ما هي طرق التكوير المستخدمة في خطوط إنتاج الحبيبات؟

هناك عدة مختلفة خط التكوير تتوفر تصاميم عديدة في السوق، لكن جميع خطوط التكوير تنقسم إلى فئتين رئيسيتين: أنظمة التكوير البارد وأنظمة التكوير الساخن. ويكمن الفرق الرئيسي بينهما في توقيت عملية التكوير. ولكل من هذين النظامين مزايا وعيوب خاصة به.

نظام القطع البارد

يتكون نظام التكوير البارد من قالب، ومنطقة تبريد (بالهواء أو الماء)، ومنطقة تجفيف (في حالة التبريد بالماء)، وغرفة تكوير. يوجد نوعان رئيسيان من أنظمة التكوير البارد، وهما: مُكوِّرات الرقائق ومُكوِّرات الشرائح.

أ: يتدفق البوليمر المنصهر من جهاز تحبيب الرقائق من معدات الخلط عبر قالب حزام أو مكشطة أسطوانية ليتم تشكيله إلى رقائق بوليمرية بسماكة محددة. تتصلب الرقائق وتبرد على مسافة معينة أثناء النقل، ثم تُقطع إلى حبيبات دائرية أو مربعة باستخدام جهاز تحبيب في حاوية.

تُعدّ عملية التحبيب بالرقائق طريقة قديمة بشكل خاص لتصنيع الحبيبات لمجموعة واسعة من البوليمرات المختلفة، بدءًا من النايلون وحتى مواد PVCالمزايا: إنتاجية عالية. تتميز بدقة جيدة، حيث تصل قدرة التحبيب إلى 1,843.69 كجم/ساعة. هذه طريقة تحبيب بالتقطيع البارد، ومستوى الضوضاء فيها أعلى من طريقة تقطيع الحبيبات من البوليمرات المنصهرة. تتميز البوليمرات المتصلبة بعمر أقصر لأداة القطع، وغالبًا ما يمثل توليد المسحوق مشكلة. قد تُلاحظ ظاهرة "سلسلة الحبيبات" في بعض البوليمرات.

ب: تُستخدم آلات تحبيب الشرائط منذ زمنٍ قريب من آلات تحبيب الرقائق. تتكون هذه الآلات من قالب، وقسم تبريد (حمام مائي أو منفاخ)، وقسم تجفيف (في حالة التبريد المائي)، وسكين تقطيع. تُشكّل الشرائط بتمرير البوليمر المنصهر عبر فتحة مثبتة أفقيًا باستخدام آلة أو مضخة تروس (تُصنع الفتحات الحديثة بدقة عالية وتُسخّن بشكل متجانس لإنتاج شرائط ذات جودة ثابتة). بمجرد خروج الشرائط من القالب، تُبرّد بواسطة منفاخ أو نظام تبريد بالهواء/التفريغ، أو بواسطة حمام مائي. في حالة استخدام التبريد المائي، تمر الشرائط عبر قسم تجفيف مزود بتهوية قسرية لإزالة الرطوبة، ثم تُرسل إلى حجرة التحبيب. تُقطع الشرائط بدقة إلى الطول المطلوب باستخدام حركة القص لزوج من السكاكين الثابتة والدوارة. يبلغ قطر الحبيبات 3.175 مم وطولها 3.175 مم، ولها زوايا محددة جيدًا.

ج: تتضمن الطريقة التقليدية لسحب الشرائح مدّها عبر قسم تبريد (عادةً ما يكون حمامًا مائيًا)، مما قد يؤدي أحيانًا إلى سقوط الشرائح أو عدم انتظام أبعادها. وهذا شائع في البوليمرات ذات قوة الانصهار الضعيفة، مثل البولي بروبيلين والبوليستر والنايلون. عند سقوط شريط، يتم التخلص من المادة، لذا يجب على المشغلين توخي الحذر الشديد. إذا تم سحب الشرائح بشكل غير منتظم، فيجب غربلة الحبيبات الناتجة.

