ساخت و تولید مخزن پلی اتیلن عموماً بر اساس فناوری قالب‌گیری دورانی (روتومولدینگ) است. فرآیند قالب‌گیری دورانی (Rotational Moldig) یا به اختصار روتومولدینگ (Rotomolding) یکی از فرآیندهای شکل دهی مواد پلاستیکی به شکل تو خالی است.
به طور کلی در این فرآیند، مقدار مشخصی از پلی اتیلن (پلاستیک) به صورت پودر به داخل قالبی که به شکل محصول نهایی طراحی شده است وارد می شود. این قالب حول محورهایی به چرخش درآمده و در نتیجه حرارت اعمال شده به آن، پلی اتیلن درون آن به دیواره های قالب چسبیده شده و باعث ایجاد لایه در سطح داخلی قالب می شود.
چرخش قالب در حین مرحله سرمایش نیز ادامه پیدا می‌کند تا پلاستیک شکل مطلوبش را بگیرد و جامد شود. هنگامی‌که پلاستیک به اندازه کافی سخت شد، سرمایش و چرخش متوقف شده تا قطعه پلاستیکی را از قالب خارج کنند. در این مرحله، چرخه فرایند دوباره تکرار می‌شود.
البته همه ماشین‌های قالب گیری دورانی نیاز به مراحل گرمایش و سرمایش ندارد. اگر از مایع واکنش‌گری مثل اپوکسی یا رزین پلی استر غیر اشباع دارای ماده پخت استفاده شود، تشکیل ساختار تک لایه بدون حرارت دهی خارجی انجام می‌شود.
تشریح فرآیند روتومولدینگ
در این روش مقادیر مشخصی پلاستیک مخصوص این کار (پلی اتیلن تزریقی) به صورت پودر داخل قالب ریخته می شود. قالب داخل کوره ضمن حرارت دیدن چرخانده می شود تا آرام آرام پودر ذوب شده و به دیواره قالب بچسبد. در ادامه قالب از کوره خارج شده و حین چرخش خنک می گردد تا پلاستیک درون قالب که به دیوار چسبیده و یک لایه را بر سطح آن قالب ایجاد کرده به آرامی سرد شود تا محصول با حفظ شکل خود از قالب خارج شود. لازم به ذکر است انواع پلاستیک گرمانرم مانند پلی اتیلن گرید ۳۸۴۰ برای روش قالب گیری دورانی استفاده می شود.
ساخت قالبها اغلب به دلیل نیاز به الگو و طراحی بسیار تخصصی، بزرگترین بخش سرمایه گذاری در فرایند تولید محصولات درخواستی به ویژه برای اشکال پیچیده صنعتی هستند. بعد از مرحله طراحی صنعتی قالب، وارد فرآیند استفاده از این قالبها جهت تولید مخزن پلی اتیلن، می شویم. به منظر تولید انبوه و با سرعت بالای مخازن پلاستیکی می بایست مقدمات فنی شامل آسیاب نمودن گرانول‌ها، آماده سازی قالبها، داغ نمودن کوره که با گاز و برق می تواند داغ شود و سایر فعالیت‌هایی که در ادامه به آنها اشاره خواهیم نمود فراهم شود. این فرآیند یعنی طراحی و ساخت قالب فلزی (می‌تواند گالوانیزه و استیل باشد) زمان‌برترین قسمت کار می باشد.
ساخت قالب مخازن با اشکال پیچیده بدلیل سخت بودن فرم‌دهی مخازن استیل و آهنی، معمولاً نیاز به استفاده از ورقهای آلومینیومی و ریخته گری چدنی دارند، در حالی که قالبهای بزرگ مانند انواع مخازن با استفاده از فرآیند فرم‌دهی ورقهای گالوانیزه و استیل ساخته می شوند. نکته مهم اینکه برای داشتن مخازنی با ظاهری زیبا و صاف، در نهایت می توان سطح داخلی قالب را کاملا صیقلی یا طرح و بافت خاص تولید کرد.
