ÖNSÖZ i Hüseyin Yapar i

6. PLASTİK BORU İŞLEME METODLARI

6.1. Ekstruzyon Tesisleri ve Metodları

6.1.1. Boru Profil ve Hortum İmalat Tesisleri

Boruların yapımında kullanılan ham maddeler: Sert PVC yumuşak ve sert PE, PP, PA, SB, AB S ve PMMA'dır. Hortumlar ise yumuşak PVC'den yapılır.

Boru imalatı yapan bir ekstruzyon tesisi doğrusal ve düz bir çekme kafası olan bir ekstrudcr, bir kalibrasyon (boyutlandırma) cihazı, bir su banyosu veya bir kaç adet su duşu, bir paletli veya makaralı çektirme, bir kesme cihazı ve muhtemelen (polielilen malzemeler için) bir sarma makarasından oluşur. (Şekil 6.1).

Granül halde bir madde işleneceği zaman tek vidalı bir ekstruder seçilecektir. Toz madde (PVC gibi) işleneceği zaman çift vidalı bir ekstruder kullanılacaktır. Kalibrasyon cihazı seçimi söz konusu boyutlara ve boruların kullanım yerine göre yapılır. Büyük borularda yalnızca basınçlı hava ile dış kalibrasyon ve çekme civatası uygulanabilir. Daha küçük çaplı borular çeşitli kalibrasyon metodlarının seçimine imkan verir. Boyutlarında küçük değişiklik olan borularda vakum yoluyla yapılan kalibrasyon çok yaygındır.

Genel olarak borularda soğutma bölümü bir su banyosudur. Geniş çaplı borularda ise boru çevresi civarına dağıtılmış bir kaç adet su duşu kullanılır. Şayet borular markalanmak istenirse, firmanın adı, borunun ebatları, yükü, kalitesi gibi soğutma işleminden sonra kabartma veya etiketle damgalamak sureti ile yapılır. Sonra boru çekme suretiyle kalibre edilip kenar düzeltme kılavuzuna beslenir. Testerenin limit. switch'i kenar düzeltme kılavuzunun sonuna monte edilir. Testerenin kendisi çekme cihazından sonra monte edilir

Elektrik mühendisliğinde kullanılan sert PVC'den yapılan oluklu borular veya ıslak pisliklerin drain borusu olarak kullanılan dişli borular özel bir kalibrasyona ihtiyaç gösterirler. Bu boruların çekiminde kullanılan ekstruder ise aynı şekilde düz boruların imalatında kullanılan ekstruderin aynısıdır, bununla birlikte ekstruder kafasının çıkış tarafı farklı dizayndadır. (Şekil 6.2.).

Plastik boru doğrudan kalibrasyon cihazına uzatılan bir ağız aracılığı ile kalibrasyon cihazı içine beslenir. Bu cihaz aynı zamanda basınçlı hava vasıtası ile borunun erken genişlemesini engellemek için sürekli olarak çekme cihazı gibi görev görür. Sürekli olarak dönen bir çift zincir kalibrasyon ekipmanı olarak kullanılır. Bu zincir yarım plakalar görünümünde ayrı ayrı bölümler olarak monte edilir.

Basınçlı hava mandrel içindeki delikten verilir. Hava oluklu kalıp içindeki plastik boruya basınç uygular. Çekme civatası mandrele doğru sıkılır, kalıplama segmanları lüzumsuz bir su banyosu yerine erimiş polimeri soğutur. Ek bir çekme cihazı da aynı zamanda konmayabilir. www.stajdosyasi.gen.tr

Oluklu borular büyük makaralara sarılabilirler.

Yumuşak PVC'den hortumların imalatı hiç bir kalibrasyon sistemine ihtiyaç göstermediğinden boruların imalatı kadar karışık değildirler. Plastik hortum bir su banyosundan geçer ve daldırma silindirleri vasıtası ile boru su altına bastırılır. Sonra taşıma silindiri aracılığı ile sarma makarasına verilir.

Bir kural olarak boruların ve hortumların çekilmesinde daha önce tanımlanan aynı noktalar profillerin çekilmesinde de uygulanır. Sert plastiklerden imal edilen içi boş profiller bir kalibrasyon cihazı aracılığı ile stabilize edilirler.

İnce cidarlı açık profiller kalibrasyon odalarından çekilirler, ince cidarlı profiller her zaman su soğutmasına ihtiyaç göstermezler. Bundan başka karışık profillerde giriş ve çıkış her durumda yeterli bir şekilde sızdırmaz yapılamamaktadır. Bundan dolayı hava duşları veya su siprey kanalları sık sık kullanılır veya diğer durumlarda su soğutmalı içi boş odacıklar kullanılır. Paletin zincir segmanları profillerin hassasiyetine bağlı olarak lastik veya köpüklü lastikle kaplanır. Kesme veya sarma işlemi borular veya hortumlarda yapıldığı gibi benzer bir şekilde yapılır.