يمكن إنجاز طرق أخرى لتشكيل الشرائح دون إشراف دقيق من المشغل باستخدام ناقل تغذية مشقوق يعمل بمحرك، يدعم الشرائح ويفصلها من القالب إلى وحدة التكوير. تتميز الشرائح المنقولة بهذه القوة الدورانية بتجانس أكبر في الحجم، وعدم سقوطها، وبالتالي انخفاض احتمالية تلفها. قد تصل الطاقة الإنتاجية لبعض هذه الطرق إلى 6803.89 كجم/ساعة، مقارنةً بحوالي 1814.37 كجم/ساعة لطريقة التمديد، نظرًا لأن المشغل لا يستطيع الإشراف إلا على عدد محدود من الشرائح.

تتميز خطوط الإنتاج الشريطية بانخفاض تكلفتها وسهولة تشغيلها وتنظيفها. وهذا يُعدّ ميزةً في مزج الألوان، إذ يتطلب تغيير دفعتين مختلفتين من اللون تنظيفًا دقيقًا للمعدات. مع ذلك، يتمثل عيب طريقة الإنتاج الشريطية في المساحة المطلوبة لقسم التبريد، والتي يتحدد طولها بناءً على متطلبات درجة حرارة البوليمر.

نظام القطع الحراري للوجه القالب

توجد ثلاثة أنواع أساسية من أنظمة القطع الحراري لسطح القالب، وهي: المحببات الرذاذية، والمحببات النفاثة المائية (حلقات الماء)، والمحببات المغمورة. وعلى الرغم من اختلاف تصميمات هذه الأنظمة، إلا أن النظام النموذجي يتكون من قالب ذي فتحة، وغرفة قطع، وسكين دوارة آلية، ووسط تبريد، وطريقة لتجفيف الحبيبات (في حال استخدام التبريد المائي).

يُعد قالب الفتحة جزءًا أساسيًا من نظام التكوير الحراري ذي الوجه القالب. يُركّب عموديًا أو أفقيًا، ويُسخّن عادةً بالزيت أو البخار أو باستخدام خرطوشة أو سخان شريطي. يُستخدم التسخين الكهربائي عادةً للقوالب الصغيرة، بينما تُسخّن القوالب الكبيرة عادةً بالبخار أو الزيت. تختلف مواد تصنيع القوالب، ولكن بغض النظر عن المادة أو وسيط التسخين المستخدم، يجب أن يكون قطر فتحة القالب موحدًا، وأن تكون الحرارة كافية للحفاظ على درجة حرارة البوليمر طوال العملية، وأن يكون سطح القالب الدوار الذي تدور عليه سكين التكوير متينًا وناعمًا - وكلها متطلبات أساسية لإنتاج حبيبات متجانسة.

عند سكب البوليمر المنصهر في القالب، تقوم سكين التحبيب، التي تدور بسرعة عالية جدًا، بتقطيعه إلى حبيبات. عادةً ما تكون السكين ملامسة لسطح القالب أو قريبة جدًا منه. بعد تقطيع الحبيبات، تُقذف بعيدًا عن السكين بفعل قوة الطرد المركزي وتُنقل إلى وسط التبريد. يختلف حجم السكين وشكلها ومادتها وطريقة تثبيتها. في بعض الأنظمة، تُزود السكين بنابض لضبط المسافة بينها وبين القالب تلقائيًا؛ بينما في أنظمة أخرى، تُضبط المسافة بينهما يدويًا. ولأن عمر السكين يعتمد على دقة محاذاتها مع القالب، ومدى كشط البوليمر، ومهارة المشغل، يُفضل تقطيع حبيبات البوليمر وهي في حالتها المنصهرة.

أ: يُوصى باستخدام مُحَبِّبات الرش للبوليمرات الحساسة للحرارة والتي تتطلب فترات بقاء طويلة، مثل PVC وTPR والبولي إيثيلين المتشابك. يتطلب الأمر معدلات تحبيب تصل إلى 4989.52 كجم/ساعة للحفاظ على أقصر مسار ممكن لتدفق البوليمر من الآلة إلى حجرة التحبيب، وللاستفادة من كمية قليلة من الحرارة. أثناء مرور البوليمر عبر القالب، تقوم قوة دوران سطح القالب بتقطيعه إلى حبيبات. بعد التقطيع، تُقذف الحبيبات بعيدًا عن الشفرة الدوارة، ويلتقطها الهواء الذي يُجبر على الدوران في حجرة التحبيب المصممة خصيصًا. يعمل تيار الهواء مبدئيًا على تبريد سطح الحبيبة، ثم يحملها خارج حجرة التقطيع إلى منطقة التبريد.

