Podstawowa kombinacja ślimaków sześciu funkcjonalnych sekcji wytłaczarki, to wprowadzenie wystarczy

Jak wszyscy wiemy, zazębiające się współbieżne podwójne śruby są modułowe. Jeśli różne typy i liczby elementów śrubowych są małymi blokami konstrukcyjnymi, które tworzą śrubę, to lokalne konfiguracje śrubowe różnych segmentów funkcjonalnych są dużymi blokami konstrukcyjnymi, które tworzą śrubę.

Dlatego też, aby rozwiązać problem łącznego projektu całej śruby, oprócz jasnego zrozumienia wydajności i struktury różnych elementów śruby,konieczne jest również dogłębne zrozumienie i zrozumienie każdego segmentu funkcjonalnego i odpowiadającej mu lokalnej konfiguracji.

Przyjrzyjmy się teraz połączonej konstrukcji różnych segmentów funkcjonalnych ślimaka wytłaczarki.

Proces wytłaczania współbieżnego z podwójnym ślimakiem składa się zazwyczaj z sekcji funkcjonalnych, takich jak podawanie, transport ciał stałych, topienie, transport stopu, mieszanie i wydech. Różne sekcje funkcjonalne wymagają różnych lokalnych konfiguracji ślimaków, aby dostosować się do nich w celu wykonania różnych funkcji.

Sekcja podająca, o której mowa tutaj, odnosi się do sekcji ślimakowej skierowanej w stronę dolnej części pierwszego głównego portu podającego, a także sekcji ślimakowej skierowanej w stronę portu podającego w dół. Głównym wymogiem dla sekcji podającej jest możliwość płynnego i adaptacyjnego dodawania różnych materiałów, w tym materiałów granulowanych o różnych kształtach, proszków o niskiej gęstości objętościowej, dodatków włóknistych itp. Ta sekcja zazwyczaj wykorzystuje duże elementy przenośnika ślimakowego i dodatniego.

Gdy głębokość rowka śruby pozostaje niezmieniona, duży skok oznacza dużą objętość rowka śruby. W przypadku sekcji podającej skierowanej do pierwszego portu podającego może ona pomieścić i dodać duże objętości materiałów. W przypadku sekcji podającej skierowanej do dolnego portu podającego może ona utworzyć niski stopień wypełnienia materiałem transportowanym z górnego portu, aby pomieścić nowo dodane materiały.

Większość wytłaczarek dwuślimakowych wykorzystuje duże standardowe elementy ślimakowe o tej samej głębokości co elementy ślimakowe sekcji. Niektóre dwuślimakowe wykorzystują również niestandardowe elementy ślimakowe o zwiększonej głębokości rowka ślimaka, aby uzyskać dużą wydajność podawania i przenoszenia.

Funkcją sekcji transportującej materiał stały jest transport dodanego materiału stałego wzdłuż ślimaka w kierunku matrycy, a jednocześnie zagęszczanie luźnego, proszkowego materiału o niskiej gęstości lub zwiększanie stopnia wypełnienia rowka ślimaka materiałem ziarnistym w trakcie procesu transportu, aby wspomóc topienie i uplastycznienie materiału w dalszej części procesu.

Konfiguracja ślimaka tej sekcji jest następująca: element ślimakowy połączony z elementem ślimakowym sekcji podającej powinien przyjąć element ślimakowy o dużym skoku dodatnim, a następnie należy przyjąć element ślimakowy dodatni, który zmniejsza objętość rowka ślimaka, głównie przy użyciu sekcji ślimakowej złożonej z elementów ślimakowych o segmentowanym mniejszym skoku. Rysunek 1 przedstawia tę sytuację. Z rysunku 1 można zobaczyć, że stopień wypełnienia rowka ślimaka stopniowo wzrasta wzdłuż kierunku transportu, a materiał jest ściskany i zagęszczany.

1: Konfiguracja ślimaka dla stałej sekcji transportującej

W przypadku materiałów proszkowych o niskiej gęstości łączenie elementów gwintowanych o różnych skokach w celu utworzenia konfiguracji śrubowej, która zagęszcza materiał, zazwyczaj nie powoduje żadnych problemów. Jednakże, jeśli transportowane są materiały granulowane, a temperatura nagrzewania odpowiedniej sekcji lufy jest stosunkowo niska, nadmierne i szybkie zmiany skoku sąsiednich elementów gwintowanych mogą czasami powodować przeciążenie maszyny. Dlatego należy zachować ostrożność przy określaniu stopnia zmiany skoku sąsiednich elementów gwintowanych.

Optymalna lokalna konfiguracja ślimaka do plastyfikacji stopu danego polimeru zależy od ciepła właściwego materiału, temperatury topnienia, lepkości stopu i wielkości cząstek polimeru w stanie stałym. Celem lokalnej konfiguracji ślimaka do topienia i plastyfikacji jest równomierne i szybkie stopienie materiału w ustalonej temperaturze bez wprowadzania do materiału zbyt dużej energii.