نکته کلیدی در روش روتومولدینگ دقت به این مسئله است که چرخش قالب در حین مرحله سرمایش نیز می‌بایست ادامه پیدا کند تا پلاستیک شکل مطلوبش را بگیرد و بصورت کاملا شیک جامد شود. هنگامی‌که پلاستیک به اندازه کافی سفت و محکم شد و یا به اصطلاح خودش را گرفت، چرخش و عملیات خنک سازی متوقف شده تا مخزن پلاستیکی را از قالب خارج کنند. با اتمام این مرحله، فرایند فوق الذکر دوباره تکرار می‌شود. دقت کنید اگر شما از اپوکسی یا رزین پلی استر غیر اشباع در تولید مخازن پلی اتیلنی استفاده کنید بدلیل بالا رفتن مقاومت و پایداری مولکولی نیاز به انجام مراحل گرمایش و سپس سرمایش از بین می رود.
وقتی صحبت از پلاستیک پودر شده برای پخت، دوران و یا تزریق می نمائیم، منظور پلی اتیلن 3840 فودگرید است. منظور از فودگرید بودن پلی اتیلن مصرفی در ساخت منابع و تانکرها، اجازه بکارگیری آن در صنایع غذایی بمنظور ذخیره و حمل آب آشامیدنی و مواد خوراکی است. این گرید پلی اتیلن به خوبی با فرآیند روتومودینگ سازگار است و سالهاست که عملی ترین و اقتصادی ترین ماده اولیه در این صنعت می باشد. پایداری در طی فرایند گرمایش در طولانی مدت و شکل یافتن آن پس از حرارت و گرم شدن داخل قالب، که در چرخش های مهندسی شده منجر به ضخامت نسبتا یکنواخت پلاستیک در سطح داخلی قالب فلزی و در حقیقت دیواره مخزن پلاستیکی می شود، به همین دلیل محبوب‌ترین پلاستیک برای تولید مخزن پلی اتیلنی یکپارچه و قالب گیری دورانی همین گرانول‌های پلی اتیلن مدل EX3-PE3840 تولیدی پتروشیمی تبریز در ایران و سابیک عربستان و بروج امارات متحده عربی است.
در صفحات مختلف سایت ناب ملل آموختیم پلی اتیلن به سه دسته چگالی پایین، چگالی متوسط و نهایتا دانسیته بالا تقسیم می شود. در تولید مخازن پلی اتیلن بسته به نوع کاربری مخزن در آینده، از چگالی متوسط و یا بالا و یا ترکیبی از آنها استفاده می شود. این عملیات یعنی روتومولدینگ برای تولید طیف بسیار گسترده ای از محصولاتی است که می توان با استفاده از قالب گیری دورانی نسبت به تولید آنها اقدام نمود. اما بدلیل مقرون به صرفه بودن و تقاضای بسیار بالای مخازن پلاستیکی در جهان، این فرایند برای ساخت تانکرهای ذخیره و حمل بیشتر شناخته شده است.
اکنون بسیاری از طراحان و تولیدکنندگان جهانی، از روش روتومولدینگ برای ایجاد قطعات پلاستیکی برای مصارف پزشکی، ظروف یک بار مصرف، تجهیزات کشاورزی و باغی، ساخت منهول پلی اتیلن، قطعات خودرو، اسباب بازی و حتی مبلمان و تجهیزات ورزشی استفاده می کنند. بر خلاف قالبهای تزریقی، قالب های دورانی بسیار ارزان تر هستند. مهمترین دلیل آن این است که در روش روتومولدینگ، قالبها در فشار بسیار کمتری کار می کنند. بنابرین برای تولید محصولات حتی در تیراژ بسیار کم اما ظرفیت بزرگ نیز می توان از این روش بهره برد.
مواد مورد استفاده در قالب‌گیری دورانی
پلی‌اتیلن سنگین و یا صلب (RIGID POLYETHYLENE) حدود 90% مواد اولیه مورد نیاز در قالب‌گیری دورانی را شامل می‌شود.
برای ذخیره بهداشتی آب شرب حتما می بایست از پلی اتیلن ۳۸۴۰ دارای گرید بهداشتی و یا اصطلاحا FOODGRADE استفاده شود. استفاده از مواد دسته اول و فودگرید علاوه بر بحث بهداشتی بودن منجر به مقاومت مکانیکی بسیار بیشتری می گردد. به این ترتیب محصولات عمر به مراتب بیشتری دارند.
