Combinația de bază a șuruburilor a celor șase secțiuni funcționale ale extruderului, această introducere este suficientă

După cum știm cu toții, șuruburile gemene care se întrepătrund co-rotative sunt modulare. Dacă diferitele tipuri și numere de elemente de șurub sunt blocuri de construcție mici care alcătuiesc șurubul, atunci configurațiile locale de șuruburi ale diferitelor segmente funcționale sunt blocuri mari de construcție care alcătuiesc șurubul.

Prin urmare, pentru a rezolva designul combinat al întregului șurub, pe lângă faptul că aveți o înțelegere clară a performanței și structurii diferitelor elemente ale șurubului,de asemenea, este necesar să existe o înțelegere și o înțelegere aprofundată a fiecărui segment funcțional și a configurației sale locale corespunzătoare.

În continuare, să aruncăm o privire asupra designului combinat al diferitelor segmente funcționale ale șurubului extruderului.

Procesul de extrudare cu două șuruburi co-rotative de îmbinare constă în general din secțiuni funcționale, cum ar fi alimentarea, transportul solidului, topirea, transportul topiturii, amestecarea și evacuarea. Secțiunile funcționale diferite necesită diferite configurații locale de șuruburi pentru a se adapta la ele pentru a îndeplini diferite funcții.

Secțiunea de alimentare menționată aici se referă la secțiunea șurubului orientată spre partea inferioară a primului orificiu de alimentare principal, precum și la secțiunea șurubului orientată spre portul de alimentare din aval. Cerința principală pentru secțiunea de alimentare este să poată adăuga ușor și adaptabil diverse materiale, inclusiv materiale granulare de diferite forme, pulberi cu densitate în vrac scăzută, aditivi fibroși etc. Această secțiune folosește în general plumb mari și elemente de transport cu șurub pozitiv.

Atunci când adâncimea șurubului rămâne neschimbată, cablul mare înseamnă un volum mare al șurubului. Pentru secțiunea de alimentare care se confruntă cu primul port de alimentare, poate găzdui și adăuga volume mari de materiale. Pentru secțiunea de alimentare orientată spre portul de alimentare din aval, se poate crea un grad de umplere scăzut al materialului transportat din amonte pentru a găzdui materialele nou adăugate.

Majoritatea extruderelor cu două șuruburi folosesc elemente de șurub standard cu plumb mare, cu aceeași adâncime ca și elementele de șurub de secțiune. Unele șuruburi duble folosesc, de asemenea, elemente de șuruburi non-standard cu adâncime crescută a canelurii șuruburilor pentru a obține o capacitate mare de alimentare și de transport.

Funcția secțiunii de transport solid este de a transporta materialul solid adăugat de-a lungul șurubului către matriță și, în același timp, de a compacta materialul pudrăn liber de densitate scăzută sau de a crește gradul de umplere al materialului granular în canelura șurubului în timpul acest proces de transport, astfel încât să favorizeze topirea și plastificarea materialului în aval.

Configurația șurubului acestei secțiuni este: elementul șurub conectat la elementul șurub al secțiunii de alimentare ar trebui să adopte un element șurub pozitiv cu plumb mare, iar apoi trebuie adoptat un element șurub pozitiv care reduce volumul canelurii șurubului, în principal folosind un șurub secțiune compusă din elemente șuruburi cu plumb mai mic segmentat. Figura 1 arată această situație. Se poate observa din figura 1 că gradul de umplere al canelurii șurubului crește treptat de-a lungul direcției de transport, iar materialul este comprimat și compactat.

1: Configurație șurub pentru secțiunea de transport solidă

Pentru materialele pulverulente cu densitate scăzută, combinarea elementelor filetate din diferite cabluri pentru a forma o configurație cu șuruburi care densifică materialul, în general, nu cauzează probleme. Cu toate acestea, dacă sunt transportate materiale granulare și temperatura de încălzire a secțiunii cilindrice corespunzătoare este relativ scăzută, modificările excesive și rapide ale cablului elementelor filetate adiacente pot provoca uneori supraîncărcare a mașinii. Prin urmare, trebuie avută grijă atunci când se determină gradul de modificare a plumbului elementelor filetate adiacente.

Configurația optimă locală a șurubului pentru plastificarea în topitură a unui polimer dat depinde de căldura specifică a materialului, punctul de topire, vâscozitatea topiturii și dimensiunea particulelor de polimer în stare solidă. Scopul configurației locale a șuruburilor pentru topire și plastificare este de a topi materialul uniform și rapid la o temperatură stabilită, fără a introduce prea multă energie în material.

