Osnovna vijačna kombinacija šestih funkcionalnih delov ekstruderja, ta uvod je dovolj

Kot vsi vemo, so sočasno vrteči se dvojni vijaki modularni. Če so različne vrste in število vijačnih elementov majhni gradniki, ki sestavljajo vijak, potem so lokalne konfiguracije vijakov različnih funkcionalnih segmentov veliki gradniki, ki sestavljajo vijak.

Zato je za rešitev kombinirane zasnove celotnega vijaka poleg jasnega razumevanja delovanja in strukture različnih elementov vijaka,potrebno je tudi poglobljeno razumevanje in razumevanje vsakega funkcionalnega segmenta in njegove ustrezne lokalne konfiguracije.

Nato si oglejmo kombinirano zasnovo različnih funkcionalnih segmentov polža ekstruderja.

Medsebojno rotacijski dvovijačni ekstrudijski postopek je na splošno sestavljen iz funkcionalnih delov, kot so dovajanje, transport trdne snovi, taljenje, transport taline, mešanje in izpuh. Različni funkcionalni odseki zahtevajo različne lokalne konfiguracije vijakov, da se jim prilagodijo za dokončanje različnih funkcij.

Tukaj omenjeni napajalni odsek se nanaša na vijačni odsek, ki je obrnjen proti spodnjemu delu prvega glavnega napajalnega priključka, kot tudi na vijačni odsek, ki je obrnjen proti spodnji napajalni odprtini. Glavna zahteva za oddelek za dovajanje je, da lahko gladko in prilagodljivo dodaja različne materiale, vključno z zrnatimi materiali različnih oblik, praški z nizko nasipno gostoto, vlaknastimi dodatki itd. Ta odsek na splošno uporablja velike vodilne in pozitivne vijačne transportne elemente.

Ko globina utora vijaka ostane nespremenjena, pomeni velik svinčnik velik volumen utora vijaka. Za dovodni del, ki je obrnjen proti prvim dovodnim odprtinam, lahko sprejme in doda velike količine materialov. Za dovodni odsek, ki je obrnjen proti spodnjim dovodnim odprtinam, lahko ustvari nizko stopnjo polnjenja materiala, ki se prevaža iz zgornjega toka, da se prilagodi na novo dodanim materialom.

Večina ekstrudorjev z dvema polžema uporablja velike vodilne standardne vijačne elemente z enako globino kot njihovi profilni vijačni elementi. Nekateri dvojni polži uporabljajo tudi nestandardne vijačne elemente s povečano globino utorov za vijake, da dosežejo veliko podajalno in transportno zmogljivost.

Funkcija trdnega transportnega odseka je prenašanje dodanega trdnega materiala vzdolž polža proti matrici in istočasno stiskanje ohlapnega praškastega materiala z nizko gostoto ali povečanje stopnje polnjenja zrnatega materiala v utoru vijaka med ta transportni postopek, tako da spodbuja taljenje in plastifikacijo materiala v smeri toka.

Vijačna konfiguracija tega odseka je: vijačni element, povezan z vijačnim elementom dovajalnega odseka, mora sprejeti pozitivni vijačni element z velikim svincem, nato pa je treba sprejeti pozitivni vijačni element, ki zmanjša prostornino utora vijaka, predvsem z uporabo vijaka del, sestavljen iz vijačnih elementov s segmentiranim manjšim vodilom. Slika 1 prikazuje to situacijo. Iz slike 1 je razvidno, da se stopnja polnjenja vijačnega utora postopoma povečuje vzdolž smeri transporta, material pa se stisne in stisne.

1: Konfiguracija vijaka za trdni transportni del

Pri praškastih materialih z nizko gostoto združevanje navojnih elementov različnih vodnikov za oblikovanje vijačne konfiguracije, ki zgosti material, na splošno ne povzroča težav. Vendar, če se transportirajo zrnati materiali in je temperatura segrevanja ustreznega dela soda relativno nizka, lahko pretirane in hitre spremembe v vodi sosednjih navojnih elementov včasih povzročijo preobremenitev stroja. Zato je treba biti previden pri določanju stopnje spremembe vodila sosednjih navojnih elementov.

Optimalna konfiguracija lokalnega vijaka za plastificiranje taline danega polimera je odvisna od specifične toplote materiala, tališča, viskoznosti taline in velikosti delcev polimera v trdnem stanju. Cilj lokalne zasnove vijačne konfiguracije za taljenje in plastificiranje je enakomerno in hitro taljenje materiala pri nastavljeni temperaturi brez vnosa preveč energije v material.