Kütük halindeki içi dolu çubuklar hemen die'den sonra gelen bir su banyosundan çekilirler ve bu banyo die'den izole edilmiştir veya bu çubuklar tavlanarak ölçülendirilmiş bir die'den çekilirler. Bu şekilde erimiş plastik açık hava ile temasa geçmez. Bu şekilde su ile ani soğutmanın nedeni yavaş soğuyarak çekmeyi önlemek için katı çubuk içinde ekstruder tarafından yeterince oluşturulan basıncın çubuğu kopartmasını (kırmasını) önlemektir.

l. Ekstruder 2. Hortum çekme kafası 3. Kalibrasyon cihazı

4. Su banyosu 5. Palet 6. Kesme testeresi 7. Kenar düzeltme kılavuzu



Şekil 6.2. Basınçlı hava ve kalibrasyon zinciri ile oluklu bir borunun dışkalibrasyonu.

1. Die 2. Die yuvası 3. Basınçlı hava çıkısı

4. Sızdırmazlık tapası 5. Kalibrasyon zinciri

6.1.2. Ekstruder

6.1.2.1. Giriş

Ekstruder, sürekli bir şekilde çalışarak plastik ham maddesini basınç ve sıcaklık altında vida baskısı ile bir sonraki işlem için die'dan yan mamul olarak çıkaran bir makinadır.

Ekstruzyon işleminde metod, sabit çaplı bir silindir içinde vida dönüşü ile malı vida dişleri arasında vida sonundaki çıkış açıklığına getirmektir.

Sürekli nakil, diğer bir deyişle dönen sonsuz vida sistemi çok uzun zamandan beri; yaklaşık 3000 yıldır biliniyor. Bu metod halihazırda Mısırlılar tarafından toprağı nemlendirmek için kullanılmaktadır.

Yüksek moleküler ağırlıklı malzemelerin preslenmesi için kullanılan ilk vida, Sumatra zamkı (Guttopercha) ile deniz altı kablolarını kaplamak amacıyla 19. asrın ortasında geliştirilmiştir. Modern ekstruderlerle karşılaştırıldığında; bu makinaların çok basit bir konstrüksiyonda ve çok kısa vidaya sahip oldukları görülür.



Şekil 6.3. Sumatra zamkı (Guttopercha) ile 19.asırda kablo kaplamada kullanılan vidalı bir pres.

Bununla beraber modern ekstruder uygulamaları gün geçtikçe çeşitlilik kazanmaktadır.

Ekstruder, kompaundun nakliyesi, ve eritme işleminden başka, erimiş kompaundu sıkıştırmalı ve homojenleştirmelidir.

Geçmişte dizayn edilen ekstruderlerle şu andakiler karşılaştırıldığında göze çarpan önemli bir karakteristik, konstrüksiyon uzunluğudur, örneğin vida dolayısıyla silindir boyu eskiye göre çok uzundur. Değişik plastiklerin profil, boru, plaka, film ve diğer imalat sahalarında işlenmesinden ayrı olarak, ekstruderler plastiklerin birbirleri ile karıştırılarak kompaund yapılması proseslerinde de kullanılırlar.

Kompaund işleminin anlamı plastik ham maddesinin stabilizerler boyar maddeler gibi yardımcı işleme malzemeleri ile karıştırılması ve granül halinde veya başka bir formda kesilip ara mamul olarak elde edilmesidir.

Son zamanlarda geliştirilen ekstruderlerde, mekanik bir araya getirme tekniği (mechanical assembly technigue) MAT uygulanmaktadır.

Ekstrudere ait değişik parçalar, örneğin motor, dişli, silindir ve vida bir dizi halinde hazırlanmakta ve amaca uygun olarak istenildiğinde büyük yada küçük parça, kısmi olarak kolayca değiştirilebilmektedir.



Şekil 6.4. MAT tekniğine göre imal edilmiş bir ekstruder.

Tek başına bir ekstruder tam bir plastik işleme makinesi değildir, fakat erimiş plastik tedarikinde birinci makinedir. Bununla birlikte bir ekstruzyon fabrikasında en önemli ekipmandır. Eğer kalıp ekstruderin kafasına monte edilirse erimiş plastik kalıptaki şekli alacak ve kalıp açıldığında hava ile karşılaşacaktır. Malzemenin ekstruder silindirinden dışarı çıkmasından sonra, malzemenin yumuşak halde bulunması nedeniyle işlenen plastikteki boyut kararlılığını (stabilizasyonunu) sağlamak üzere ekstrudere bir cihaz monte edilmelidir. Kalıpta malzemenin istenilen boyutlara gelmesi için kalıp profili boyunca düzgün bir soğutma işlemi yapılır. Kalıptaki soğutma işlemine, içerdeki ısı tamamen uzaklaştırılıncaya kadar devam edilir.

Genel olarak soğutma sisteminde böyle bir amaç için su banyosu veya hava fanları kullanılır.

Daha sonra ekstruder nihai çıkış ünitesi, halat yada ip şeklindeki plastik malzemesinin sabit bir hızda akmasını sağlar. Malzeme özelliklerine bağlı olarak, halat yada ip halindeki plastik maddesi ya bir makaraya sarılabilir (yumuşak plastikler) yada değişik boylarda kesilebilir ve daha sonra yığın halinde toplanabilir (sert, kırılgan plastikler).

Ekstruderler tek vidalı ve çok vidalı olmak üzere alt gruplara ayrılırlar. Çift vidalı ekstruderler özellikle toz halindeki plastik maddelerin işlenmesi için geliştirilmişlerdir.

