Basit Ekstruder Vidası

** Besleme Bölgesi (Katı taşıma “ Feeding Zone” )

Besleme bölgesi vidanın huniden malzeme aldığı kısımdır. Bu bölgenin görevi huni den aldığı granül veya toz hammaddeyi vida kanalına aktarmaktır. Genellikle bölgede hatve derinliği sabittir. Bu hatveler sayesinde plastik malzeme belirli bir basınç artışı sağlanarak besleme hunisinden alınarak ileriye doğru itilir. Bu bölgede hammaddenin ilerlemesi, vida üzerinde kaymasına ve kovana sürtünerek tutunmasına bağlıdır.

** Eritme Bölgesi ( “ Melting or transition zone” )

Bu bölgenin görevi, beslenen plastiği eritmektir. Bu bölge boyunca granüller halindeki hammadde eriyerek bir eriyik havuzu halini alır. Klasik vidalarda hammadde, bölge boyunca kovana doğru bastırılarak eritme sağlanır. Böylece plastik sıkıştırılıp basıncı arttırılarak dozajlama bölgesine gönderilir. Besleme bölgesindeki hacimsel büyüklüğün dozajlama bölgesindeki hacimsel büyüklüğe oranı vidalarda “kompresyon oranı” olarak adlandırılır. 

** Dozajlama Bölgesi (Pompalama “ Metering or pumping zone”)

Vidanın en önemli bölgesidir. Eritilen plastiğin kalıptan çıkması için gereken basıncı oluşturur. Normal 3 bölgeli vidalarda basınç çıkışta maksimuma erişir fakat kalıp karşı basıncına göre hassas olup kapasite düşebilir. Modern cebri beslemeli bir vidada basınç, cebri besleme yivlerinin önünde maksimuma erişir.

En iyi ekstrüzyon şartları, maksimum seviyede homojenize edilmiş ve eritilmiş hammaddenin, en stabil basınçla kalıba gönderilmesi ile elde edilir.

Ekstrüzyon vidaları basınç dağılımı

Basınç, hammadde besleme işleminden, kalıp çıkışına kadar sürekli artan bir faktör olmaktadır.Vidada sıcaklık kalıba yaklaştıkça artar. Kalıba ulaştığında sıcaklık ve akışkanlık değerleri en üst seviyededir. 

Ekstrüzyon Vidası Tipleri ve Çalışma Prensipleri;

Vida hareketi ile hem ilerleyen, hem de basıncı ve dolayısı ile sıcaklığı artan hammaddenin katı fazdan eriyik fazına geçişinde dizayn etkilidir. Farklı dizayna sahip vidalarda, vida geometrisi boyunca katı ve eriyik fazlarının dağılımı farklı olmaktadır. Genel olarak ekstrüzyon vidaları geometrileri bakımından dört gruba ayrılırlar.

* Düz Hatveli Tek Vidalar
* Paralel veya Konik Çift Vidalar
* Barrier Hatveli Tek Vidalar
* Segmentli Vidalar

Düz Hatveli Tek Vidalar

Barrier Hatveli Tek Vidalar

Paralel Çift Vidalar

Konik Çift Vidalar

Vida Geometrisi ve Eriyik Fazı Oluşumu;

Vidanın dışarıdan aldığı tahrik ile hareketi sayesinde, hammadde hatve kanallarında taşınır, ısıtıcıların da etkisi ile eritilir karıştırılır ve kalıba doğru iletilir.

Barrier Vida Teknolojisi

Gelişen polimer teknolojisine paralel olarak zor eriyen, zor şekillenen fakat mekanik ve ısıl özellikleri yüksek polimerlerin kullanımının artması ile polimer işleme teknolojisi de gelişmiştir. Düz vida tasarımı ile işlenemeyen polimerlerin işlenebilmesi için yeni dizaynlar denenmiştir.

1959 yılında İsviçre’de Maillefer tarafından patenti alınan yeni bariyerli vida tasarımı ile katı ve eriyik fazları iki ayrı kanala ayrılmış ve tam erimemiş plastiğin dışarı çıkması engellenmiştir. Böylece düz vidaya göre daha yüksek eriyik kalitesi, daha kısa ve daha kompakt bir yapı ile sağlanmıştır.

