Osnovna kombinacija vijaka od šest funkcionalnih dijelova ekstrudera, ovaj uvod je dovoljan

Kao što svi znamo, dvostruki vijci koji se međusobno rotiraju su modularni. Ako su različiti tipovi i brojevi vijčanih elemenata mali građevni blokovi koji čine vijak, onda su lokalne konfiguracije vijaka različitih funkcionalnih segmenata veliki građevni blokovi koji čine vijak.

Stoga, za rješavanje kombiniranog dizajna cijelog vijka, osim jasnog razumijevanja izvedbe i strukture različitih elemenata vijka,također je potrebno imati dubinsko razumijevanje i razumijevanje svakog funkcionalnog segmenta i njegove odgovarajuće lokalne konfiguracije.

Zatim, pogledajmo kombinirani dizajn različitih funkcionalnih segmenata puža ekstrudera.

Ko-rotirajući dvopužni ekstrudijski proces općenito se sastoji od funkcionalnih dijelova kao što su dovod, transport čvrste tvari, taljenje, transport taline, miješanje i ispuh. Različiti funkcionalni dijelovi zahtijevaju različite lokalne konfiguracije vijaka kako bi im se prilagodile kako bi se dovršile različite funkcije.

Ovdje spomenuti odjeljak za punjenje odnosi se na dio puža okrenut prema donjem dijelu prvog glavnog ulaza za napajanje, kao i dio vijaka koji je okrenut prema nizvodnom otvoru za napajanje. Glavni zahtjev za odjeljak za punjenje je mogućnost glatkog i prilagodljivog dodavanja različitih materijala, uključujući granulirane materijale različitih oblika, prah niske nasipne gustoće, vlaknaste aditive itd. Ovaj odjeljak općenito koristi velike olovne i pozitivne pužne transportne elemente.

Kada dubina utora za vijak ostane nepromijenjena, veliki korak znači veliki volumen utora za vijak. Za odjeljak za hranjenje koji je okrenut prema prvom otvoru za hranjenje, može primiti i dodati velike količine materijala. Za odjeljak za dovod koji je okrenut prema nizvodnom otvoru za dovod, može stvoriti nizak stupanj punjenja materijala koji se transportira iz uzvodnog smjera kako bi se prilagodili novododanim materijalima.

Većina dvopužnih ekstrudera koristi velike standardne pužne elemente iste dubine kao i njihovi segmentni pužni elementi. Neki dvostruki vijci također koriste nestandardne vijčane elemente s povećanom dubinom utora za vijke kako bi se dobio veliki kapacitet dodavanja i prijenosa.

Funkcija krute transportne sekcije je transport dodanog krutog materijala duž puža prema matrici, iu isto vrijeme, zbijanje rastresitog praškastog materijala niske gustoće ili povećanje stupnja punjenja zrnatog materijala u utoru puža tijekom ovaj proces prijenosa, kako bi se pospješilo taljenje i plastificiranje materijala nizvodno.

Konfiguracija vijka ovog odjeljka je: vijčani element povezan s vijčanim elementom odjeljka za napajanje treba usvojiti pozitivni vijčani element s velikim olovom, a zatim treba usvojiti pozitivni vijčani element koji smanjuje volumen utora vijka, uglavnom pomoću vijka presjek sastavljen od vijčanih elemenata sa segmentiranim manjim izvodom. Slika 1 prikazuje ovu situaciju. Na slici 1 može se vidjeti da se stupanj punjenja utora puža postupno povećava duž smjera transporta, a materijal se sabija i zbija.

1: Konfiguracija puža za čvrstu transportnu sekciju

Za praškaste materijale niske gustoće, kombiniranje navojnih elemenata različitih izvoda u obliku vijka koji zgušnjava materijal općenito ne uzrokuje probleme. Međutim, ako se transportiraju zrnati materijali i temperatura zagrijavanja odgovarajućeg dijela bačve je relativno niska, pretjerane i brze promjene u vodi susjednih navojnih elemenata mogu ponekad uzrokovati preopterećenje stroja. Stoga treba biti oprezan pri određivanju stupnja promjene vodnika susjednih navojnih elemenata.

Optimalna konfiguracija lokalnog vijka za plastificiranje taline određenog polimera ovisi o specifičnoj toplini materijala, talištu, viskoznosti taline i veličini čestica polimera u čvrstom stanju. Cilj dizajna konfiguracije lokalnog vijka za taljenje i plastificiranje je ravnomjerno i brzo taljenje materijala na postavljenoj temperaturi bez unošenja previše energije u materijal.

Postoje dva izvora topline za taljenje materijala, jedan je vanjska toplina koju daje grijač bačve, a drugi je posmična toplina koju dovodi vijak, potonji je glavni.Kako bi se uvela smična toplina, blokovi za gnječenje, elementi s obrnutim navojem i nestandardni navojni elementi tipa rotora s obrnutim mješačem (Slika 2) trebali bi biti postavljeni u odjeljak za plastificiranje taline, a ti bi se elementi trebali učinkovito kombinirati s uzvodnim pozitivnim navojem elementi u unaprijed određenom aksijalnom položaju vijka, kao što je prikazano na slici 3.

