เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 1

บทท� 1

ชนดของเคร�องอดรด

ประวตความเปนมา

คาวา “Extruder” น�น มรากศพทมาจากภาษาละตนระหวางคาวา “ex” ซ& งมความหมายวา

ออก (out) กบคาวา “trudere” ซ& งมความหมายวา ผลก (to push , to thrust out) ลองจนตนาการการ

ออกแรงรดยาสฟนใหออกจากหลอดยาสฟน การออกแรงลกษณะเชนน� เรยกวา อดรด (extrude)

เคร&องอดรด (Extruder) หมายถงเคร&องมอท&ใชในการอดรดวสดไดหลายประเภทดวยความ

ดนท&เพยงพอไปสอปกรณท&อยปลายทางเปด (discharge opening) ท&ซ& งจะทาใหวสดเกดเปนรปราง

ตามท&ตองการ ช�นสวนหรออปกรณท&เปนปลายเปดหรอทางออกของวสดในการกอตวเปนรปราง

น�น เรยกวา หวอดรด (die) นอกเหนอจากการใชเคร&องอดรดในการข�นรปพลาสตกแลว เคร&องอด

รดยงสามารถใชข�นรปวสดอ&นๆไดอกหลายประเภท เชน ดน (clay) เซรามกซ (ceramics) อาหาร

(food) โลหะ (metal) เคร&องอดรดจดเปนเคร&องมอข�นรปพลาสตกท&ใชงานกนมากท&สดประเภทหน&ง

ในอตสาหกรรม

หนาท&หลกท&สาคญอยางหน&งของเคร&องอดรด คอการทาใหเกดความดนท&เพยงพอตอการ

อดรดผานหวอดรด ความดนน�จะข�นกบ โครงสรางของหวอดรด (die geometry) สมบตการไหล

ของวสด (flow properties) และอตราการไหล (flow rate)

1.1 ชนดของเคร�องอดรด

การจาแนกชนดของเคร&องอดรดท&ใชโดยท&วไปสามารถจาแนกตามลกษณะการทางาน

(Mode of operation) ไดแก

1. เคร&องอดรดแบบตอเน&อง (continuous)

2. เคร&องอดรดแบบไมตอเน&อง (discontinuous)

สาหรบในแบบตอเน&อง เคร&องมอจะประกอบดวยช�นสวนท&มการหมน (rotating member)ซ& งจะ

สามารถแยกไดเปน U ประเภท ไดแก เคร&องอดรดท&ใชสกรและเคร&องอดรดท&ใชดสคหรอดรม

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 2

สวนในแบบไมตอเน&อง เคร&องมอจะประกอบดวยช�นสวนท&มการทางานซ� าไปซ� ามา (reciprocating

member)โดยท&วไปจะใช ram เปนอปกรณท&เคล&อนท&ไปมาและจะมการสงพอลเมอรในลกษณะท&

เปนจงหวะ (intermittent) นอกจากน� เคร&องฉดข�นรปยงสามารถนบวาเปนประเภทหน&งของเคร&อง

อดรดท&มการทางานของสกรในลกษณะทางานซ� าไปมา

ในวงการอตสาหกรรม เคร&องอดรดแบบสกรจะนยมใชมากท&สด สาหรบเคร&องอดรดท&ใช

ดสคหรอ ดรมน�นมใชนอยมาก สวนเคร&องอดรดแบบท&ใช ram จะพบในการอดรดพอลเมอร เชน

Teflon และ Ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE)

แผนผงท� 1.1 แสดงการจาแนกชนดของเคร�องอดรด

Single Screw

Extruders

Multi-Screw

Extruders

Melt Fed or Plasticating

Single Stage or Multi Stage

Twin Screw Extruder

Gear Pump

Planetary Gear Extruder

Multi (> 2) Screw Extruder

Screw

Extruders

(Continuous)

Viscous Drag

Type Extruders

Elastic Melt

Extruder

Spiral Disk Extruder

Drum Extruder

Diskpack Extruder

Stepped Disk Extruder

Screwless Extruder(Maxwell)

Screw/Disk Extruder(USSR)

Disk or Drum

Extruders

(Continuous)

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 3

แผนผงท� 1.1 แสดงการจาแนกชนดของเคร�องอดรด(ตอ)

Ram Extruders

Reciprocating

Screw Extruders

Melt Fed Extruder

Plasticating Extruder

(Capillary Rheometer)

Plasticating Unit in Molding Machines

Compounding Extruders

(Ko-Kneader,Pulsating Action)

Reciprocating

Extruders

(Discontinuous)

1.2 เคร�องอดรดแบบสกร (Screw extruder)

เคร&องอดรดแบบสกรจะใชสกรในการหมนเพ&อสงผานพอลเมอรหลอมดวยความดนท&

เพยงพอไปยงหวอดรด (die) เคร&องอดรดแบบสกรท&ใชโดยท&วไป นอกจากจะทาหนาท&ในการอด

รดพอลเมอรออกไปยงหวอดรดแลว จะยงมหนาท&ในการชวยใหพอลเมอรหลอมเปนเน�อเดยวกน

ดวยการหมนของสกรทาใหเกดแรงเฉอน แลวเกดความรอนจากการเฉอนทาใหพอลเมอรหลอม

เราจะเรยกเคร&องอดรดแบบน�วา “plasticating screw extruder” เคร&องอดรดแบบสกรสามารถจาแนก

ไดตามจานวนสกรในเคร&อง ซ& งสามารถแบงไดเปน เคร&องอดรดแบบสกรเด&ยว (Single screw

extruder) ซ& งจะมจานวนสกร i อน และเคร&องอดรดแบบหลายสกร (Multi screw extruder) ซ& งจะม

จานวนสกรมากกวา i อน สาหรบเคร&องอดรดแบบหลายสกรท&นยมใชมากท&สด ไดแก เคร&องอดรด

แบบสกรค (Twin screw extruder)

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 4

1.2.1เคร�องอดรดแบบสกรเด�ยว (Single screw extruder)

เคร&องอดรดแบบสกรเด&ยวท&ใชอยกนโดยท&วไปเปนประเภท plasticating extruders ซ& ง

หมายถงเคร&องอดรดท&ใสวสดเร&มตนในสถานะของแขงเขาไปและทาใหเกดการหลอมในเคร&องอด

รด แลวสงพอลเมอรหลอมไปยงหวอดรด

เคร&องอดรดชนดน� มความสาคญมากท&สดเน&องจากมราคาคอนขางต&าเม&อเทยบกบเคร&องอด

รดชนดอ&นๆ และมการออกแบบไมยงยากและซบซอน โดยมความแขงแรงทนทานและเช&อถอได

นอกจากน�ยงมอตราสวนระหวางประสทธภาพกบราคาท&นาพงพอใจ

ลกษณะของสกรในเคร&องอดรดแบบสกรเด&ยวสามารถจาแนกไดตามจานวนของสวนกด

อด (compression section) ได U แบบ ไดแก สกรระยะเด&ยว (single stage screw) หมายถง สกรท&ม