6.1.2.2. Tek Vidalı Ekstrudeklerin Yapısı

Vida

Besleme bunkeri

Tahrik motoru

Redüksiyon dişlisi

Silindir için ısıtma elemanları

Ekstruderler her zaman her yerde kullanılırlar, yani ekstruderler mümkün olan bütkün plastik kompaundların işlemeye muktedirdirler. Fakat farklı plastik malzemeler sıcaklık ve makaslama kuvveti (shear stress) konusunda farklı uygulamalar gerektirir. Vida hızı, sıcaklığa duyarlı plastiklerle çalışıldığında genellikle mümkün olduğu kadar düşük seçilmelidir. Bu, neden büyük makinalarda son derece değişken dişli sistemlerinin kullanıldığını ve hızı kontrol edilebilen motorların istenildiğini gösterir. Bağımsız olarak her zonda, ısıtma elemanlarından başka soğutma elemanları da durumlara bağlı olarak gerekli olabilir. Bu durumda her ısıtma elemanı yanına bir de soğutma cihazı monte edilir.

Silindirin bir bölümü direkt olarak besleme bunkeri ile irtibatlıdır. Burası, malzemenin eriyip; beslenen malzemenin vidaya olan kışını engellenememesi yani blokaj olmaması için soğutulur.

6.1.2.2.1. Vida

Ekstrude edilecek malzeme miktarı ve kalitesi ile ilgili optimal noktalara bağlı olarak dizayn ve imal edilen vidaların üretimi de, büyük gayretler sarf edilir. Sipiral biçimli bir derinleştirme işlemi, yani diş açma işlemi, silindir şeklindeki metal bir malzemeye, plastiğin ileri itilmesini sağlayacak bir biçimde şekil verilmesi olarak tanımlanır (Şekil 6.6). Bir çok derinleştirmenin (diş açma) rod üzerinde yan yana yer alması sonucunda çok dişli bir vida ortaya çıkar. Vidanın ucuna sivrilik verecek bir parça takılır. Pratik uygulamalar için sadece bir kaç tip vida geometrisi kendisini ispat etmiştir. Dünyada kati, tam manasıyla kendini ispat etmiş vida yoktur, mamafih Şekil 6.7. ve 6.8'de gösterilen vidalarla plastiklerin büyük bir çoğunluğunu işlemek mümkündür. Şekil 9'da üç zonlu bir vida, Şekil 6.8'de ise çapı düzgün devamlı bir şekilde artan vida gövdesi görülmektedir.

1. Vida 4. Motor

2. Silindir 5. Dişli

3. Besleme bunkeri 6. Isıtma elemanları

Operasyon açısından her iki vida ya yaklaşık birbirine eşdeğerdir.

Aşağıda bir vidayı karakterize etmek için kullanılan önemli semboller verilmiştir:

- Uzunluk (L) ve Çap (D) dır. L/D oranı bu değerler kullanılarak hesap edilir.

- Diş dibi derinliği (hl, h2) Farklı diş bölümlerinin uzunlukları (Ll, L2, L3) Diş üstü diş kalınlığı (e) iki diş arası mesafe, adım (t) Hatve (b) Helix açısı (o) (Şekil 6.9).

Ekstruderin ne derece büyük olduğunu ve randımanının ne olduğunu tahmin etmek için, vida çapı ve L/D oranı çok yaygın bir şekilde kullanılır.

Aşağıda verilen açıklama bir ekstruderin nasıl tarif edildiğine dair bir örnektir.

- 90 mm'lik ekstruder 20 D vida uzunluğu

- Burada 90 ekstruderin çapım mm olarak ifade eder. 20 D ise ekstruder vidasının efektif uzunluğunun 20x90=1800 mm olduğunu gösterir.

- Yukarıdaki gibi bir ifadeden, vidanın mutlak uzunluğu anlaşılmamalı, efektif uzunluk anlaşılmalıdır.

- Son zamanlarda ekstruder vidasında ölçülen tork değeri de ekstruderi tanımlayan karakteristiklere dahil edilmektedir.

- Ekstruderde dişli merkezi bir ünitedir ve onun nakil ettiği maksimum tork değeri ekstruderin verimliliğini tayin eder.

- Genel olarak ekstruder imalatçıları belli ölçülerde ekstruder yaparlar.

Yaygın olarak kullanılan vida çapları:

- 45, 60, 90, 120, 160, 200, 250 mm vida çapı, vida uzunluğu ise 20 den 30 D'ye kadar.

- Bahçe sulama hortumları, döner sürgü rodları 45 mm'lik küçük vidalı ekstruderlerle üretilebilecek eşyalara örnek olarak verilebilir.

- 250 mm vida çaplı büyük ekstruderlerle ise yaklaşık im çapında boru imalatı ve plastik kompaund üretimi yapılır.

- Diş dibi derinliği (hl ve h2), yaklaşık olarak vida sıkıştırma oranını ve ekstruderin çıkış kapasitesini belirlemede önemlidir.

Pratikte, vidanın sıkıştırma oranı, birinci bölmedeki diş dibi derinliği ile vida sonunda yer alan sıkıştırma bölümündeki diş dibi derinliği arasındaki oran olarak ifade edilir.

h2: hl = l : x

Ekstruderin optimal çıkış miktarını belirlemede pratik tecrübe sonuçları da dikkate alınmalı ve ona göre kapasite belirlenmelidir. Eğer vida dişlerinin derinliği fazlaysa vidanın malzemeyi nakil etme kapasitesi yüksek olacaktır.