Există două surse de căldură pentru topirea materialului, una este căldura externă furnizată de încălzitorul de butoi, iar cealaltă este căldura de forfecare introdusă de șurub, cea din urmă fiind cea principală.Pentru a introduce căldură de forfecare, blocurile de frământare, elementele de filet inversat și elementele de filet nestandard de tip rotor de mixer inversat (Figura 2) ar trebui să fie setate în secțiunea de plastificare a topiturii, iar aceste elemente ar trebui să fie combinate eficient cu firul pozitiv din amonte. elemente la o poziție axială a șurubului predeterminată, așa cum se arată în Figura 3.

RGS - dreptaci

LGS - stângaci

S chauffl - stângaci și dreptaci

2: Element cu filet mare de tip rotor mixer intern

(a) Element cu șurub invers (b) Bloc de frământare înainte + element șurub invers

(c) Bloc de frământare înainte (d) Element șurub lung asimetric invers

3: Configurație locală cu șuruburi pentru topire

Standardul pentru evaluarea calității configurației locale a șuruburilor utilizate în secțiunea de topire și plastificare ar trebui să fie că poate transforma energia de forfecare mecanică în energie termică, astfel încât materialul să se topească cel mai rapid și mai bine fără a crește temperatura materialului, adică cea mai rezonabilă utilizare a energiei.

Experimentele au descoperit că în configurația b din figura 3, când șurubul rulează la viteză mare, materialul se topește foarte repede, iar lungimea zonei de topire este foarte scurtă. Cu toate acestea, creșterea temperaturii materialului din această secțiune și din zona sa din amonte este foarte mare, depășind cu mult temperatura setată inițială și energia necesară pentru topirea materialului, iar presiunea de topire este, de asemenea, foarte mare.

Acest lucru arată că această configurație cu șurub disipează prea multă energie mecanică și, pe lângă topirea materialului, crește foarte mult temperatura de topire. Evident, acesta nu este cel mai bun.

Când trebuie ajustat raportul dintre materialele adăugate (raportul de ajustare este 1-5), este evident nerezonabil să folosiți același șurub. Pentru a reasambla șurubul, mașina trebuie oprită, capul trebuie îndepărtat și mașina auxiliară din aval trebuie îndepărtată. Recuperarea ciclului normal de lucru al mașinii este lungă, ceea ce nu este rentabil din punct de vedere economic (în special pentru mașinile mari). În acest moment, supapa de reglare a procesului intermediar (radial, axial, rotativ) poate fi utilizată pentru a regla debitul și energia de forfecare de intrare pentru a se adapta la diferite rapoarte.

Cea mai bună configurație a șuruburilor pentru topire este configurația șurubului d combinată cu elemente asimetrice cu filet mare, așa cum se arată în Figura 3. Poate face ca majoritatea materialelor să sufere forfecare și presiune constantă controlabilă, astfel încât temperatura materialului nu este ridicată.

Pentru a evita gradienții excesivi de temperatură în zona de topire și plastificare, elementul de forfecare și elementul de transport al firului înainte pot fi combinate alternativ, astfel încât energia totală aportă să fie distribuită într-o anumită ordine într-o anumită lungime axială, așa cum se arată în Figura 4. (c).

(a) Bloc de frământare înainte + element șurub invers (b) Bloc de frământare invers

(c) Blocul de frământare înainte și elementul șurub înainte sunt aranjate alternativ la orificiul de evacuare

Figura 4 Configurația șurubului Berstorff pentru topire

Extruderul cu două șuruburi co-rotativ încadrat este prevăzut cu o zonă de evacuare pentru a îndepărta umezeala, aerul antrenat și componentele volatile din material. Un element de etanșare trebuie fixat pe șurubul în amonte de orificiul de evacuare pentru a etanșa topitura pentru a stabili o presiune ridicată; în zona de evacuare, adică secțiunea șurubului opusă portului de evacuare, materialul trebuie umplut la un grad scăzut în canelura șurubului și conectat la atmosferă sau la pompa de vid.