Bariyerli vidalar ortak mantık temelinde fakat farklı geometrilerde üretilmektedir. Geometrik bakımdan bariyerli vidalar ikiye ayrılır :
* Barr vidalar
* Maillefer vidalar


Barr Vidalar;

Barr vida, düz vidadan farklı olarak ana hatvenin yanında bir yardımcı hatveye sahiptir. Bu yardımcı hatve sabit genişlikte fakat gittikçe derinleşerek ilerler. Eriyen plastik derinleşen kanala transfer olurken katı plastiğin bulunduğu kanalın derinliği gittikçe azalarak plastiğe bir kompresyon uygular.

Böylece eriyen plastik bozunmadan taşınırken erimeyen plastiğe sığlaşan kanalın uyguladığı kompresyonla hızlı ve kaliteli bir eriyik elde edilir. 

Barr vidada eriyik bölgesi sığ olarak başlar. Vida boyunca kalıba yaklaştıkça katı faz bölgesi adeta bir pistonun sıkıştırdığı gibi sıkışıp daralırken, eriyik bölgesi derinleşir. Katı faz tamamen eriyik haline geldiğinde barrier hatve ana hatve üzerine kapanır.

Maillefer Vidalar;

Maillefer vida tasarımında yardımcı hatve ile ana hatve arasındaki derinlik değişmez. Fakat barr vidasının aksine yardımcı hatve genişliği sabit kalmaz, sıfırdan başlayıp gittikçe artarak sonunda ana hatve üzerine kapanır. Yani plastiğin taşınma yönünde yardımcı hatve ile ana hatve arasında olan katı faz, vida ilerledikçe azalır ve eriyik faz büyür. Yardımcı hatve ana hatvenin üzerine kapandığında artık katı plastik kalmamıştır.

Barrier Vidaların Avantajları;

- Sabit yüksek debi
- Minimal tazyik ve eriyik ısısı değişimi
- Daha iyi eriyik kalitesi, düşük eriyik ısısı
- Daha iyi dispersif karıştırma
- Klasik vidalara oranla çok daha yüksek turlarda kaliteli eriyik sağladığından daha yüksek kapasitelere ulaşma imkanı
- Rejenere edilmiş veya hurda malzemelerin çok daha iyi işlenmesi 

Ekstrüzyon vidalarında prosese etki eden ilave karıştırıcılar;

Ürün kalitesini artırmak için ekstüzyon vidalarına standart bölgeler dışında başka bölgeler de ilave edilir. Örneğin vidanın çıkış bölümüne karıştırıcı mikserler ilave edilerek plastik eriyiğinin daha iyi homojenize edilmesi sağlanabilir.

Vidalarda daha iyi bir karışım için, masterbatch yada diğer katkı maddelerinin eriyik içerisinde en iyi dağılımı için karıştırıcı bölümler eklenir. Karıştırıcı bölümler ikiye ayrılır:

• Dispersif karıştırıcılar

Karışımdaki farklı boyutların ve fazların aynı boyutta olmasını sağlayan karıştırmadır. Eriyik ve içerisindeki katkı maddelerinin çok sığ bir kesitten zorlanarak enine ve boyuna düzlemsel çekiştirilmesi ile homojen eriyik elde edilir.

• Distribütif karıştırıcılar

Karışım içerisindeki safsızlıkların (katkı maddeleri vs..) eşit boyda parçalanmasını ve her noktada eşit oranda karışım sağlayarak kusursuz bir homojen yapı oluşturmasını sağlar. Bu, karışım için mikser ile çırpma ve rendeleme işlemi gibi tanımlanabilir.

Paralel veya Konik Çift Vidalar ve Özellikleri;

İçeriğinde farklı katkı maddeleri bulunduran blend halindeki malzemeler ve özellikle işlenmesi zor olan toz PVC malzemelerde, yüksek eriyik kalitesi ve yüksek kapasitenin sağlanabilmesi için çift vidalar kullanılmaktadır.

Özel CNC vida açma tezgahında işlenen çift vidalarda, vida hatveleri birbirlerine çok hassas ve uyumlu bir şekilde konumlandırılmaktadır. Hatve boşlukları, hatve yanak açıları ve kanal derinlikleri her yerde eşittir. Bu durum, eriyiğin üniform ve dalgalanmadan yüksek verimli akışını sağlar.
Çift vidalar bulundukları kovan içerisinde merkez araları çok hassas olarak çalışmaktadırlar. Bu hassasiyet vidaların birbirleri ile 0.5 mm mesafede bile birbirlerine dokunmadan çalışmalarına olanak sağlar.