Fakat bunun yanı sıra vidanın karıştırma verimi düşecek, plastik malzeme vida boyunca hareket ederken daha geç erimeye başlayacaktır. Şayet vida diş dibi derinliği çok düşük ise yukarıdakilerin tam tersi söz konusudur.

Plastik kompaundların sıkıştırılması, sıkıştırma oranına bağlıdır. Bir ekstruderde sıkıştırma işlemi yapılırken ekstrudere beslenen toz, pelet yada granül haldeki plastik maddesi içinde hava ihtiva edeceğinden, içerde hapsolan havanın geri tarafa doğru atılması gereklidir.

Sert haldeki plastik malzemesi ekstruder içinde erimiş hale geçer geçmez, içinde hava ihtiva etmesine kesinlikle müsade edilmez. Eğer erimiş haldeki plastik içinde hava mevcutsa ekstruderden çıkan malzemenin profilinde kabarcıklaşmaya ve düzensizliklere neden olur.

İki diş arasındaki mesafe yani adım, diş üstü kalınlığı ve helix açısı vida ölçüsüne uygun olup, çoğu durumlarda vida adımı, vida çapının belli oranlarında seçilir. (Şekil 10) Yukarda bahis edilen ve tanımlanan vida tiplerine ilaveten özel uygulamalar için kullanılan diğer vida tipleri de mevcuttur. Bunlardan bazıları Şekil 6.11' de gösterilmiştir.

Vidaların burulma sertliği, yırtılma ve korozyon (PVC) durumları ile ilgili olarak gereken ilave modifikasyonlar vida üzerinde tesis edilir. Bu yüzden vida imalatında alimünyumlu çelik kullanılır. Bu çelik ısıl işlem görmüş olup, 100 kp/mm² sertliği garanti eder ve kırılganlığı giderilmiştir. Yüzey sertliği amonyak gazı ile nitrasyon sonucu 600°C de elde edilmiştir.

Korozyona dayanıklı vidalar, krom kaplamalı olup genellikle çok düzgün bir şekilde yüzey düzgünleştirme (polishing) işlemine tabi tutulmuşlardır.



Şekil 6.10. Vida çapı ile orantılı vida adımı




1. Üç zonlu tek dişli vida

2. Üç zonlu çift dişli vida

3. Besleme bölümü tek dişli, sıkıştırma ve dozaj kısmı çift dişli vida

4. Küçülen adımlı, sabit diş dibi derinlikli tek dişli vida

5. l ve 2 no'lu vidaların kombinasyonu olan tek dişli vida

6. Küçük sıkıştırma zonlu tek dişli vida

7. Torpedo kafalı tek dişli vida

8. Ventli tek dişli vida

6.1.2.2.1.1. Ventli (Süpablı) Vidalar

Vida ile basılan plastik içinde bulunan buharlaşabilir bileşikler, orta bölmede diş hacminin aniden arılığı yerde dışarı atılırlar. Bu tip vidalar, sadece plastik eritildiği zaman ucuca birleşiklerin oluştuğu yerlerde, genellikle plastik malzemesinin kompaund yapıldığı kısımda kullanılır. Uçucu buharlaşabilir birleşenler, granül haldeki plastik hammaddesindeki nemden ve plastik maddesi veya buna katılan ilave maddelerin dekompozisyonuna veya seperayonuna bağlı olarak ortaya çıkarlar.

Kısa sıkıştırma bölmesine sahip vidalar, bilhassa dar erime sıcaklığı aralığına sahip polietilen ve polyamid gibi plastikler için dizayn edilen ekstruderlerde kullanılırlar.

6.1.2.2.1.2. Vida Ucu

Şekil 6.12. Farklı vida uçları

6.1.2.2.2. Eritme Silindiri

Silindir tek parçadan oluşmuştur, bununla beraber silindir ceket ve taşıyıcı kovan da ihtiva edebilir (Şekil 6.13).

Özellikle içteki silindir yüzeyi, işletme esnasında vidanın silindire sürtmesi ile doğacak olan aşınmadan korumak için ısıl işlem görmüş olmalıdır. Silindir ceketi yüksek mukavemetli çelikten imal edilmelidir. Özellikle yıpranma ve korozyona karşı direncinin yüksek olması nedeniyle taşıyıcı kovan alüminyum çeliğinden yapılmalıdır. Plastik maddenin veya buna katılan ilave maddelerin dekompozisyonu sonucu oluşan kimyasal maddeler içteki silindirin metalik yüzeyinde kimyasal değişikliklere neden olabilir ve korozyona başlatabilir.



Şekil 6.13. Taşıyıcı kov anlı eritme silindiri




Şekil 6.14. Vida diş üstü ile silindir arasındaki açıklık.