تُستخدم مجففات الطبقة المميعة عادةً لتبريد الحبيبات. تُنزلق الحبيبات على منحدر قابل للتعديل، ويقوم مروحة دوارة بدفع الهواء عبرها. يُمكن تعديل ميل المنحدر لإطالة أو تقصير مدة بقاء الحبيبات في المجفف. ومن طرق التبريد الشائعة الأخرى تفريغ الحبيبات من حجرة التقطيع إلى خزان ماء، ثم إزالة الماء في مجفف الطبقة المميعة أو المجفف الطارد المركزي.
ب: مُحَبِّبات النفث المائي، وهي مناسبة لمعظم البوليمرات باستثناء تلك ذات اللزوجة المنخفضة عند الانصهار أو اللزوجة المنخفضة. تتميز هذه الآلات، المعروفة أيضًا باسم مُحَبِّبات الحلقة المائية، بمعدل تحبيب يبلغ 13,607.77 كجم/ساعة.

يُقطع البوليمر المنصهر إلى حبيبات من قالب ذي فتحة ساخنة بواسطة سكين دوار يدور على سطح القالب. وتكمن الميزة الخاصة لهذا النظام في حجرة تحبيب مصممة خصيصًا تعمل بنفث الماء. يتدفق الماء بشكل حلزوني حتى يخرج من الحجرة. وبمجرد تقطيع الحبيبات، تُقذف في تيار الماء لتبريدها الأولي. ثم يُفرغ معلق الحبيبات المائي في خزان خاص به لمزيد من التبريد، ويُغذى بعد ذلك إلى مجفف طرد مركزي لإزالة الماء.

ج: يشبه جهاز التكوير تحت الماء جهاز التكوير بالرش وجهاز التكوير بنفث الماء، إلا أنه يتميز بتدفق سلس للماء فوق سطح القالب، حيث يكون هذا التدفق على اتصال مباشر بسطح القالب. حجم حجرة التكوير مناسب تمامًا للسماح لسكين التكوير بالدوران بحرية على سطح القالب دون إعاقة تدفق الماء. يمر البوليمر المنصهر عبر القالب، ويقوم السكين الدوار بتقطيع الحبيبات، ثم تُنقل الحبيبات من حجرة التكوير بواسطة الماء المُبرد إلى مجفف طرد مركزي. في المجفف، يُعاد الماء إلى خزان التخزين، حيث يُبرد ويُعاد تدويره؛ وتمر الحبيبات عبر مجفف الطرد المركزي لإزالة الماء.

تتطلب آلة التكوير تحت الماء استخدام قالب ذي توزيع متساوٍ للحرارة وعزل حراري خاص. تُسخّن سكاكين التكوير الصغيرة كهربائيًا، بينما تتطلب سكاكين التكوير الكبيرة فتحات مُسخّنة بالزيت أو البخار. يُسخّن ماء العملية بشكل روتيني إلى درجات حرارة أعلى، ولكن ليس بدرجة كافية للتأثير سلبًا على التدفق الحر للكريات. تُستخدم آلات التكوير تحت الماء لمعظم البوليمرات، وبعض الطرازات قادرة على تحقيق قدرة تكوير تصل إلى 22,679.62 كجم/ساعة. تُعدّ طريقة تدفق الماء فوق سطح قالب الفتحة ميزة رئيسية عند استخدامها لتكوير البوليمرات منخفضة اللزوجة أو المتماسكة، ولكن بالنسبة لبعض البوليمرات مثل النايلون وبعض أنواع البوليستر، قد تتسبب هذه الميزة في تجمد الفتحة. تشمل المزايا الأخرى: انخفاض مستوى الضوضاء لأن عملية التكوير تتم في الحالة المنصهرة ويعمل الماء كحاجز صوتي؛ وقلة عدد مرات تغيير سكاكين التكوير مقارنةً بأنظمة القطع البارد.