Obstajata dva vira toplote za taljenje materiala, eden je zunanja toplota, ki jo zagotavlja grelnik soda, drugi pa je strižna toplota, ki jo vnaša vijak, slednji je glavni.Da bi uvedli strižno toploto, je treba v odsek za plastificiranje taline nastaviti gnetelne bloke, elemente z vzvratnim navojem in nestandardne navojne elemente rotorskega tipa z vzvratnim mešalnikom (slika 2), te elemente pa je treba učinkovito kombinirati s pozitivnim navojem navzgor elementov v vnaprej določenem osnem položaju vijaka, kot je prikazano na sliki 3.

RGS - desničar

LGS - levičar

S chauffl - levičar in desničar

2: Element rotorja notranjega mešalnika z velikim svinčenim navojem

(a) Vzvratni vijačni element (b) Prednji gnetilni blok + vzvratni vijačni element

(c) Prednji gnetilni blok (d) Vzvratni asimetrični dolgi vodilni vijačni element

3: Lokalna konfiguracija vijaka za taljenje

Standard za ocenjevanje kakovosti lokalne konfiguracije vijaka, ki se uporablja v sekciji za taljenje in plastificiranje, bi moral biti, da lahko pretvori mehansko strižno energijo v toplotno energijo, tako da se material najhitreje in najbolj temeljito stopi brez povečanja temperature materiala, to je, najbolj razumno porabo energije.

S poskusi je bilo ugotovljeno, da se v konfiguraciji b na sliki 3, ko polž teče z veliko hitrostjo, material tali zelo hitro in je dolžina talilne cone zelo kratka. Vendar pa je dvig temperature materiala v tem delu in njegovem gorvodnem območju zelo visok, močno presega prvotno nastavljeno temperaturo in energijo, potrebno za taljenje materiala, zelo visok pa je tudi tlak taline.

To kaže, da ta konfiguracija vijaka razprši preveč mehanske energije in poleg taljenja materiala tudi močno poveča temperaturo taline. Očitno to ni najboljše.

Ko je treba prilagoditi razmerje dodanih materialov (prilagoditveno razmerje je 1-5), je očitno nesmiselno uporabiti isti vijak. Za ponovno sestavljanje vijaka je treba stroj izklopiti, odstraniti glavo in spodnji pomožni stroj. Obnova normalnega delovnega cikla stroja je dolga, kar ni ekonomsko rentabilno (zlasti pri velikih strojih). V tem času se lahko vmesni procesni regulacijski ventil (radialni, aksialni, rotacijski) uporabi za prilagajanje pretoka in vnosa strižne energije, da se prilagodi različnim razmerjem.

Boljša konfiguracija vijaka za taljenje je konfiguracija vijaka d v kombinaciji z asimetričnimi velikimi svinčenimi navojnimi elementi, kot je prikazano na sliki 3. Lahko povzroči, da je večina materialov podvržena nadzorovanemu stalnemu strigu in tlaku, zato temperatura materiala ni visoka.

Da bi se izognili čezmernim temperaturnim gradientom v coni taljenja in plastificiranja, se lahko strižni element in transportni element sprednjega navoja izmenično kombinirata, tako da je skupna vnesena energija porazdeljena v določenem vrstnem redu znotraj določene aksialne dolžine, kot je prikazano na sliki 4. (c).

(a) Prednji gnetilni blok + vzvratni vijačni element (b) Vzvratni gnetilni blok

(c) Sprednji gnetelni blok in sprednji vijačni element sta nameščena izmenično glede na izpušno odprtino

Slika 4 Konfiguracija Berstorffovega vijaka za taljenje

Medsebojno rotacijski ekstruder z dvojnim polžem je opremljen z izpušno cono za odstranjevanje vlage, vsebovanega zraka in hlapnih komponent v materialu. Tesnilni element je treba namestiti na vijak pred izpušno odprtino, da zapre talino za vzpostavitev visokega tlaka; v izpušni coni, to je delu vijaka nasproti izpušne odprtine, je treba material na nizki stopnji napolniti v utor vijaka in ga povezati z atmosfersko ali vakuumsko črpalko.