สวนของระยะกดอดเพยงบรเวณเดยว (screw with one compression section) และ สกรท&มสวนของ

ระยะกดอดมากกวาหน&งบรเวณเดยว (multi stage screw) ซ& งสกรประเภทน� โดยสวนใหญจะใชใน

กรณท&มจดประสงคในการระบายไอหรอสารระเหยออกจากเคร&องอดรด

1.2.1.1 โครงสรางของสกรเด�ยว

สกรในเคร&องอดรดจะมการออกแบบไดหลายลกษณะ แตโครงสรางพ�นฐาน มกจะแบงออกได

เปน 3 บรเวณท&แตกตางกน (รปท& i.i ) ไดแก

1. สวนปอนสงสาร (Feeding section)

2. สวนกดอด (Compression or transition or plasticating section)

3. สวนสงรด (Metering section)

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 5

รปท� 1.1 สกรของเคร�องอดรด (Cantor (2006))

1. สวนปอนสงสาร (Feeding section)

ในบรเวณน� สกรจะมสนสกร (flight) ท&มความลกมากท&สดเม&อเทยบกบสวนอ&นๆ และวสดใน

บรเวณน� สวนใหญจะยงคงอยในสถานะของแขง

2. สวนกดอด (Compression or transition or plasticating section)

สนสกรในบรเวณน�จะมความลกลดลงเปนเสนตรงจากสวนปอนสงสารไปจนถงสวนสงรด วสด

ในบรเวณน�จะถกเปล&ยนจากสถานะของแขงไปเปนพอลเมอรหลอม

3. สวนสงรด (Metering section)

ในบรเวณน� สนสกรจะมความต�นมากท&สดเม&อเทยบกบสวนอ&นๆ พอลเมอรหลอมจากสวนกดอด

จะถกลาเลยงมาท&บรเวณน� เพ&อสงเขาหวอดรดตอไป

เคร&องอดรดแบบสกรเด&ยวในทางการคาโดยท&วไปจะจาแนกออกโดยขนาดของกระบอกหมสกร

(barrel) และความยาวของสกร

1. กระบอกหมสกร

โดยขนาดมาตรฐานจะเทากบ 0.75, 1, 1.5, 2, 2.5, 3.5, 4.5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 24 น�ว

2. ความยาวของสกร

เคร&องอดรดท&มความยาวมากมกจะพบนอย เชนในสกรท&มเสนผานศนยกลาง 35 น�วจะใชเฉพาะในงาน

พเศษเทาน�น เชนการนาพอลเมอรหลอมออกจากถงปฏกรณสงเคราะหพอลเมอร

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 6

การบอกความยาวของสกรมกจะนยมบอกในรปของอตราสวนระหวาง เสนผาศนยกลาง และ

ความยาวของสกร ซ& งมกจะเรยกวา length – to-diameter ratio หรอ L/D

สาหรบ L/D ของสกรโดยท&วไป มกจะอยในชวง 20 ถง 30 โดยมเสนผาศนยกลางระหวาง 1.25

เซนตเมตร ถง 50 เซนตเมตร สาหรบ L/D ท&นยมใชกนมากท&สด คอ 24:1 สาหรบสกรท&ม L/D

ในชวง 35-40 จะใชในวตถประสงคเพ&อการสกดเอาสารระเหยออก

ถาแบงความยาวของสกรมาตรฐานท&ม L/D เทากบ Uw:1 ตามโครงสรางของสกรท&แตกตางกน

x สวนจะพบวา สวนปอนสงจะมความยาวประมาณ yเทาของเสนผานศนยกลางสกร สวนกดอดมความ

ยาวประมาณ z เทาของเสนผานศนยกลางสกรและสวนสงรดจะมความยาวประมาณ i{ เทาของเสน

ผานศนยกลางสกร อยางไรกตามความยาวของสวนตางๆของสกรท�ง x สวนน�อาจมการปรบให

เหมาะสมตอลกษณะของการข�นรปและวตถดบท&ใช

รปท� 1.A ความยาวในแตละสวนของสกรของเคร�องอดรด (Gile (2005)

คาท&สาคญอกคาหน&งทนยมใชในการบอกถงลกษณะสกร คอ คาอตราสวนกดอด (compression

ratio) ซ& งหาไดจากอตราสวนของความลกของสนสกรท&สวนปอนสงสาร (feed channel depth) ตอความ

ลกของสนสกรท&สงสงรด (metering channel depth)

คาของอตราสวนกดอดท&ใชโดยท&วไปอยในชวง U:1 ถง 4:1 ข�นกบชนดและสมบตของพอล

เมอรท&ใช ตวอยางแสดงในตารางท& 1.1 และ i.U

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 7

ตารางท� F.F สกรสาหรบพลาสตกชนดตางๆ (Rosato (1998))

ตารางท� F.A คาอตราสวนกดอดของสกรในชวงตางๆกบชนดของพลาสตก(Rosato (1998))

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 8

1.2.1.2 กลไกท�เกดขOนในเคร�องอดรดแบบสกรเด�ยว

เม&อวสดซ& งถกใสผานกรวยเตมสารตกลงมายงกระบอกหมสกรน�น วสดจะอยระหวาง

ชองวางระหวางสกรและกระบอกหมสกร ซ& งลอมรอบโดยสนสกร ท�งขางหนา ขางหลง ชองวาง

บรเวณน� เรยกวา ชองสกร (screw channel) เน&องจากในขณะน�นสกรมการหมนไปเร&อย ๆ ในขณะท&

กระบอกหมสกรอยน&งไมมการเคล&อนท& ดงน�นจะมแรงเสยดทานกระทากบวสดจากกระบอกหม

สกรและสกร ซ& งแรงเสยดทานนOเองเปนตวการสาคญในการสงถายวสดไปขางหนาตราบเทาท�วสด

ยงอยในลกษณะของแขง

เม&อวสดถกผลกดนใหเคล&อนท&ไปขางหนาโดยแรงเสยดทานน�นแลวกจะมความรอน

เกดข�น ซ& งเปนผลมาจาก

1. ความรอนท&เกดข�นจากการเสยดทาน (Frictional heat generation)

2. ความรอนซ&งเกดข�นจากการนาความรอนจากแผนใหความรอนท&อยท&กระบอกหมสกร

ดงน�น เม&อวสดเคล&อนท&ไปขางหนามากข�น ปรมาณของพอลเมอรในสถานะของแขงกจะคอย ๆ

ลดลงจนเปนศนย ท&บรเวณปลายของสวนกดอดและเขาสสวนสดทายคอ สวนสงรดเพ&อป|มวสดเขา

สหวฉดเพ&อข�นใหเปนรปรางท&ตองการ

1.2.2 เคร�องอดรดแบบมชองระบายไอ (Vented extruder)