Istnieją dwa źródła ciepła do topienia materiału: jedno to ciepło zewnętrzne dostarczane przez grzejnik beczkowy, a drugie to ciepło ścinające wprowadzane przez ślimak, to drugie jest głównym źródłem.Aby wprowadzić ciepło ścinające, w sekcji uplastyczniania stopu należy umieścić bloki ugniatające, elementy gwintu odwrotnego oraz niestandardowe elementy gwintu typu wirnika mieszalnika odwrotnego (rysunek 2), a elementy te należy skutecznie połączyć z elementami gwintu dodatniego umieszczonymi w górnym biegu w ustalonej pozycji osiowej ślimaka, jak pokazano na rysunku 3.

RGS - praworęczny

LGS - leworęczny

S chauffl - leworęczny i praworęczny

2: Wewnętrzny element typu wirnika mieszacza z dużym gwintem prowadzącym

(a) Element ślimakowy odwrócony (b) Blok ugniatający do przodu + element ślimakowy odwrócony

(c) Blok ugniatający do przodu (d) Element śruby pociągowej o długim skoku odwróconym asymetrycznym

3:Lokalna konfiguracja ślimaka do topienia

Standardem oceny jakości lokalnej konfiguracji ślimaka stosowanego w sekcji topienia i uplastyczniania powinno być to, czy może on zamieniać energię ścinania mechanicznego na energię cieplną, tak aby materiał topił się najszybciej i najdokładniej bez zwiększania temperatury materiału, czyli przy najbardziej rozsądnym wykorzystaniu energii.

Eksperymenty wykazały, że w konfiguracji b na rysunku 3, gdy śruba pracuje z dużą prędkością, materiał topi się bardzo szybko, a długość strefy topienia jest bardzo krótka. Jednak wzrost temperatury materiału w tej sekcji i jej górnym obszarze jest bardzo wysoki, znacznie przekraczając pierwotnie ustawioną temperaturę i energię wymaganą do stopienia materiału, a ciśnienie stopu jest również bardzo wysokie.

To pokazuje, że ta konfiguracja ślimaka rozprasza zbyt dużo energii mechanicznej i oprócz topienia materiału, znacznie zwiększa temperaturę topnienia. Oczywiście, nie jest to najlepsze rozwiązanie.

Gdy stosunek dodanych materiałów musi zostać dostosowany (stosunek dostosowania wynosi 1-5), jest oczywiste, że nierozsądne jest użycie tej samej śruby. Aby ponownie złożyć śrubę, należy wyłączyć maszynę, usunąć głowicę i usunąć maszynę pomocniczą znajdującą się dalej. Odzyskiwanie normalnego cyklu roboczego maszyny jest długie, co nie jest opłacalne ekonomicznie (szczególnie w przypadku dużych maszyn). W tym momencie pośredni zawór regulacyjny procesu (promieniowy, osiowy, obrotowy) może zostać użyty do dostosowania przepływu i energii ścinającej do różnych stosunków.

Lepszą konfiguracją ślimaka do topienia jest konfiguracja ślimaka d połączona z asymetrycznymi elementami gwintu o dużym skoku, jak pokazano na rysunku 3. Dzięki niej większość materiałów może zostać poddana kontrolowanemu stałemu ścinaniu i ciśnieniu, dzięki czemu temperatura materiału nie jest wysoka.

Aby uniknąć nadmiernych gradientów temperatury w strefie topienia i uplastyczniania, element ścinający i element transportujący nitkę do przodu można łączyć naprzemiennie, tak aby całkowita energia wejściowa była rozprowadzana w określonej kolejności na określonej długości osiowej, jak pokazano na rysunku 4 (c).

(a) Blok do wyrabiania ciasta do przodu + element ślimakowy do tyłu (b) Blok do wyrabiania ciasta do tyłu

(c) Blok ugniatający do przodu i element ślimakowy do przodu są rozmieszczone naprzemiennie względem otworu wydechowego

Rysunek 4 Konfiguracja śruby Berstorffa do topienia

Współbieżna wytłaczarka dwuślimakowa jest wyposażona w strefę wydechową, aby usunąć wilgoć, wciągnięte powietrze i lotne składniki z materiału. Element uszczelniający powinien być umieszczony na ślimaku przed otworem wydechowym, aby uszczelnić stop i wytworzyć wysokie ciśnienie; w strefie wydechowej, to jest w sekcji ślimaka naprzeciwko otworu wydechowego, materiał powinien być wypełniony w niskim stopniu w rowku ślimaka i podłączony do atmosfery lub pompy próżniowej.