Za tesnjenje taline in vzpostavitev visokega tlaka se lahko uporabijo elementi z vzvratnim navojem, bloki za obrnjeno gnetenje ali ventili za uravnavanje tlaka. V izpušnem območju je treba uporabiti navojne elemente z velikim svincem (slika 5), ​​da tvorijo nizko stopnjo polnjenja in tanko plast taline, tako da ima material veliko prosto površino, ki je lahko izpostavljena, in dolg čas zadrževanja, ki olajša izpuh.

Slika 5 Konfiguracija vijaka v izpušni coni

Prenos taline na splošno uporablja vijačne elemente v smeri naprej. Vendar pa se včasih uporabljajo gnetilni bloki ali vijačni elementi v obratni smeri v območju transporta taline polža in pred temi elementi je treba ustvariti tlak, da lahko material prehaja skozi; da lahko material preide skozi matrico, mora nastati tudi pritisk v delu za transport taline na koncu polža.

Tlak se lahko ustvari samo v delu vijaka, ki je v celoti napolnjen z materialom, tako da povečanje tlaka pri zapletenih so-vrtečih dvojnih vijakih izhaja iz zmožnosti materiala, da nenehno polni utor vijaka. 100-odstotno polnjenje omogoča konfiguracijo vijaka z aksialnim kanalom za ustvarjanje tlaka na kratki razdalji.

Dolžina polža, napolnjenega s talino, je odvisna od viskoznosti materiala, konca vijaka, števila vrtljajev vijaka, količine dovajanja in upora matrice. Navojni vod in število navojnih glav vplivata na zmogljivost povečanja tlaka.

Povečanje tlaka spremlja dvig temperature, kar je posledica nizkega koeficienta toplotnega prehoda polimera in relativno nizkega razmerja med hladilno površino polža in prostornino ekstrudiranja taline.

Da bi čim bolj zmanjšali temperaturo, ki jo povzroča dvig tlaka, je treba optimizirati konfiguracijo vijaka za dvig tlaka, da se zmanjša dolžina območja protitlaka in zmanjša energija vhodnega materiala. Skrajšanje območja protitlaka pomeni, da mora pri vnaprej določenem tlaku gradient tlaka transportnega odseka taline z določeno vrednostjo hitrosti konvekcije doseči največjo vrednost.

Poudariti je treba, da če so konfiguracija polža ali pogoji delovanja transportnega odseka taline nepravilno izbrani, lahko to povzroči nestabilno iztiskanje, kot so nihanja pretoka; celotna dolžina transportne cone taline za izpušno odprtino ne sme segati le do izpušnega tlaka, sicer bo povzročila izpušni material.

Mešalna funkcija medsebojno vrtečega dvopolžnega ekstruderja je najpomembnejša, zato je konfiguracija polža v mešalnem delu zelo pomembna. Nedavno je bilo ugotovljeno, da se v talilnem delu dvojnega polža velikost dispergirane faze polimerne mešanice močno zmanjša, od začetnih milimetrskih makroskopskih delcev ali prahu do več deset mikronov po končanem taljenju.

Po začetni stopnji mešanja se večji delci dispergirane faze mešanice pod strižnim delovanjem nadalje reducirajo na končno mikronsko raven.

V primerjavi z učinkom talilnega dela na morfološko strukturo mešanice je učinek transportnega odseka taline na mešanje veliko manjši. Z drugimi besedami, velikost delcev disperzne faze se močno spremeni med mehčanjem (za amorfne polimere) ali stopnjo taljenja (za polkristalne polimere), medtem ko se velikost delcev disperzne faze ne spremeni veliko, ko je polimer popolnoma stopljen.

Slika 6 prikazuje vijačno konfiguracijo zasnove kombinacije z dvema polžema, ki je sestavljena iz zobatih elementov in drugih elementov za povečanje distribucijske mešalne moči, medtem ko je slika 7 vijačna konfiguracija, sestavljena iz dvoglavih in triglavih gnetilnih blokov, primernih za povečanje moči mešanja taline, Slika 8 pa je konfiguracija polža, sestavljena iz gnetilnih blokov in vijačnih elementov za distribucijsko mešanje in disperzijsko mešanje.

Upoštevati je treba, da je treba izbiro konfiguracije polža vsakega funkcionalnega dela kombinirati z nalogo postopka mešanja, ki ga je treba izvesti (sprememba mešanja ali modifikacija polnjenja) in postopkom mešanja.