เคร&องอดรดแบบน�จะแตกตางกบเคร&องอดรดท&ไมมชองระบายท�งในแงของการออกแบบและการ

ใชงาน ในสวนของกระบอกหมสกรของเคร&องอดรดแบบมชองระบายไอจะมทางเปดมากกวาหรอ

เทากบหน&งเพ&อระบายไอหรอสารระเหยออกไป เคร&องอดรดแบบมชองระบายไอแสดงดงในรปท&

1.x

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 9

รปท� 1.V เคร�องอดรดแบบมชองระบายไอ (Cantor (2006))

หนาท&ของเคร&องอดรดแบบมชองระบายไอ

1. กาจดสารระเหย (devolatilization) ออกจากพอลเมอรในลกษณะตอเน&อง

2. เปนท&เตมสวนผสมอ&นๆใหกบพอลเมอร เชน สารเตมแตง (additive) สารตวเตม (filler)

สาหรบสกรท&ใชกบเคร& องอดรดแบบมชองระบายไอตางจากสกรท&ใชกบเคร& องอดรดโดยปกต

เน&องจากการมทางเปดของชองระบาย ถาใชสกรธรรมดาจะเกดปญหาท&สาคญคอ การไหลภายใต

ชองระบายไอ ดงน�น ทางแกปญหาจงทาโดยการออกแบบใหไมมความดนเกดกบพอลเมอรภายใต

ชองระบายไอ ซ& งนาไปสการออกแบบสกรสองระยะ (Two-stage screw) ซ& งหมายถงสกรท&มสวน

กดอด 2 สวนแยกจากกนโดยเพ&มสวนท&เรยกวา decompression/extraction ดงแสดงในรปท& i.w (ก)

สงเกตไดวา ลกษณะสกรในสวน extraction น�นจะมชองสกรใหญ ทาใหพอลเมอรหลอมไมถกดน

ใหไหลออกไปท&ชองระบายไอท&อยเหนอข�นไป และความดนในสกรจะลดลงท&บรเวณสวนน� ดง

รปท& i.w (ข)

รปท� 1.W (ก) ลกษณะสกรแบบ Two-stage screw (Rauwendaal (1998))

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 10

รปท� 1.W (ข) ความดนท�เกดขOนในสกรท�มชองระบายไอ (Osswald (2006))

ชองระบายไอสามารถตดต�งไดมากกวา i จดในเคร&องอดรด โดยในแตละจดท&มชองระบาย

ไอ สกรจะมสวน extraction เพ&มเขามา ดงน�นถาเปนเคร&องอดรดท&มชองระบายไอ U ชอง จะใช สกร

ท&ม extraction 2 บรเวณหรอมสวนกดอด x บรเวณ เรยกสกรแบบน�วา “Three-stage screw” ดง

แสดงในรปท& i.y เคร&องอดรดชนดมประโยชนในกรณท&ตองมการกาจดมอนอเมอร โอลโกเมอร

ผลตภณฑท&ไดจากปฏกรยาพอลเมอไรเซชน ความช�น และ ตวทาละลาย

รปท� 1.5 เคร�องอดรดแบบ double vented extruder สกรท�ใชเปนแบบ Three-stage screw (Rosato

(1998))

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 11

1.2.3 เคร�องอดรดยาง (Rubber extruder)

เคร&องอดรดยางเปนเคร&องอดรดท&ใชกนมาเปนศตวรรษแลว โดยเคร&องอดรดยางเคร&องแรก

เปนเคร&องอดรดยางแบบการปอนสงรอน (hot feed) คอการปอนวสดท&ยงอนอยจากเคร&องบดหรอ

เคร&องผสม จนกระท&งในปคศ. 1950 จงไดเร&มมการใชเคร&องอดรดยางแบบการปอนสงเยน (cold

feed) ยางท&ใชในการข�นรปโดยปกตจะเปนยางคอมปาวด (rubber compound) ซ& งประกอบดวย ยาง

และสารท&ทาใหยางเกดการคงรป (cure, crosslink) รวมถง สารตวเตมและสารเสรมแรงตางๆ

การข�นรปยางจะคลายกบการข�นรปเทอรโมเซต ซ& งโดยความเปนจรงยางกจดเปนเทอรโม

เซตชนดหน&ง น&นคอ ยางจะแขงตวเม&อไดรบความรอนเกนอณหภมการคงรป(curing temperature,

vulcanization temperature) เน&องจากยางจะเกดปฏกรยาวลคาไนเซช&น(vulcanization) ทาใหเกด

โครงสรางแบบรางแห ดงน�น ในการออกแบบเคร&องอดรดยางหรอเทอรโมเซตจะตองระวงไมให

ยางไดรบความรอนเกนอณหภมการคงรปภายในสกร มฉะน�นยางจะแขงตวภายในสกรและไม

สามารถข�นรปตอไปได

เคร&องอดรดยางตางกบเคร&องอดรดเทอรโมพลาสตกท&กลาวผานมาขางตนในแงตาง ๆ ดงน�

1. ความยาวของเคร&องอดรด

2. ระบบการใหความรอนและการหลอเยน

3. บรเวณสวนปอนสงสาร

4. การออกแบบสกร

ในดานของความยาวของเคร&องอดรด เคร&องอดรดยางจะมความยาวนอยกวาของเคร&องอดรด

เทอรโมพลาสตก ท�งน� เน&องมาจากยางมความหนดสงทาใหเม&อยางถกเฉอนในสกรจะมความรอน

เกดข�นสง การลดความยาวของสกรจะชวยรกษาอณหภมท&เพ&มข�นใหอยในขอบเขตจากดไมทาให

ยางเกดการคงรปในสกร นอกจากน�นความยาวของเคร&องอดรด ยงข�นอยกบ

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 12

1) การปอนสงสารวาเปนแบบรอน คอการใชยางเร&มตนท&ยงอนอย จากเคร&องบดหรอผสม

หรอเปนการปอนสงสารแบบเยน กลาวคอ ถาเปนแบบรอน L/D จะมคาประมาณ 5

และ ถาเปนแบบเยน L/D จะมคาประมาณ 15-20

2) พลงงานท&ตองการสาหรบยางจะต&าสวนหน&งเน&องมาจากยางมกถกอดรดท&อณหภม

คอนขางต&า (20-120°C)

สกรของยางโดยมากมกจะมความลกท&คงท& และมระยะทางระหวางสนสกร (pitch) ท&ลดลง

ไมคงท& (variable decreasing pitch = VDP) รวมท�งจะมชองสกรท&ใหญกวาของพลาสตก เพ&อลดการ

เฉอนยางลงซ&งนาไปสการลดความรอนจากสวนหนด (viscous heat generation) ท&เกดข�น

รปท& 1.6แสดงโครงสรางสกรสาหรบยาง

รปท� 1.6 โครงสรางสกรสาหรบยาง (Rauwendaal (1994))