Aby uszczelnić stop i ustalić wysokie ciśnienie, można użyć elementów z odwróconym gwintem, bloków do odwróconego ugniatania lub zaworów regulujących ciśnienie. W strefie wydechu należy użyć elementów z gwintem o dużym skoku (rysunek 5), aby utworzyć niski stopień wypełnienia i cienką warstwę stopu, tak aby materiał miał dużą powierzchnię swobodną, ​​która może być odsłonięta, i długi czas przebywania, aby ułatwić wydech.

Rysunek 5 Konfiguracja ślimaka w strefie wydechowej

Transport stopu zazwyczaj wykorzystuje elementy ślimakowe o kierunku do przodu. Jednak czasami w strefie transportu stopu ślimaka stosuje się bloki ugniatające lub elementy ślimakowe o kierunku odwrotnym, a ciśnienie musi być budowane przed tymi elementami, aby materiał mógł przejść; aby materiał mógł przejść przez matrycę, ciśnienie musi być również budowane w sekcji transportu stopu na końcu ślimaka.

Ciśnienie może być budowane wyłącznie w tej części ślimaka, która jest całkowicie wypełniona materiałem, więc narastanie ciśnienia w zazębiających się, współbieżnych ślimakach wynika ze zdolności materiału do ciągłego wypełniania rowka ślimaka. Całkowite wypełnienie pozwala konfiguracji ślimaka z kanałem osiowym na generowanie ciśnienia na krótkim odcinku.

Długość ślimaka wypełnionego stopem zależy od lepkości materiału, skoku ślimaka, liczby obrotów ślimaka, ilości podawanego materiału i oporu matrycy. Skok gwintu i liczba łbów gwintu wpływają na zdolność do narastania ciśnienia.

Wzrostowi ciśnienia towarzyszy wzrost temperatury, co jest spowodowane niskim współczynnikiem przenikania ciepła polimeru i stosunkowo niskim stosunkiem powierzchni chłodzącej ślimaka do objętości wytłaczanego materiału.

Aby zminimalizować temperaturę spowodowaną wzrostem ciśnienia, konfiguracja ślimaka wzrostu ciśnienia musi zostać zoptymalizowana w celu zmniejszenia długości strefy przeciwciśnienia i zminimalizowania energii materiału wejściowego. Skrócenie strefy przeciwciśnienia oznacza, że ​​przy ustalonym ciśnieniu gradient ciśnienia sekcji transportującej stop z określoną wartością szybkości konwekcji musi osiągnąć maksymalną wartość.

Należy zauważyć, że jeśli konfiguracja ślimaka lub warunki pracy sekcji transportującej tworzywo sztuczne zostaną nieprawidłowo dobrane, może to prowadzić do niestabilnej ekstruzji, np. wahań przepływu; cała długość strefy transportu tworzywa sztucznego za otworem wylotowym nie powinna sięgać tylko do ciśnienia wylotowego, w przeciwnym razie spowoduje to wydech materiału.

Funkcja mieszania zazębiającej się współbieżnej wytłaczarki dwuślimakowej jest najważniejsza, dlatego konstrukcja konfiguracji ślimaka w sekcji mieszania ma ogromne znaczenie. Ostatnio odkryto, że w sekcji topienia dwuślimakowej rozmiar rozproszonej fazy mieszanki polimerów gwałtownie spada, od początkowych milimetrowych makroskopowych cząstek lub proszku do dziesiątek mikronów po zakończeniu topienia.

Po etapie wstępnego mieszania większe cząstki fazy rozproszonej mieszanki ulegają dalszej redukcji do końcowego poziomu mikronów pod wpływem ścinania.

W porównaniu z wpływem sekcji topienia na strukturę morfologiczną mieszanki, wpływ sekcji transportującej stop na mieszanie jest znacznie mniejszy. Innymi słowy, wielkość cząstek fazy rozproszonej zmienia się znacznie podczas etapu zmiękczania (w przypadku polimerów amorficznych) lub etapu topienia (w przypadku polimerów półkrystalicznych), podczas gdy wielkość cząstek fazy rozproszonej nie zmienia się znacznie po całkowitym stopieniu polimeru.

Rysunek 6 przedstawia konfigurację ślimaka w konstrukcji kombinowanej z dwoma ślimakami, która składa się z elementów zębatych i innych elementów zwiększających siłę mieszania dystrybucyjnego, podczas gdy rysunek 7 przedstawia konfigurację ślimaka składającą się z dwugłowicowych i trzygłowicowych bloków ugniatających odpowiednich do zwiększenia siły mieszania stopionego materiału, a rysunek 8 przedstawia konfigurację ślimaka składającą się z bloków ugniatających i elementów ślimakowych do mieszania dystrybucyjnego i mieszania dyspersyjnego.

Należy pamiętać, że dobór konfiguracji ślimaka każdej sekcji funkcjonalnej musi być powiązany z zadaniem wykonywanej operacji mieszania (modyfikacja mieszania lub modyfikacja napełniania) i procesem mieszania.