Silindirin iç yüzeyindeki metal, vidanın yüzeyde hasar yapmasını önlemek amacıyla vida malzemesinden daha sert seçilir. Silindir ve vida arasında belli bir açıklık muhafaza edilerek vida ile silindirin direkt teması önlenir (Şekil 6.14). Silindir ve vida ile mümkün olan en iyi operasyonu elde etmek için, silindirin iç yüzeyi biley taşı ile bileylenir ve silindirin iç kısmında boylamasına yivler açılır. Diğer taraftan vida diş üstü tamamen düz bir yüzeye sahiptir. Malzemenin vidaya beslenebilmesi için silindirin arka kısmında bir açıklık vardır. Besleme bunkeri silindir üzerindeki bu açıklığa monte edilmiştir. Silindir düzgün bir şekilde ekstrudere bağlanmıştır.

6.1.2.2.3. Beslenme Bunkeri

Besleme bunkeri çeperlerinin malzemesinin düzgün bir şekilde dibe akmasını sağlamak amacıyla kafi derecede eğimli olması gerekmektedir. Çoğu durumlarda besleme bunkerleri konik biçimde dizayn edilirler. Fakat dikdörtgenler prizması şeklinde besleme bunkeri de dizayn etmek mümkündür. Bunker içindeki malın seviyesini görmek için bunkerin dibine yakın bir konumda seviye kontrol camı yer alır.

Ekstruderi durdurduğumuz zaman vidaya istenildiğinde beslemeyi kesmek için besleme bunkeri altına ya bir klape ya da sürgülü vana konur. Bu besleme boğazı ile silindir arasında yer alır. Yukarıda bahsedilen birinci metod, besleme bunkerinin kaydırılarak besleme boğazından ayrılması, besleme hoperinin kolayca boşaltılması ve malzeme değişikliği açısından bir lakım avantajlar sağlar. Eğer besleme bunkeri, besleme boğazından yeterince uzak bir şekilde ayrılırsa; besleme bunkerindeki bir oluk vasıtasıyla değiştirilecek olan malzemenin dışarı akıtılması sağlanabilir.



Şekil 6.15. Besleme bunkerleri

Böylesine basit bunkerlerden başka, çok zayıf serbest akış özelliğine sahip toz cinsi maddeler için kullanılan karıştırıcılı veya elektromağnetik vibratörlü besleme bunkerleri de mevcuttur (Şekil 6.16.). Hava içindeki nemi kolayca absorbe eden plastik hammaddeleri, özel olarak geliştirilmiş besleme bunkerleri vasıtasıyla ekstrudere beslenirler. Bunların arasında sıcak hava akımlı ve vakumlu sıcaklık kontrol sistemine sahip besleme bunkerleri mevcuttur. Vakumlu bunkerler de ekstrudere beslenen plastik içindeki havayı uzaklaştırmaya muktedirdirler. Malzeme içersinden hava uzaklaştırma işlemi esas olarak tozlar için uygulanır. Bu ekstruder verimliliğini ve ekstrude edilmiş ürünün kalitesini arttırır.

Ekstruder vidasının dönmesini sağlamak için bir motor gerekir. Bu motor yarı rijid haldeki plastik malzemesini nakletmeye ve sıkıştırmaya yeterli derecede yüksek güce sahip olmalıdır. Motorun tahrik gücü plastik cinsine ve vida çapına bağlıdır. Motorun tahrik gücü plastik cinsine ve çapına bağlıdır. Küçük ekstruderler için (45 mm vida) 10 KW'lik elektrik motoru, büyük ekstruderler için ise 250 KW'ye varan elektrik motorları kullanılır.

Evvelce de bahsedildiği gibi değişik plastikler, değişik hızlarda işlenirler.

Yukarıdaki sebepten dolayı, ekstruderlerde değişken devirli motorlar çok yaygın bir şekilde kullanılır.

Komütatörlü motorlar, doğru akım motorları, hidrolik motorlar bu gruba aittir.

Komütalörlü motorlar rotor için akım injeksiyonlu çok fazlı indüksiyon motorlarıdır,injeksiyon fırçaları hareket edebilir bu yüzden tork değeri her zaman sabit olduğu halde değişik motor hızları elde edilebilir. Son zamanlarda doğru akım motorlarının kullanımı artmakladır. Elektrikli malzemeler imalat sanayiindeki büyük gelişmeye paralel olarak, çok yüksek akım çeken A.C. motorları thyristor kullanarak D.C. motora çevirmek büyük bir problem değildir.

Şişirme kalıplama işletmeleri gibi yerlerde, çeşitli işler için hidrolik bir ünite gerektiğinden, hidrolik tahrikli motorların kullanımı bu yerlerde yaygındır.

Eğer hız bir dişli vasıtasıyla değiştirilirse, sabit hızlı çok fazlı bir indüksiyon motoru kullanılır.

6.1.2.2.5. Dişli

Devir azaltma işlemi dişli bir zincirle veya bir kayış vasıtasıyla da yapılabilir.

Devir arttırma yada azaltma işlemi zincir dişlisinin veya kayış kasnağının değiştirilmesiyle sağlanır. Ekstruder devrini bir çeşit sürat değiştirme düzeni vasıtasıyla dişli çark düzeni ile değiştirmek de mümkündür. Fakat böyle bir sistemde sadece spesifik hızlar ayarlanabilir, istenilen her hızın kontrolü sadece özel olarak dizayn edilmiş dişli vasıtayla sağlanabilir.

Sınırsız hız kontrollü değişken dişliler elektrik motoru ile redüktör arasına yerleştirilmiştir. PIV - dişli (pozitif sınırsız değişken dişli) ekstruderlerde en çok kullanılan bir hız ayar sistemidir.