ดงท&ไดกลาวมาแลววา ในการอดรดยางน�น จะใชยางคอมปาวดซ& งประกอบดวยยางและสวนผสม

หลายชนดดงน�นเคร&องอดรดยางจงมกออกแบบมาโดยมจดประสงคเพ&อเพ&มประสทธภาพในการ

ผสมยาง ซ& งเคร&องอดรดยางมหลากหลายชนดดงเชน

1) สกรแบบ เอน อาร เอม สกร (NRM screw)

รปท� 1.a สกรแบบ เอน อาร เอม (Rauwendaal (1994))

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 13

2) สกรแบบเพอรเรลล (Pirelli screw)

รปท� 1.c สกรแบบเพอรเรลล (Rauwendaal (1994))

สกรแบบน�จะออกแบบโดยใหสวนปอนสงสารมเสนผานศนยกลางของสกรท&ใหญ และ

ลดลงอยางรวดเรวไปมเสนผานศนยกลางท&เลกมากในสวนสงรด

สวนปอนสงสารจะมลกษณะเปนกรวย (conical feed section) ซ& งจะใหชองวางท&ใหญ

ระหวางสนสกรกบผนงของกระบอกหมสกร เพ&อใหเกดปรมาณการร&วไหล(back flow) ของวสด

บรเวณสนสกรมากเปนการชวยปรบปรงการผสมใหดข�น

3) สกรแบบอวเค (EVK screw)

รปท� 1.9 สกรแบบ อวเค (Rauwendaal (1994))

สกรแบบน�จะมตวกดขวางขามชอง (cross-channel barriers) และการมรอยตดในสนสกร

(undercuts in flight ) ซ& งจะชวยในการเปล&ยนแปลงทศทางการไหลของวสดและชวยเพ&มการเฉอน

ของวสดเม&อมนไหลขามตวกดขวางหรอรอยตดของสนสกร

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 14

4) ทรานสเฟอรมกซ (Transfermix )

รปท� 1.10 ทรานสเฟอรมกซ (Rauwendaal (1994))

ลกษณะของเคร&องอดรดประเภทน�จะมชองเปนหยกแบบโคง ( helical channel) ในท�งสกรและ

กระบอกหมสกรโดยการเปล&ยนเสนผานศนยกลางของสกร วสดจะถกผลกใหเขาไปในชองทางการ

ไหลของกระบอกหมสกร ท�งน� โดยการลดลงของความลกของชองของกระบอกหมสกรจะผลกวสด

กลบเขาไปในชองของสกร

การเกดลกษณะน�จะทาใหมการเรยงตวใหม (reorientation) ของวสดบอยคร� งซ& งกจะชวยทาให

ผสมสวนประกอบตาง ๆ ของยางดข�น อยางไรกตามเคร&องชนดน�กผลตไดยากและมคาใชจาย

ในการซอมสง

5) เคร�องอดรดแบบควเอสเอม (QSM Extruder) หรอ พนบาเรล (Pin Barrel)

รปท� 1.FF เคร�องอดรดแบบ ควเอสเอม (Rauwendaal (1994))

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 15

QSM ยอมาจากภาษาเยอรมน จากคาวา “Quer Strom Misch” ซ& งแปลวา Cross-flow mixing

(การผสมแบบไหลขาม) ในเคร&องอดรดแบบน�จะมหมด (pin ) ซ& งจะปรบระดบไดอยท&กระบอกหม

สกร ซ& งหมดน�จะย&นลงไปจนถงชองสกร

ประโยชนของเคร&องอดรดแบบน� คอ จะมความสามารถในการผสมท&ดและควบคม

อณหภมไดด ซ& งสามารถท&จะใชกบเรซนท&มความหนดสงและไมเสถยรตอความรอน เชน พวซ ได

โดยมกจะใชในการอดรดหรอผสมพวซหรอใชเปนสวนเสรม (add-ons) กบเคร&องอดรดธรรมดา

เพ&อปรบปรงประสทธภาพการผสม

1.2.4 เคร�องอดรดท�มจานวนสกรหลายอน (Multi screw extruder)

หมายถงเคร& องอดรดท&มจานวนสกรมากกวาหรอเทากบสอง เคร& องอดรดท&จดอยใน

ประเภทน�และเปนนยมแพรหลายมากท&สดคอเคร&องอดรดท&มจานวนสกรเทากบ 2 ท& เรยกวาเคร&อง

อดรดแบบสกรค (Twin screw extruder) ซ& งสามารถจาแนกไดจาก

1. ทศทางการหมนของสกร (direction of screw rotation)

แบงไดเปนสกรท�งสองหมนทางเดยวกน (corotating)และสกรท�งสองหมนสวนทางกน

(counterrotating) ดงรปท& i.iU

รปท�F.FA ภาพแสดงทศทางการหมนของสกรและลกษณะสกรแบบสกรหมนทางเดยวกน

(corotating) และสกรหมนสวนทางกน (counterrotating) (Giles (2005))

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 16

2. ระดบการซอนเหล&อมของสนสกร (degree of meshing) แบงไดเปน

1. สนสกรท�งสองไมซอนเหล&อมกน (nonintermeshing)

2. สนสกรท�งสองซอนเหล&อมกน (intermeshing) ซ& งจะแบงไดเปน ซอนเหล&อมกน

บางสวน (partially intermeshing) และ ซอนเหล&อมกนสมบรณ (fully

intermeshing)

รปท� 1.FV ปรมาณการเหล�อมซอนกนระหวางสนสกรในเคร�องอดรดแบบสกรค (Rauwendaal

(1998))

เคร&องอดรดแบบสกรคสามารถทางานไดท�งท&ความเรวรอบต&าและสงข�นกบวตถประสงค

การใชงาน เคร&องอดรดแบบสกรคท&ทางานโดยใชความเรวรอบสกรสง (high speed twin screw

extruder) หมายถงความเรวรอบสกรประมาณ U{{-y{{ rpm หรอสงกวาจะใชในงานสาหรบการ

คอมปาวด (compounding) สวนเคร&องอดรดแบบสกรคท&ทางานโดยใชความเรวรอบสกรต&า (low

speed twin screw extruder) หมายถงความเรวรอบสกรประมาณ 10-4{ rpm จะใชในงานสาหรบการ

ข�นรปผลตภณฑท&เปนรปรางตางๆ (profile extrusion application) ซ& งในวงการอตสาหกรรม เคร&อง