Segmentli Vidalar ve Özellikleri;

Özel olarak imal edilen segmentli vidalar daha çok çift vidalarda kullanılır fakat tek vidalar için de uygulanabilir bir tasarımdır.
Segmentli vidaların en önemli getirisi aşınma, kırılma vs.. durumlarda tüm vidanın değil sadece aşınan bölgenin değişimine olanak sağlayarak tamir ve yenileme masraflarında önemli bir düşüş sağlamasıdır.

Ayrıca değiştirilebilir karıştırma vs. bölgeleri ile çok çeşitli malzemelerin üretiminde tek bir vida kullanılmasına olanak vermektedir. 

Ekstrüzyon Kovanı Tipleri ve Çalışma Prensipleri;

Ekstrüzyonda kullanılan kovanlar enjeksiyon kovan vidalarından farklıdır. Enjeksiyon kovanlarında proses sırasında oluşan yüksek basınca karşı dayanıklılık ve kararlılık aranırken, ekstrüzyonda ise farklı malzemelerin beslenmesi ve aşındırıcılığına karşı bir takım önlemler alınmalıdır. Beslenen hammaddenin özelliklerine uygun bir besleme bölgesine sahip olmayan kovan iyi bir besleme yapamayacağı için asla sağlıklı şekilde çalışamaz, kaliteli ürün veremez. 

Ekstruder kovanları proses ihtiyaçlarına göre farklı besleme dizaynlarına sahiptir. Bu dizaynlar şöyle sıralanabilir:

• Kanalsız Besleme
• Sığ Kanallı (Soft groove) Besleme
• Derin Kanallı (Hard groove) Besleme

Kanalsız Besleme;

Standart olarak beslenmesinde herhangi bir problem ile karşılaşılmayan plastikler için yivsiz beslemeler kullanılır. Eğer zor beslenen ya da yüksek kapasite beklenen bir sistem değil ise kanalsız besleme maliyet açısından avantajlıdır. Kanalsız beslemede soğutma, klasik veya spiral sistem ile sağlanabilmektedir.

Kanallı Besleme;

Özellikle zor beslenen cinsten, yüksek moleküler ağırlıklı ve lineer poliolefinler veya kırma, hurda halindeki mamullerin beslenebilmesi için, kovanın hammadde giriş bölgesinde farklı derinliklerde konik kanallara sahip, cebri besleme yapmaya olanak sağlayan ve iç yüzeye yakın spiral soğutma kanallarının olduğu yivli cebri besleme sistemli kovanlar kullanmak gerekir.

• Sığ Kanallı Besleme (Soft Groove)

Sığ kanallı beslemede spiral kanallı soğutma sistemi kullanımı şartı yoktur. Çünkü beslemede sıcaklık artışı çok yüksek değildir. Beslemede klasik soğutma kanalları kullanılmaktadır.

• Derin Kanallı Besleme (Hard Groove)

Hard Groove besleme, yüksek kapasite elde edebilmek ve yüksek molekül ağırlıklı hammaddelerin düzgün beslenebilmesi için kullanılan bir besleme tipidir. Derin yivlere sahip besleme bölgesi nedeniyle bu bölgede sürtünme ve kanal hacimleri maksimum derecede artar.

Artan kapasite ve sürtünme sebebi ile hard groove beslemede sıcaklık 350 ºC’lere kadar çıkabilir. Bu durumda klasik soğutma sistemi besleme bölgesindeki ısıyı uzaklaştırmaya yetmez. Bu sebeple besleme bölgesinde spiral kanallı soğutma sistemi kullanmak mecburidir.

Spiral kanallı soğutma sistemi kullanılmadığı taktirde hammadde besleme kanallarında eriyerek sistemi tıkar. Besleme bölgesindeki sıcaklık etkin bir soğutma ile uzaklaştırılarak bunun önüne geçilmesi gerekir. Bu ise spiral kanallı soğutma ile sağlanır

Derin Kanallı Beslemenin Özellikleri;

Sığ ve Derin Kanallı Beslemelerin Farkları;