PIV dişli sistemi iki çift konik kasnak ihtiva eden iki setten oluşmuş olup bir rod vasıtasıyla kendi aksları istikametinde hareket edebilecek şekilde dizayn edilmişlerdir. Her iki kasnak çifti arasında bir akstan diğerine kuvveti iletmek üzere bir zincir mevcuttur. Eğer çiftlerden birisindeki konik kasnaklara rod vasıtasıyla bir baskı gelirse kasnaklar arasındaki zincir kasnak merkezinden dışarı doğru itilecektir. Zincir boyunun değiştirilemeyeceği bir gerçek olduğundan ve her iki çift kasnak merkezlerindeki miller arasındaki mesafe de hep sabit kalacağından, ikinci kasnak çifti arasındaki mesafe açılacak ve zincir ikinci kasnak çifti göbeğindeki mile doğru hareket edecektir. Hal böyle olunca zincir tahrik açısı geniş bir aralıkta geçişsiz bir şekilde değiştirilebilecektir. Böylece ekstruder vidasına sınırsız sayıda değişik devir kazandırmak mümkün olacaktır. (Şekil 6.18).

Şekil 6.18. İki değişik pozisyonda sınırsız değişken dişli (PIV - Dişli)

Değişik yüklerde zincirin kaymasını önlemek için konik dişli kasnak iç yüzeylerine yivler açılmıştır.

6.1.2.2.6. Vida Yatağı

Bu yüzden basınç yatağı (thrust bcaring) kullanılır. Basınç yatağı yatak muhafazası vasıtasıyla saportlanmıştır.

Vidanın dönüşü ilave bir bilyalı yatak vasıtasıyla sağlanır. Tahriğin olduğu tarafta vida bir şafta sahip olup, bu şaft vida üzerine gelen torku iletmeye yarar. Bu saf ün arka tarafına dişli çark sistemi yerleştirilmiş olup, şafta dişli çark sistemindeki karşı dişliler, tahriki iletir (Şekil 6.19).

Şekil 6.19.a. Vida yatağı

Eğer iki metal yüzey birbirine temas ediyorsa, yağlama gerekir. Şayet ufak tipte makinalar söz konusu ise dişli kasnakları ve şaftlar tamamen elle yağlanır. Şayet büyük makineler söz konusu ise, bu yüzeyler için gerekli yağ transfer edecek bir yağ sirkülasyon pompası kullanılır

Yağlama yağı dişli sisteminin en aşağı noktasında toplanır ve içerisindeki pislikten arındırılmak üzere filitrelenerek pompayla tekrar sisteme gönderilir.

Şekil 6.19.b.Çok yarıklı şaft (1) ve vida şaftı (2)

6.1.2.2.7. Isıtma ve Soğutma Sistemleri

Ekstruder besleme bölgesinden başlayarak kafaya kadar birbirinden bağımsız olarak çalışan sıcaklık kontrolörleri ve ısıtma bölmeleri ekstruder üzerine monte edilmiştir. Burada kullanılan ısıtıcı bandlar, resistanslı elektrikli ısıtıcılar ihtiva ederler. Bunun yanı sıra buhar yada sıvı kullanarak ekstruder bölmelerini ısıtmak mümkündür.

Rezistanslı elektrikli ısıtıcıların montajı ve kontrolü kolay olduğundan daha çok kullanılırlar. Isıtıcı elementler silindirin dış yüzeyine yerleştirilir. Bu elementler silindir üzerine muntazam bir şekilde oturtulmalıdır. Eğer ekstruder silindiri üzerine konan ısıtıcı bandlarla büyük bir zorlama varsa ısıtıcı bandlar üzerine ısı reflektörleri veya ekstruder silindiri üzerine ısıtıcı bandları yerine silindiri çepeçevre saran ısıtma kartuşları monte edilebilir..

Şekil 6.20. Ekstruder silindiri için ısıtıcı buhar

1. 
   Silindir 2. Mıknatıs özelliği olmayan bir metal içine yerleştirilmiş ısıtma kartuşu 3. Isı izolasyonu
   

Suyun dolaşacağı borular bakırdan yapılır ve silindir dışındaki yivlere silindir boyunca sarılır ve su ana girişine bağlanır. Soğutma suyunun girişine konan bir selenoid vana ile soğutma soyunu açmak ve kapamak şeklinde, silindir zon sıcaklığı ana sıcaklık kontrol sisteminden gelen sinyalle kontrol edilir. Çoğu durumlarda vidanın içten soğutulması gereklidir. Vida içinde boydan boya silindirik bir delik mevcut olup vida içine sokulan bir soğutma suyu sondası ve vida arkasına bağlanacak bir döner bağlantı ile vida içten soğutulur.

6.1.2.2.8. Sıcaklık Kontrolü

Fakat bu durum dahili ve harici etkiler nedeniyle pek sağlanmaz. Bu etkilere örnek olarak şunlar söylenebilir: Yüksek hız, lod değişimi, bir kapının yada pencerenin açılması, çevre sıcaklığı. Ayrıca ekstruderler temelde üniversal makinalar olarak yapılmışlardır ve bu yüzden bir çok uygulama için uygun olmalıdırlar.