อดรดแบบสกรคท&นยมใชในการข�นรปผลตภณฑจะเปนประเภท counter-rotating twin screw

extruder เน&องจากเคร&องอดรดประเภทน� มแนวโนมท&จะใหประสทธภาพการลาเลยงดกวาแบบ co-

rotating twin screw extruder

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 17

ลกษณะท&เดนอกประการของเคร&องอดรดแบบสกรคคอการเหล&อมซอนกนของสนสกร

(intermeshing) โดยเคร&องอดรดสวนใหญจะมสนสกรท&เหล&อมซอนกน สาหรบเคร&องอดรดแบบ

สกรคท&สนสกรไมเหล&อมซอนกน (non- intermeshing) มการใชงานนอยแตมขอดคอสามารถผลต

ใหสกรมความยาวมากไดโดยไมมปญหาท&เกดจากการสมผสกนของผวโลหะกบโลหะ คา L/D ของ

สกรประเภทน�จะสงไดถง i{{:1 ในขณะท&คา L/D ของสกรท&มสนสกรเหล&อมซอนกนจะนอยกวา

y{:1

เน&องจากการใชงานของเคร&องอดรดแบบสกรคโดยท&วไปจะนยมใชเพ&อการคอมปาวดหรอ

การผสมใหเกดปฏกรยาในสกร (reactive blending) ดงน�นจงมการออกแบบสกรไดหลากหลายเพ&อ

ประสทธภาพในการผสมท&ดข�น โดยในสกรแทงเดยวกนอาจมการเพ&มอปกรณชวยการผสม เชน

kneading block หรอการใชระยะของสนสกร (pitch) ท&ไมคงท& เคร&องอดรดแบบน� เรยกวา

“modular twin screw extruder” ดงแสดงในรปท& i.iw

รปท� F.FW ภาพถายแสดงตวอยางของ modular twin screw extruder

ตวอยางของเคร&องอดรดแบบสกรคท&กลาวมาขางตนจะเปนลกษณะท&สกรท�งสองขนานกน

(parallel twin screw) ซ& งใชกนท&วไป นอกจากน� จะมเคร&องอดรดอกประเภทหน&งท&มสกรท�งสองไม

ขนานกนแตจะมลษณะรปรางสกรเปนโคนหรอกรวย เรยกวา “conical twin screw extruder” ดง

แสดงในรปท& i.i5

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 18

รปท� F.Fm Conical counterrotating twin screw extruder screw shaft (Giles (2005))

ตารางท� F.V เปรยบเทยบเคร�องอดรดแบบสกรเด�ยวและเคร�องอดรดแบบสกรค (Rosato(1998))

ปจจยการข�นรปไดแกความเรวรอบของสกร ความดนท&หวอดรด จะไมมผลตออตราการ

ผลต (output rate) ของเคร&องอดรดแบบสกรคซ& งแตกตางกบเคร&องอดรดแบบสกรเด&ยว แสดงดงรป

ท& i.i�

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 19

รปท� F.Fn การเปรยบเทยบผลของความเรวรอบสกรและความดนท�หวอดรดตออตราการผลตและอณหภมการหลอมระหวางเคร�องอดรดแบบสกรคและเคร�องอดรดแบบสกรเด�ยว (Rosato (1998))

นอกจากเคร&องอดรดแบบสกรคแลว เคร&องอดรดท&มจานวนสกร เทากบ 3, 4, 5,…,8 กยง

พบอยในสทธบตรบาง ซ& งสกรเหลาน�จดตวในลกษณะรปรางตาง ๆ ตามตวอยาง ดงในรปท& 1.10

แสดงเคร&องอดรดท&มจานวนสกร เทากบ 4 (Four-screw extruder)

รปท� 1.17 เคร�องอดรดแบบสกร 4 ตว (Rauwendaal (1998))

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 20

ในเคร&องอดรดท&มจานวนสกร 4 ตวน� พอลเมอรท&อยในสถานะสารละลายจะถกปอนเขาไป

อยภายใตความดนและท&อณหภมมากกวาจดเดอดของตวทาละลาย สารละลายจะแพรขยายผาน

หวฉด วสดท&มลกษณะเปนโฟมกจะถกลาเลยงโดยสกรท�ง 4 ตว เคร&องอดรดน� จะใชมากในการ

กาจดตวทาละลาย

ตวอยางของเคร&องอดรดแบบสกรหลายอนท&สาคญอกตวอยางหน& งคอ เคร&องอดรดแบบ

สกรดาวเคราะห (planetary roller extruder) ซ& งแสดงในรปท& 1.i�

รปท� 1.1c เคร�องอดรดแบบสกรดาวเคราะห : 1-sun screw, 2-planetary screw, 3-barrel, 4-screw

of the single screw extruder, 5-input of the polymer to the system (Sabu (2009))

สวนปอนสงน�นจะมลกษณะเหมอนกบของเคร&องอดรดแบบสกรเด&ยวมากแตในสวนของ

สวนผสม (mixing section) จะตางกนมาก ใน planetary roller section ของเคร&องอดรดน�น สกร

ดาวเคราะหต�งแต 6 ตวข�นไป (planetary screw) จะอยในลกษณะตวเวนตวเรยงรอบเสนรอบวงของ

สกรหลก (main screw) หรอสกรดวงอาทตย (sun screw) สกรดาวเคราะหจะอยซอนทบระหวาง

สกรดวงอาทตยและกระบอกหมสกร

สวนของกระบอกหมสกรในสกรดาวเคราะหน� โดยท&วไปเปนสวนของกระบอกหมสกรท&

แยกออกมาจากสวนของกระบอกหมสกรปกต

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 21

ในสวนแรกของเคร&องอดรดกอนท&จะถงสกรดาวเคราะหวสดจะถกผลกใหเคล&อนท&ไป

ขางหนา ซ& งพอวสดมาถงสวนของสกรดาวเคราะหแลวมนจะถกผสมอยางแรง จากพฤตกรรมการ

มวนระหวาง สกรดาวเคราะห สกรดวงอาทตยและ กระบอกหมสกร ลกษณะของ สกรดาวเคราะห

สกรดวงอาทตยและกระบอกหมสกรท&เปนเกลยวน�น เปนผลใหเกดพ�นท&ผวมาก เม&อเทยบกบความ

ยาวของกระบอกหมสกร ชองวางเลก ๆ ระหวางสกรดาวเคราะหกบพ�นท&ผวท&สมผสมคาประมาณ

1/4 มลลเมตร ซ& งทาใหวสดสมผสกบพ�นท&ผวโลหะมาก เปนผลทาใหเกดประสทธภาพท&ดในการ

นาเอาสารระเหยออก การควบคมอณหภมและการแลกเปล&ยนความรอน

ดงน�น สารประกอบท&ไวตอความรอน ( heat-sensitive compound ) สามารถถกผลตไดโดย

เกดการเส&อมสภาพ (degradation) ต&าสด เคร&องอดรดประเภท planetary gear extruder น� จงใชกบ

กระบวนการอดรดหรอการคอมปาวดสตรผสมพวกพวซบอยคร� งมาก อกท�ง ยงอาจถกใชเปนสวน

เสรมกบเคร&องอดรดโดยปกต เพ&อปรบปรงประสทธภาพการผสม

1.2.5 เคร�องอดรดแบบเกยรปsม (THE GEAR PUMP EXTRUDER)