روش قالب گیری نسبت به روش تزریقی هزینه کمتری به تولیدکننده تحمیل می نماید. به دلیل عدم وجود فشار، قالبها معمولاً دیواره‌های نازک دارند و به همین دلیل هزینه تولید آنها نسبتاً پایین است. در روش روتومولدینگ، همکاران من در شرکت ناب ملل با بکارگیری بروزترین تجهیزات و استفاده از دستگاه‌های جدید با چند بازو، امکان تولید مخازن بزرگ و کوچک، خوابیده و عمودی، زیر پله ای و پشت بامی با استفاده از قالبهای مختلف با شکل‌ها و اندازه‌های متفاوت به‌طور همزمان میسر می‌باشد. شما هر نوع مخزنی را که بخواهید و توجیه اقتصادی داشته باشد برای ما این امکان میسر است که قالب آن را بسازیم و مخزن مورد نظر را در اختیار شما قرار دهیم.
بیشتر مواد اولیه مورد استفاده در فرایند قالب‌گیری دورانی برای تولید مخازن پلاستیکی از خانواده پلی اتیلن است. قالبهای مورد استفاده معمولاً دیواره‌های نازکی دارند و با طراحی مناسب قالبهای مخصوص، می‌توان قطعات پیچیده‌ای مانند جعبه‌های دو جداره و چند وجهی را که تولید آن با روش‌های دیگر دشوار است را تولید کرد.
در دستگاه‌های جدیدی که دارای چند بازو می باشند می توان قالب های مختلفی را به کارگرفت. با کنترل فرایند صحیح و طراحی قالب مناسب، ضخامت دیواره قطعات بدست آمده با روش‌های قالب گیری چرخشی بر خلاف قالب گیری دمشی یا گرما شکل دهی دو صفحه‌ای، کاملاً یکنواخت خواهد بود. همچنین محصولات تولیدی به روش قالب گیری دورانی، عاری از نقطه و خط جوش خواهد بود. همچنین نیازی به عملیات تکمیلی وجود ندارد.
مراحل تولید با فناوری روتومولدینگ
در ادامه مهمترین مراحل تولید مخزن به روش قالب گیری دورانی را بیان خواهیم نمود. با ما همراه باشید…
آسیاب کردن پلی اتیلن با گرید 3840 پتروشیمی تبریز
ماده اولیه به صورت گرانول پلی اتیلن Food Grade از کارخانجات پتروشیمی به دست تولید کنندگان می رسد. گرانول های پلی اتیلن 3840 به کمک آسیاب کاملا پودر می شوند. در صورت نیاز به تولید مخزن رنگی و یا سه یا چند لایه، نیاز است پلی اتیلن با رنگ های مجاز خوراکی مانند TIO2 مخلوط شود. تیتانیوم دی اکسید یک رنگ خوراکی با خواص آنتی باکتریال است که به عنوان رنگدانه سفید در این صنعت مورد استفاده قرار می گیرد. برای همگن نمودن رنگ و پلی اتیلن در ادامه این مخلوط از دستگاه اکسترودر عبور داده می شود.
تزریق پلی اتیلن آسیاب شده به قالب
سازندگان مخزن پلی اتیلن معمولاً از قالبهای دو تکه یا بیشتر استفاده می کنند. معمولا محل اتصال دو تکه قالب به صورت درز در سطح بیرونی منبع تولید شده قابل تشخیص می باشد. پس از پایان فرآیند حرارت دادن قالب، دو تکه قالب از هم باز شده و محصول از آن خارج می شود.
در صورتی که نیاز باشد مخزن به صورت بی رنگ تولید شود در یک مرحله پودر پلی اتیلن رنگ نشده داخل قالب ریخته می شود و قالب به داخل کوره منتقل می شود. در صورتی که نیاز به تولید مخزن سه لایه باشد، این کار در سه مرحله انجام می شود، تا به نوبت لایه های رنگی به صورت یکنواخت بر روی قالب شکل گیرد. به عبارت دیگر قالب به دفعات از کوره خارج شده و پودر با رنگ و وزن مناسب داخل آن ریخته می شود و مجددا قالب داخل کوره رفته و به چرخش ادامه می دهد.