Değişik plastik maddeleri, değişik erime sıcaklığı gerektirir. Bu, neden ekstruderlerin ısı verimlerinin yüksek olduğunu gösterir. Gerçek işletme sıcaklıkları yüksek ısı verimi gerektirmez. Kontrol cihazı, ekstruder içindeki plastik eriyip, daha önceden manuel olarak ayarlanan erime sıcaklığına geldiği zaman hızlı bir şekilde ısıtıcının enerjisini keser. Eğer sıcaklık set noktasının altına düşerse, kontrol cihazı ısıtmayı devreye alır. Burada bir "On-OFF" kontrol söz konusudur. ON-OFF kontrol, kontrolörün kalitesine ve kontrol sisteminin dizaynına göre set noktasından bir derecelik sapmalara göre erime sıcaklığını istenilen değerde muhafaza eder.

Şekil 6.22. Bir termokapılın çalışma metodu

1. 
   Sensör 2. Referans 3. Metal tel (demir) 4. Metal tel (constant) 5. Voltmetre
   

Sıcaklığı kontrol etmek için, ilk önce onu ölçmelisin.

Alkollü termometreler, termokapıllar ve rezistanslı termometreler ekstruder silindir zonlarındaki sıcaklıkları ölçmede kullanılır.

iki farklı metal teli veya iki farklı alaşım teli Şekil 6.22'de gösterildiği gibi uç yapacak sekide birleştirildiği zaman, birleşme noktası ısıtılırsa tellerin uçlarında bir voltaj farkı oluşur. Referans bağlantı kutusu, lehimlenmiş uçtan mümkün olduğu kadar uzakta monte edilir ve soğuk muhafaza edilir. Voltaj, ölçüm noktası ile termokapıl arasındaki farkın artması ile

yükselir. Bu termokapıl elementinin çalışma metodudur (Şekil 6.22). Sıcaklık kontrolü, kontrolörün bağımsız olarak ürettiği nominal değerdeki voltaj ile değiştirilir. Kontrolörün istenilen sıcaklığa uygun olarak gönderdiği voltaj, termokapıl elemanının gönderdiği gerçek voltaj ile karşılaştırılır. Eğer her iki voltaj arasında bir fark varsa buna göre ekstruder silindirinde ısıtıcılar devreye girer veya çıkar. Kontrolörün ürettiği voltaj değişken bir rezistansla sağlanır. Şekil 6.23'deki kontrolörde, kontrolör set noktası ve ölçülen sıcaklık değerleri görülmektedir.

Günümüzde elektronik kontrolörler diğerlerine göre en modern kontrolörler olup yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bununla beraber diğer kontrolörler de çok yaygın bir şekilde kullanılır. Elektronik kontrolörlerde de kontrol prensibi aynı olup gerçek voltaj değeri ile nominal değer karşılaştırılır, hata sinyaline göre ısıtıcılar devreye girer veya devre dışı kalır.

Çoğu hallerde switch kabini ile ekstruder elektrik aksamı aynı yerde yer alır. Ana şalter ve tüm hassas cihazlar switch kabinine monte edilmiş olup, işletme personeline kontrol ve çalışına kolaylığı sağlar.

6.1.2.3. Tek Vidalı Ekstruderlerde Yeni Gelişmeler

Silindirin dikey kesitine bakıldığında yivlerin diş açılı veya yarı dairesel bir şekilde olduğu görülür. Çoğu durumda dik açılı yivler tercih edilir. Besleme bölmesinde işlenilen plastiğin erimesini önlemek için devamlı ve yoğun bir soğutma gereklidir. Aynı zamanda burada uygulanan soğutma, yivlerin içinin erimiş plastikle dolmasını önler ve yivlerin etkili bir şekilde çalışmasını sağlar. Bu durumda vidanın tozu yada granülü ileri doğru itmesi çok daha kolay ve etkili olur. Böyle bir dizayn sayesinde konvansiyonel ekstruderlerde mevcut olan, eksrudere mal yedirememe durumu ortadan kaldırılmış olur.

1. Isıtıcılı silindir

2. Besleme boğazı

3. Isı izolasyonu

4. Soğutma kanalı

5. Yivli kovan

6. Yivler

Yivli-besleme silindiri, zorla yedirme şeklinde bir besleme imkanı sağlar.

Böyle bir sistemin, ekstrudere daha iyi bir besleme kapasitesi sağlamaktan başka işlenecek olan plastiğin, daha erken sıkıştırılması ve plastik içinde hapsolan havanın besleme bunkerinden daha kolay dışarı atılması gibi avantajları vardır.

Islah edilmiş uygun bir besleme ile, kısaltılmış silindir bölümlerine sahip ekstruderle, homojen bir melt elde etmek güçlükle sağlanır.

Fakat işlenen plastiğin miktarı düşünülecek olursa böyle bir ekstruderin ekonomik olarak rantabıl çalışmadığı ortaya çıkar. Bu durumda uygun ıslah edilmiş bir besleme ile daha fazla miktarda mal işlemek için, yeterli homojenizasyonu sağlamak diğer metodlar gözden geçirilmelidir.

Vidaların makaslama ve karıştırma bölümleri, malın homojenizasyonu ve plastikleştirilmesi ile ilgili önemli ıslah çalışmalarını etkileyebilir.