เกยรป|มใชในกระบวนการอดรดบางชนดโดยต�งอยท&ปลายของเคร&องอดรด (รปท& i.iz) ซ& ง

อาจเปนเคร&องอดรดประเภทสกรเด&ยวหรอสกรค

รปท� 1.1y ตาแหนงท�วางเกยรปsมในเคร�องอดรด (Rosato (1998))

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 22

เกยรป|ม จดเปนเคร&องอดรดประเภทเคร&องอดรดสกรคท&สกรหมนสวนทางกนและสนสกร

เหล&อมซอนกนมาก (closely intermeshing counterrotating twin screw extruder) ดงแสดงในรปท&

i.U{ แตเน&องจาก เกยรป|มถกใชเพ&อจดประสงคในการทาใหเกดความดน (generate pressure) และ

รกษาความดนไมใหแปรปรวน ดงน�น โดยท&วไปเกยรป|ม จงไมถกเรยกวาเปนเคร&องอดรด ท�ง ๆ

ท&ในความเปนจรงเกยรป|มถอเปนเคร&องอดรดชนดหน&ง

รปท� 1.20 ลกษณะและการทางานของเกยรปsมในเคร�องอดรด (Rosato (1998))

ชองวาง(clearances) ในเกยรป|มทาใหเกดการเปล&ยนแปลงของพลงงานกลไปเปนพลงงาน

ความรอนโดยพลงงานความรอนท&เกดจากสวนหนด ( viscous heat generation energy)

เกยรป|มใหประโยชนในการใชงานตอไปน�

1) สาหรบเคร&องอดรดท&มความสามารถในการใหเกดความดนต&า เชนใน corotating twin

screw หรอในเคร&องอดรดท&มชองระบายไอ (multi-stage vented extruder)

2) เม&อตองการใหมความเสถยรของอตราผลต (output stability) ดกวา 1% เชนงานอดรด

พวกเสนใยเคเบ�ล และทอท&ใชทางการแพทย

แตอยางไรกตามเกยรป|มอาจทาใหเกดปญหาข�นไดในกรณ

1) พอลเมอรมสวนประกอบท&มการสกกรอน(abrasive component) เน&องจาก เกยรป|มม

ชองวางท&เลก ดงน�น จงสกกรอนไดงาย

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 23

2) เม&อพอลเมอรไวตอการเกดการเส&อมสภาพ เน&องจาก เกยรป|มไมมคณสมบตของการทา

ความสะอาดตวเอง (self-cleaning) และพอลเมอรยงมโอกาสสมผสกบอณหภมท&สงในเกยรป|มซ& ง

เปนผลใหพอลเมอรเกดการเส&อมสภาพงาย

นอกจากน� ยงมเคร&องอดรดอกจานวนหน&งซ& งไมไดใชสกรในการลาเลยงวสดแตยงจดอย

ในประเภทของเคร&องอดรดแบบตอเน&อง ซ& งบางคร� ง เคร&องอดรดเหลาน�อาจถกเรยกวา เคร&องอดรด

แบบไมมสกร (screwless extruder) เคร&องมอเหลาน� ใช ดสค (disk) หรอ ดรม (drum) ในการอดรด

วสด

เราสามารถแบงประเภทของเคร&องอดรดแบบดสค (disk extruder) ไดโดยการใชกลไกการ

ลาเลยงสาร (conveying mechanism) ซ& งเคร&องอดรดแบบดสคสวนใหญเปนลกษณะแบบ viscous

drag transport

เคร&องอดรดแบบดสคชนดพเศษชนดหน&ง ใชสมบตยดหยนของพอลเมอรหลอมในการ

ลาเลยงสง (convey) วสดและผลตความดนท&หวอดรด (diehead pressure) ท&จาเปน

เคร&องอดรดแบบดสคมมาเปนเวลานานอยางนอย ต�งแต ป 1950 แตอยางไรกตาม ใน

ปจจบนความสาคญของเคร&องอดรดแบบดสคกยงนอยมากเม&อเทยบกบเคร&องอดรดแบบมสกร

1.V VISCOUS DRAG DISK EXTRUDERS

1.V.1 Stepped disk extruder

หวใจสาคญของเคร&อง คอ stepped disk ซ& งอยในตาแหนงท&หางจาก flat disk เปนระยะทาง

เลกนอย เม&อดสคแผนหน&งหมนโดยมพอลเมอรหลอมอยในชองวางตามแนวแกน (axial gap) จะ

เกดความดนท&เพ&มข�น (pressure build-up) ท&ทรานสช&นของชองวางอนท&หน& งไปยงชองวางอก

อนหน&งท&มขนาดเลกกวา ดงรปท& 1.21

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 24

ก. ข.

รปท� 1.AF รปแสดง stepped disk extruder (ก) และความดนท�เกดขOน (ข) (Rauwendaal (1998))

ขอเสยของ stepped disk extruder คอ เคร&องจะยากตอการทาความสะอาด เน&องจากลกษณะ

การออกแบบท&ซบซอนของชองทางการไหลใน stepped disk

1.3.2 Drum extruder

วสดจะถกใสจากกรวยเตมสารลงไปยงชองวางระหวางโรเตอร (rotor) กบกระบอกหมสกร

โดยการหมนของโรเตอรวสดจะถกพาไปรอบ ๆ ในแนวเสนรอบวงของกระบอกหมสกร ซ& งกอนท&

วสดจะถงกรวยเตมสารเลกนอยมนจะชนเขากบ wiper bar ซ& ง wiper bar น� จะกวาดเอาพอลเมอร

จากโรเตอรและเบ&ยงเบนทศทางการไหลของพอลเมอรไปยงชองท&จะนาไปสหวอดรดดงรปท& 1.22

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 25

รปท� 1.22 Drum Extruder (Rauwendaal (1998))

รปแบบพเศษของ drum extruder อกชนดหน&งจะเพ&มความสามารถในการปรบชองวาง

เฉพาะท& (local gap)โดยการใช choker bar ซ& งจะมลกษณะคลายกบการปรบชองวางใน flat sheet

die ซ& ง choker bar ใน drum extruder น� จะทางานไดโดยการปรบ hydraulic oil pressure แสดงดง

รปท& 1.Ux

รปท� 1.23 รปแบบพเศษของ Drum Extruder (Rauwendaal (1998))

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 26

1.3.V Diskpack Extruder

วสดจะถกใสลงในชองตามแนวแกนระหวางดสคซ& งตดอยกบแกนท&หมนได วสดจะหมน

ไปดวยกบดสคเกอบครบรอบแลวจะพบกบ channel block ซ& งจะปดชองระหวางดสคและเบ&ยงเบน

ทศทางการไหลของพอลเมอรไปยงชองทางออก (outlet channel) หรอไปยง transfer channel ใน

กระบอกหมสกร

รปรางของดสค สามารถถกออกแบบตามหนาท&ในการทางานเชนการลาเลยงของแขง การ

หลอม การระบายไอ การลาเลยงพอลเมอรหลอม และ การผสม

Diskpack extruder รวมเอาลกษณะของ drum extruder และ เคร&องอดรดแบบสกรเด&ยว

โดยท& dispack extruder คลายกบเคร&องอดรดแบบสกรเด&ยวท&ประกอบดวยสกรท&ม helix angle เปน