حرکت قالب داخل کوره روتومولدینگ
قالب همزمان با حرارت دیدن حول دو محور عمود بر هم به اندازه 360 درجه می چرخد. پودر داخل قالب حین چرخیدن قالب با تمام وجوه آن تماس پیدا خواهد کرد و در صورت رسیدن بدنه قالب به دمای مناسب بخشی از آن که مستقیم در تماس با سطح داغ قالب قرار می گیرد ذوب شده و به صورت یک لایه سطح داخلی قالب را می پوشاند. این فرآیند آنقدر ادامه می یابد تا تمام پودر ریخته شده داخل قالب حین چرخش ذوب شده و به سطح داخلی قالب بچسبد.
چرخش قالب حین سرد نمودن
در فناوری روتومولدینگ، حین سرد نمودن قالب در خارج از کوره عمل چرخش ادامه می یابد. این مساله نقش مهمی در حفظ شکل مخزن پلی اتیلن خواهد داشت. چرخش تا زمان سرد و سخت شدن مخزن ادامه می یابد. مخزن پس از سرد شدن به اندازه بسیار کمی، حدود یک یا دو درصد، کوچکتر می شود. این پدیده شیرینکیج (shrinkage) به تخلیه مخزن از قالب کمک می کند.
حذف قسمت های اضافی (زائده‌های) مخزن
پس از خارج ساختن مخزن از داخل قالب، زائده های اضافه برش داده می شود و مخزن وارد بخش QC یا کنترل کیفیت کارخانه بمنظور تست چشمی و در صورن نیاز تست هیدرولیک می شود.
لیست تستهای محصولات تولیدی به روش روتومولدینگ
پس از مراحل فوق نیاز است تا آزمون هایی برای اطمینان از کیفیت محصولات تولید شده گرفته شود. تمامی محصولات ناب ملل بر اساس استانداردهای تدوین شده جهانی مانند استاندارد انجمن آمریکایی مواد (ASTM) و استاندارد (AS/NZ) کنترل می‌شود. اصلی‌ترین آزمون هایی که در مراحل تولید مخزن پلی اتیلن و دیگر محصولات پلی اتیلنی این شرکت انجام می شود شامل موارد ذیل است.
آزمون تست ضخامت
برای اندازه گیری ضخامت محصولات از دستگاه ضخامت سنج اولتراسونیک استفاده می شود. ضخامت قسمت های مختلف محصول شامل دیواره و پایه ها با استفاده از این دستگاه اندازه گیری شده که بر اساس معیارهای استاندارد ASTM به دقت کنترل می شوند.
آزمون تست ضربه
آزمایش تست ضربه بر اساس استاندارد مذکور به این صورت است که نمونه ای از محصول تولید شده برش داده شده و آن را تا دمای -۳۶ درجه سانتیگراد به مدت حداقل ۳۰ دقیقه سرد کرده و سپس با استفاده از دستگاه پرتاب دارت آن را مورد آزمایش قرار می دهند. اگر نمونه بر اثر ضربه وارده بشکند یا سوراخ شود آن محصول کیفیت لازم برای فروش را نداشته و مردود محسوب می شود.
کنترل کیفیت
در بخش کنترل کیفیت کارخانه در حال فعالیت با فناوری روتومولدینگ علاوه بر کنترل ظاهری مخزن، نمونه هایی از آن ها برای آزمایشگاه ارسال می شود. در آزمایشگاه تست های تحمل کشش، ضربات مکانیکی و… به صورت دوره ای انجام می شود تا از کیفیت مخزن تولیدی اطمینان حاصل گردد. چنانچه سیال داخل مخزن دارای چگالی بیشتر از یک باشد در زمان طراحی مخزن این موضوع می بایست به طراح اطلاع داده شود تا مقدار گرانول بیشتری پودر و درون قالب ریخته شود. در این حالت ممکن است طراح دستور به استفاده از کمربند بهنگام استفاده نماید. در اینصورت تعداد کمربندها مشخص و عملیات ساخت کمربندها همزمان با پروسه قالب‌گیری انجام می شود.
لازم به یاداوری است تکنولوژی مورد استفاده در ساخت لوله کاروگیت تا سایز 1200 میلیمتر، همین روش روتومولدینگ می باشد.