Ekstruderde işlenen plastik eridikten hemen sonra bir makaslama bölümüne girer. (Shcaring section) Burada erimiş mal vida ile silindir arasındaki çok ince yarıklardan ileri doğru geçmek zorundadır.

Makaslama etkisine uygun olarak, erimiş plastik fazla miktarda ısıtılır ve inceltilir.

Şekil 6.25. Vidaların karıştırma ve Makaslama bölümleri.

Eğer makaslama bölümünden sonra direkt olarak karıştırma bölümü gelirse, özellikle dağılma etkisi çok uygun olur. Karıştırma işlemi ekstruder vidası üzerine yerleştirilmiş iğneler vasıtasıyla erimiş plastiğin dağıtılması ve tekrar birleştirilmesiyle sağlanır.

6.1.2.4. Tek Vidalı Ekstruderlerde Endüstriyel İmalat Mühendisliği

6.1.2.4.1. Çalışma Birimlerinde Vidanın Yapısal Düzenlemesi

Bir ekstruder silindiri içinde erimiş fazdaki proses, silindir besleme boğazından belli bir mesafeden sonra başlar. Ekstruder silindirinde bu noktaya kadar olan proses sadece vidanın itme gücüyle olan bir transport prosesidir.

Bu durum vidanın ilk bölmesine niye besleme bölmesi denildiğini gayet iyi izah eder. Plastik erimeye başladığı zaman, hapsolmuş hava uzaklaşmalıdır. Erimiş plastiğin içinden geçtiği hacim vida gövde çapının arttırılması vasıtasıyla azaltılır. Dolayısı ile sabit akış hızındaki erimiş plastiğin aktığı hacim azaldıkça basınç artacağından, içerde hapis olan hava erimiş plastiğin akış yönünün tersine, geriye doğru hareket eder ve besleme bunkerinden dışarı çıkar. Böylece erimiş mal sıcak silindir çeperi ile daha iyi temas eder. Vidanın bu bölümünde, basınç ve sıcaklığın etkisiyle katı halden erimiş hale geçer. Yukarıdaki nedenden dolayı burası geçiş zonu veya sıkıştırma zonu diye adlandırılır.

Son vida bölmesi, dozaj (metering) bölmesi olup, burada erimiş plastik homojenize edilir ve kafaya (die) transfer edilir, iyi bir homojenleştirme için dozaj (metering) bölmesindeki diş dibi derinliği daha küçük olmalıdır, İngilizce manada output yani çıkış bölümü, dozaj bölümü olarak tarif edilir. "Metering zone" kelimesi diş gibi derinliğine bağlı olarak ekstruderin kafasından çıkan mal miktarını belirtir.

Günümüzde bunun sadece bir kısmının doğru olduğunu biliyoruz. Ekstruderdeki basınç oranı hesaba katılmamaktadır.

Ekstruder vidası üç zon olarak tanzim edilmiş olup, bu zonlardan hiç birisi tek başına bağımsız olarak çalışamaz ve bu zonlar bağımsız bölmelermiş gibi değerlendirilemez. Daha doğrusu bu üç bölme aralarında kesin bir sınır olmayan tek bir ünite gibidir. Erimiş haldeki plastik akışı hiç bir yerde durdurulmaz devamlı bir şekilde vidanın diğer bölümlerine akar. Devamlı bir şekilde artan çapa sahip vida üzerinde bölmeler arasında önceden bir hudut tayin etmek mümkün değildir.

6.1.2.4.2. Plastiklerin Vida İçindeki Hareketi

Sürtünme katsayısı iki değişik maddenin yüzeylerinin birbirine teması sonucu yüzeyde oluşan kuvvetten kaynaklanan bir faktör olup, böyle yüzeylerin tabiatıdır.

Plastiğin vidada erimiş halde ilerlemesi esnasında aksiyal hareket yönünden sapması arzu edilmez. Şayet böyle bir durum olursa malzemenin sabit erime ihtiyacı karşılanamaz, bunun sonucu olarak homojenleştirme işlemi tatminkar olmaz.

6.1.2.4.3. Plastiklerin Erimesi

Eğer plastik ısı iletimi açısından zayıfsa, bütün partiküllerin istenilen erime sıcaklığına, silindirden olan ısı transferiyle çıkarılması çok zor sağlanır. Eğer vida dişleri arasındaki plastiğin tamamı, sadece silindir çeperlerinden sağlanan ısıyla eritilirse, silindir iç yüzeyi ile devamlı bir şekilde temas eden plastik maddesi yanar.

Vidanın, diş üst yüzeyleri, devamlı bir şekilde silindir iç yüzeyi içinde döner ve erimiş plastik partiküllerini kazıyarak silindir yüzeyini temizler.

Vida dişinin plastiği iten kenarı önündeki, yani iki diş arasındaki hacimde Şekil 30'da da görüldüğü gibi erimiş plastik kendi etrafında dönmeye başlar ve daha .henüz erimemiş plastik partikülleri vidanın hareketi ile vida boyunca taşınır. Ne zaman ki devamlı ısı alışverişi gerçekleşti, erimemiş partiküllerin tamamı erir ve vida dişlerinin itici kenarının etkisiyle ve vidanın dönüşüyle tamamen erimiş hale gelen plastik, silindir sonuna doğru itilir (Şekil 30).