0 และมสนสกรท&ลกมาก การขนสงวสดไปขางหนา (forward axial transport) เกดข�นไดโดย

transport channel ในกระบอกหมสกรเทาน�น โดยท&วสดถกบงคบใหเขาไปใน channel น�น โดย

restrictor bars (channel block) ซ& งคลายกบท&เกดข�นใน drum extruder การใช restrictor bars และ

transfer channel น� ทาใหมนมลกษณะซบซอนกวากระบอกหมสกรของเคร&องอดรดแบบสกรเด&ยว

ตวอยางรป diskpack extruder แสดงดงรปท& 1.Uw

รปท� 1.AW Diskpack Extruder (Rauwendaal (1998))

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 27

ประโยชนประการหน&งของ diskpack กคอ การท&สามารถใส mixing block เขาไปในเคร&อง

ชนดน�ไดดงแสดงในรปท& 1.25

รปท� 1.25 Diskpack Extruderท�ใส mixing block (Rauwendaal (1998))

Mixing blocks รปรางตาง ๆ สามารถใสเขาไปใน processing chamber จากภายนอกได

ลกษณะแบบน� คลายกบใน QSM extruder ท&กลาวมาขางตน แตแตกตางกนท&สนสกรของ QSM

extruder ตองถกตดออกในชวงท&ชนกบหมด เพ&อหลกเล&ยงการสมผสกน สาหรบใน diskpack

extruder เน&องจากสนสกรม helix angle เปนศนยหรออกทางหน&งคอมนทางานในแนวต�งฉากกบ

แกนหมนของโรเตอร

การใชงานบางชนดท&ตองการความสามารถในการผสม สามารถกาหนดจานวนและรปราง

ของ block ชองวางระหวาง block และ ดสคได

diskpack extruder ถอวาม dragging surface 2 อนในการลาเลยงวสดไปขางหนา ในขณะท&

เคร&องอดรดแบบสกรเด&ยวมเพยงอนเดยวดงแสดงในรปท& 1.26 ดงน�น diskpack จงมความสามารถ

ในการทาใหเกดความดน (pressure generation) ท&ดกวา

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 28

รปท� 1.An การเปรยบเทยบกลไกการขนถายวสดระหวางเคร�องอดรดแบบสกรเด�ยวและแบบ diskpack (Rauwendaal (1994))

ในการเปรยบเทยบโดยกาหนดใหอตราการไหล ความหนด ความเรวของ plate และ ระยะ

ระหวาง plate ท&เหมาะสมใหเทากนระหวาง diskpack กบ เคร&องอดรดแบบสกรเด&ยว ปรากฏวา

ในทางทฤษฎแลว diskpack จะใหคา pressure gradient ท&สงสดมากกวาเคร&องอดรดแบบสกรเด&ยว

ถง 8 เทา

ดงน�นท&ความดนสงจงสามารถสรางใหเกดไดโดยใชระยะทางส�น ซ& งจะเปนผลในเคร&องมอ

มความกระทดรด ประสทธภาพพลงงาน (energy efficiency) ของการทาใหเกดความดนซ& งกคอ

อตราสวนของพลงงานท&ตองใช (energy requirement) ในทางทฤษฎ (หาจากผลคณระหวางอตรา

การไหลกบความดนท&เพ&มข�น) กบพลงงานท&ตองใชตามจรง (หาจากการอนทเกรทผลคณของ

ความเรวท&ผนงกบความเคนเฉอนตลอดพ�นท&ผวท&ผนง)

จากการศกษากลไกการหลอมของ diskpack พบวามกระบวนการหลอมเกดข� น 2

กระบวนการใน diskpack คอ

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 29

1) กระบวนการ drag induced melt removal (DMR)

2) กระบวนการ dissipative melt mixing (DMM)

กระบวน DMR น� เปนกระบวนการหลกท&สาคญท&เกดข�นในเคร&องอดรดแบบสกรเด&ยว ซ& ง

จะกลาวถงในรายละเอยดในบทถดไป

ในกระบวนการ DMR ของแขงและของเหลวจะอยแยกกนเปน 2 เฟสใหญ ๆ ท&ตอเน&องแต

ในกระบวนการ DMM ของแขงจะกระจายอยในของเหลวและจะไมมคล&นของแขงท&ตอเน&อง

โดยมการพบวากระบวนการ DMM จะถกกระตนใหเกดข�นได โดยทาใหเกดการไหลกลบ

ของพอลเมอรหลอม เม&อผาน channel block ซ& งจะควบคมไดโดยการเปล&ยนชองวางระหวาง

channel block และดสค

ขอไดเปรยบของกระบวนการ DMM คอ อตราการหลอม (melting rate) ของ DMM จะสง

กวา DMR ซ& งมการรายงานวาสงกวาถง 3 เทา

สาหรบการลาเลยงของแขงของ diskpack น�นจะคลายคลงกบในเคร&องอดรดแบบสกรเด&ยว

คอเปนกระบวนการแบบ frictional drag ซ& งน&นกหมายถงวาวสดท&เปนจาพวกผง สวนผสมของ

แปงกบเมด หรอวสดท&มลกษณะล&นไดงายตาง ๆ จะเกดปญหาข�นไดใน diskpack extruder ถาไมม

การเพ&มความสามารถในสวนของการลาเลยงของแขง (เชนการทารองในดสค) อยางไรกตาม

เน&องจากรปรางของเคร&อง diskpack จะซบซอนกวา เคร&องอดรดแบบสกรเด&ยว ดงน�นราคาจงแพง

กวาเคร&องอดรดแบบสกรเด&ยว

ลกษณะการใชงานของ diskpack จะอยในประเภทการใชงานในลกษณะพเศษเชน ใน

กระบวนการพอลเมอรไรเซชน การระบายสารระเหย และการผสมตอเน&อง ซ& งจะเปนการใชงานท&

คลายกบ เคร&องอดรดแบบสกรค แตเคร&องอดรดแบบสกรคมกจะเปนตวเลอกตวแรกในการใชงาน

ประเภทท&กลาวมาแลวเปนสวนใหญ

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 30

1.4 The Elastic Melt Extruder

Elastic melt extruder ถกพฒนาข�นในราวปลาย ค.ศ. 1950 โดย แมกซเวลและสคาโลรา

โดยใชหลกการพ�นฐานของคณสมบตท&เปนวสโคอลาสตกหรอท&เรยกวาสมบตหยนหนดของพอล

เมอรโดยเฉพาะสวนท&เปน อลาสตก หรอ สวนยดหยน

เม&อของไหลประเภทหยนหนดไดรบแรงเฉอน (shearing) จะเกดความเคนฉาก (normal

stress) ข�น ซ& งไมเทากนในทกทาง ตางจากของไหลหนด(viscous fluid) โดยท&วไป ความเคนฉากน�

เปนตวการทาใหเกดการป|มวสดข�น (pumping action)

Elastic melt extruder เปนเคร&องอดรดประเภทเดยวท&ใชประโยชนจากสมบตยดหยนของ

พอลเมอรหลอมในการเคล&อนท&ดงรปท& 1.U�

รปท� 1.Aa Elastic melt extruder (Rauwendaal (1994))

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 31

1.5 Ram Extruder

Ram หรอ plunger extruder มลกษณะรปรางท&เรยบงาย แขงแรงทนทานและ มลกษณะการ

ทางานแบบไมตอเน&อง Ram extruder จดเปนเคร&องมอประเภท positive displacement device ซ& งจะ

สามารถทาใหเกดความดนท&สงมาก

ในเคร&องมอการข�นรปสมยแรกมกจะประกอบดวย ram extruder สาหรบใชในการสงพอล

เมอรหลอมเขาไปในแมพมพ ในปจจบน ram extruder ถกใชในงานฉดท&ตองการขนาดของ

ผลตภณฑท&คอนขางเลกและการใชงานพเศษท&ตองการลกษณะของ positive displacement และ

ความสามารถในการทาใหเกดความดนท&ด

Ram extruder สามารถแบงไดเปน 2 แบบ คอ

1) single ram extruder

2) multi ram extruder

1) Single Ram Extruder

Single ram extruder จะใชในงานอดรดพวกพอลเมอรท&ข�นรปยากเชน พอลเอทธลนท&ม

น� าหนกโมเลกลสง (ultrahigh molecular weight polyethylene;UHMWPE) หรอ พอลเตตระฟลออ

โรเอทธลน (PTFE)

SolidState Extrusion

Solid state extrusion เปนเทคนคการอดรดท&เร&มไดรบความนยมโดยท&พอลเมอรจะถก

บงคบใหเขาไปในหวฉดซ& งมอณหภมต&ากวาจดหลอมเหลวซ&งทาใหเกดการเปล&ยนแปลงรปรางของ

พอลเมอร ในหวฉดแตเน&องจากพอลเมอรยงอยในสถานะของแขงดงน�นจงมการเกดการเรยงตวของ

โมเลกลท&มประสทธภาพมากกวาท&เกดข�นใน melt processing ท&วไป เปนผลใหได สมบตทางกลท&ด

เย&ยม

Solid state extrusion เปนเทคนคท&คลายกบในอตสาหกรรมโลหะซ& ง solid state extrusion

ไดผลตใชในอตสาหกรรมน�มาต�งแต ค.ศ.1940

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 32

วธการของ solid state extrusion สามารถแบงไดเปน 2 วธ คอ

1) direct solid state extrusion

2) hydrostatic extrusion

ใน direct solid state extrusion, preformed solid rod ของวสด (billet) จะสมผสโดยตรง

กบ plunger และผนงของหวอดรด โดยวสดจะถกอดรดเม&อ ram ถกผลกสหวฉดดงรปท& 1.U�

รปท� 1.Ac Direct solid state extrusion (Rauwendaal (1994))

ใน Hydrostatic extrusion ความดนท&จะตองใชในการอดรดจะถกถายทอดจาก plunger ไป

ยง billet โดยผานทางสารหลอล&น ซ& งโดยท&วไปจะใช castor oil โดย billet จะตองมรปรางท&พอดกบ

หวอดรดเพ&อปองกนการสญเสยของไหลแตอยางไรกตาม hydrostatic fluid จะลดแรงเสยดทาน

ดงน�นจงเปนผลในการลดความดนในการอดรดดงรปท& 1.29

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 33

รปท� 1.29 Hydrostatic extrusion (Rauwendaal (1994))

ใน Hydrostatic extrusion ของไหลสามารถสงผานไปยงเคร&องอดรด โดยการใชทอความ

ดนสง

ขอเสยของ solid state extrusion คอเปนกระบวนการท&ไมตอเน&องและไมสามารถทาไดดวย

เคร&องมอการข�นรปพอลเมอรโดยปกต อกประการหน& ง ในการทา solid state extrusion ตองใช

ความดนท&สงมากและการใหไดสมบตทางกลท&ดมากน�น เราตองใชช�นงาน (เสนใย ฟลม ทอ) ท&

ผลตไดจากกระบวนการอดรดโดยปกตกอนแลวจงมาใช solid state extrusion เพ&อควบคมการ

เปล&ยนรปท&อณหภมต&ากวาอณหภมหลอม ดงน�นการทา solid state extrusion จงมราคาแพง

2) Multi Ram Extruder

เน&องจากขอเสยของ single ram extruder คอเปนการทางานแบบไมตอเน&อง ดงน�นจงไดม

ความพยายามในการออกแบบ multi-ram extruder เพ&อใหทางานในลกษณะตอเน&องเชนในรปท&

1.x{ แสดงถง twin ram extruder ท&มกระบอกสบรปรางตว V ตอไปน�

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 34

รปท� 1.V| Multi Ram Extruder (Rauwendaal (1994))

Ram 2 ตวจะปลอยเขาไปในกระบอกหมสกรซ& งแกนหลอมหมนอย ดงน�น การลาเลยง

ของแขงจะเกดข�นในกระบอกสบ 2 ตวท&แยกกน หลงจากน�นการหลอมกบการลาเลยงพอลเมอร

หลอมจะเกดในบรเวณวงแหวนระหวางกระบอกหมสกรกบแกนหลอมขอเสยของวธน� คอความ

สม&าเสมอของอตราการผลตไมคอยด

เ

เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น ร า ย ว ช า ก ร ะ บ ว น ก า ร ข � น ร ป พ อ ล เ ม อ ร � หนา 35

คาถามทายบทท� F

1. วตถประสงคในการใชงานของเคร&องอดรดแบบสกรเด&ยวและสกรคเหมอนหรอตางกนอยางไร

2. สกรในรปตอไปน� อยในเคร&องอดรดประเภทใดและนยมใชในงานดานใด

x. สกรในรปตอไปน� มช&อเรยกวาอยางไร การออกแบบสกรลกษณะน� มวตถประสงคเพ&ออะไร และ

นาไปใชงานดานใด

4. เคร&องอดรดยางหรอเทอรโมเซตแตกตางกบเคร&องอดรดเทอรโมพลาสตกอยางไร

y. ยกตวอยางสกรท&ออกแบบมาเพ&อชวยในการผสม i ตวอยางและอธบายหลกการการออกแบบท&ชวย

เพ&มประสทธภาพการผสม