Pentru a etanșa topitura și a stabili o presiune ridicată, pot fi utilizate elemente de filet invers, blocuri de frământare inversă sau supape de reglare a presiunii. În zona de evacuare, elementele cu filet cu plumb mare (Figura 5) trebuie utilizate pentru a forma un grad scăzut de umplere și un strat subțire de topire, astfel încât materialul să aibă o suprafață liberă mare care poate fi expusă și un timp lung de rezidență pentru a facilita epuiza.

Figura 5 Configurația șuruburilor în zona de evacuare

Transportul topiturii folosește în general elemente cu șuruburi în direcția înainte. Cu toate acestea, uneori, blocuri de frământare sau elemente cu șurub cu direcție inversă sunt utilizate în zona de transport a topiturii a șurubului și trebuie să se creeze presiune în amonte de aceste elemente pentru ca materialul să treacă prin; Pentru ca materialul să treacă prin matriță, trebuie să se creeze și presiune în secțiunea de transport a topiturii de la capătul șurubului.

Presiunea poate fi acumulată numai în secțiunea șurubului care este complet umplută cu material, astfel încât acumularea de presiune a șuruburilor gemene co-rotative de plasare provine din capacitatea materialului de a umple continuu canelura șurubului. Umplerea 100% permite configurației șuruburilor cu un canal axial să creeze presiune pe o distanță scurtă.

Lungimea șurubului umplut cu topitură depinde de vâscozitatea materialului, de plumbul șurubului, de numărul de rotații ale șurubului, de cantitatea de avans și de rezistența matriței. Cablul firului și numărul de capete de filet afectează capacitatea de acumulare a presiunii.

Creșterea presiunii este însoțită de creșterea temperaturii, care se datorează coeficientului scăzut de transfer de căldură al polimerului și raportului relativ scăzut dintre suprafața de răcire a șurubului și volumul de extrudare a topiturii.

Pentru a minimiza temperatura cauzată de creșterea presiunii, configurația șurubului de creștere a presiunii trebuie optimizată pentru a reduce lungimea zonei de contrapresiune și pentru a minimiza energia materialului de intrare. Scurtarea zonei de contrapresiune înseamnă că la o presiune predeterminată, gradientul de presiune al secțiunii de transport a topiturii cu o anumită valoare a vitezei de convecție trebuie să atingă valoarea maximă.

Trebuie subliniat faptul că, dacă configurația șurubului sau condițiile de funcționare ale secțiunii de transport a topiturii sunt selectate necorespunzător, poate duce la extrudare instabilă, cum ar fi fluctuațiile de curgere; întreaga lungime a zonei de transport a topiturii în aval de orificiul de evacuare nu ar trebui să se extindă numai la presiunea de evacuare, altfel va provoca material de evacuare.

Funcția de amestecare a extruderului cu două șuruburi co-rotative intercalate este cea mai importantă, astfel încât designul configurației șuruburilor în secțiunea de amestecare este de mare importanță. Recent, s-a descoperit că în secțiunea de topire a șurubului dublu, dimensiunea fazei dispersate a amestecului de polimer scade brusc, de la particulele macroscopice sau pulbere inițială la nivel milimetric la zeci de microni după ce topirea este finalizată.

După etapa inițială de amestecare, particulele mai mari din faza dispersată a amestecului sunt reduse în continuare la nivelul final de microni sub acțiunea forfei.

Comparativ cu efectul secțiunii de topire asupra structurii morfologice a amestecului, efectul secțiunii de transport a topiturii asupra amestecării este mult mai mic. Cu alte cuvinte, dimensiunea particulelor în faza dispersată se modifică foarte mult în timpul etapei de înmuiere (pentru polimerii amorfi) sau în etapa de topire (pentru polimerii semi-cristalini), în timp ce dimensiunea particulelor în faza dispersată nu se schimbă mult după ce polimerul este complet topit.

Figura 6 prezintă configurația șuruburilor combinației cu două șuruburi, care este compusă din elemente dintate și alte elemente pentru a crește puterea de amestecare a distribuției, în timp ce Figura 7 este o configurație cu șuruburi compusă din blocuri de frământare cu două capete și trei capete, potrivite pentru creșterea rezistenței de amestecare a topiturii, iar Figura 8 este o configurație cu șurub compusă din blocuri de frământare și elemente șuruburi pentru amestecarea de distribuție și amestecarea de dispersie.

Trebuie remarcat faptul că selectarea configurației șuruburilor fiecărei secțiuni funcționale trebuie combinată cu sarcina operației de amestecare care trebuie efectuată (modificarea amestecării sau modificarea umplerii) și procesul de amestecare.