחידה וממוזגת היטב הופכת אותם למתאימים להזנת ציוד עיצוב במורד הזרם, כולל תבניות ומערכות קלנדרינג.
יישומים המבוססים על סוג טכנולוגיית בורג כפול
טכנולוגיות שונות של בורג כפול חלות על תחומי יישומים שונים. בהתבסס על כיוון הסיבוב של הברגים ומאפייני השילוב היחסיים, ניתן להבחין בין שלוש קבוצות עיקריות של סוגי מכבש בורג כפול.
מכחול בורגי תאומים מסתובבים נגדיים שאינם משתלבים זה בזה
מערכות TSE מסתובבות נגדיות שאינן משתלבות זו בזו משמשות בדרך כלל לתהליכים בהם נדרש טיפול עדין בחומר ויצירת לחץ יציב. בשל התכנון המכני הפשוט יחסית, הן מתאימות ליישומי עיבוד פשוטים שאינם דורשים ערבוב אינטנסיבי.
מכחול בורגי תאומים מסתובבים נגדיים זה בזה
מכונות אקסטרודר בעלות שני ברגים מסתובבים נגדיים, פועלות על פי עקרונות תזוזה חיובית. החומר מועבר לתאים סגורים המספקים יציבות לחץ מעולה ודיוק פלט. מכונות אלו מתאימות במיוחד ליישומים בהם נדרשים דיוק ממדי ובקרת תפוקה. דוגמאות לכך כוללות תהליכים תגובתיים ועיצוב מסוימים.
מכבשים בורגיים תאומים מסתובבים זה בזה
מכונות אקסטרודר כפולות מסתובבות זו בזו הן הטכנולוגיה הגמישה והנפוצה ביותר בעיבוד פולימרים מודרני. מאפייני הניגוב העצמי שלהם, התעלות הפתוחות ותצורות הבורג המודולריות הופכים אותם לאידיאליים לעיבוד ריאקטיבי, הרכבה, הסרת נדיפות וערבוב.
בשל יכולות ההסתגלות ובקרת התהליכים שלה, טכנולוגיה זו הפכה לבחירה המועדפת עבור יישומים מורכבים ובעלי ביצועים גבוהים.
תפקיד התכנון המודולרי בהרחבת יישומים
סימן היכר של מכבש בורג כפול מודרני הוא העיצוב המודולרי. ניתן להרכיב ולסדר מחדש אלמנטים של בורג מפולח כדי לפתח פרופיל עיבוד מותאם אישית עבור יישום. ניתן לשלב אלמנטים של שאיבה קדימה, אלמנטים של שאיבה אחורה, דיסקיות לישה ורכיבי ערבוב מיוחדים כדי לספק מטרות זרימה, תגובה או ערבוב ספציפיות.
מודולריות זו מספקת למכונות אקסטרודר בעלות שני בורגים העברה קלה בין תפקידי היישום השונים שהוקצו להן - החל מסינתזת פולימרים ועד לשינוי, טיהור ועיצוב ראשוני - ללא התאמות משמעותיות של הפלטפורמה המכנית.
מַסְקָנָה
מכונות אקסטרודר בעלות שני ברגים התפתחו למכונות עיבוד רציף רב-תכליתיות, המסוגלות למלא תפקידים מרובים בתעשיות עיבוד פולימרים. היישומים נעים בין עיבוד ריאקטיבי ופולימריזציה, דרך הרכבה ופירוק פולימרים בכמויות גדולות, ועד פעולות עיצוב סופיות של תרמופלסטים.
עם הגמישות שמציע עיצוב בורג מודולרי, בליווי שליטה מדויקת על גזירה, טמפרטורה וזמן שהייה, מכבשים כפולים של בורג יכול להכיל מגוון רחב של חומרים ותהליכים. ככל שהפורמולציות ודרישות הביצועים מפולימרים ממשיכות להתקדם עם מורכבות גוברת, טכנולוגיית שיחול בורגי כפול נותרת בלב ליבו של עיבוד תעשייתי יעיל, ניתן להרחבה ומבוקר.