RGS - desnoruki

LGS - ljevoruki

S chauffl - ljevoruk i dešnjak

2: Element s velikim vodećim navojem unutarnjeg rotora miješalice

(a) Obrnuti vijčani element (b) Prednji blok za miješanje + obrnuti vijčani element

(c) Prednji blok za gnječenje (d) Obrnuti asimetrični dugački element vodećeg vijka

3: Lokalna konfiguracija puža za topljenje

Standard za ocjenu kvalitete lokalne konfiguracije puža koji se koristi u sekciji za taljenje i plastificiranje trebao bi biti da može pretvoriti mehaničku smično energiju u toplinsku energiju, tako da se materijal najbrže i najtemeljitije rastali bez povećanja temperature materijala, tj. najrazumnijeg korištenja energije.

Eksperimenti su otkrili da se u konfiguraciji b na slici 3, kada vijak radi velikom brzinom, materijal topi vrlo brzo, a duljina zone taljenja je vrlo kratka. Međutim, porast temperature materijala u ovom dijelu i njegovom uzvodnom području je vrlo visok, uvelike premašuje izvorno postavljenu temperaturu i energiju potrebnu za taljenje materijala, a tlak taline je također vrlo visok.

To pokazuje da ova konfiguracija puža raspršuje previše mehaničke energije, a osim što topi materijal, također uvelike povećava temperaturu taline. Očito, ovo nije najbolje.

Kada je potrebno prilagoditi omjer dodanih materijala (omjer podešavanja je 1-5), očito je nerazumno koristiti isti vijak. Za ponovno sastavljanje vijka, stroj se mora isključiti, glava se mora ukloniti, a prateći pomoćni stroj mora biti uklonjen. Oporavak normalnog radnog ciklusa stroja je dug, što nije ekonomski isplativo (osobito za velike strojeve). U ovom trenutku, međuprocesni regulacijski ventil (radijalni, aksijalni, rotirajući) može se koristiti za podešavanje protoka i ulazne energije smicanja kako bi se prilagodio različitim omjerima.

Bolja konfiguracija vijka za topljenje je konfiguracija vijka d u kombinaciji s asimetričnim velikim elementima olovnog navoja kao što je prikazano na slici 3. Može učiniti da većina materijala bude podvrgnuta kontroliranom konstantnom smicanju i pritisku, tako da temperatura materijala nije visoka.

Kako bi se izbjegli pretjerani gradijenti temperature u zoni taljenja i plastificiranja, element za smicanje i element za prijenos prednjeg navoja mogu se naizmjenično kombinirati tako da se ukupni unos energije raspoređuje određenim redoslijedom unutar određene aksijalne duljine, kao što je prikazano na slici 4. (c).

(a) Prednji blok za miješenje + obrnuti vijčani element (b) Obrnuti blok za miješenje

(c) Prednji blok za miješanje i prednji vijčani element naizmjenično su raspoređeni prema ispušnom otvoru

Slika 4 Konfiguracija Berstorffovog vijka za topljenje

Ko-rotirajući dvopužni ekstruder koji se isprepliće ima ispušnu zonu za uklanjanje vlage, uvučenog zraka i hlapljivih komponenti u materijalu. Brtveni element trebao bi biti postavljen na vijak uzvodno od ispušnog otvora za brtvljenje taline za uspostavljanje visokog tlaka; u ispušnoj zoni, to jest dijelu vijka nasuprot ispušnom otvoru, materijal treba puniti u niskom stupnju u utoru vijka i spojiti na atmosfersku ili vakuumsku pumpu.

Za brtvljenje taline i uspostavljanje visokog tlaka mogu se koristiti elementi s obrnutim navojem, obrnuti blokovi za gnječenje ili ventili za regulaciju tlaka. U ispušnoj zoni treba koristiti elemente s velikim navojem (slika 5) za stvaranje niskog stupnja punjenja i tankog sloja taline, tako da materijal ima veliku slobodnu površinu koja može biti izložena i dugo vrijeme zadržavanja kako bi se olakšalo ispušni.

Slika 5 Konfiguracija vijaka u ispušnoj zoni

Prijenos taline općenito koristi pužne elemente usmjerene naprijed. Međutim, ponekad se blokovi za gnječenje ili pužni elementi s obrnutim smjerom koriste u zoni transporta taline puža, a potrebno je izgraditi pritisak uzvodno od ovih elemenata kako bi materijal prošao kroz njih; kako bi materijal mogao proći kroz matricu, tlak se također mora izgraditi u dijelu za prijenos taline na kraju puža.

Tlak se može izgraditi samo u odjeljku vijka koji je u potpunosti ispunjen materijalom, tako da povećanje tlaka mešetajućih ko-rotirajućih dvostrukih vijaka dolazi od sposobnosti materijala da kontinuirano ispunjava utor vijka. 100%-tno punjenje omogućuje konfiguraciju vijka s aksijalnim kanalom za stvaranje pritiska na maloj udaljenosti.

Duljina puža napunjenog talinom ovisi o viskoznosti materijala, vodi puža, broju okretaja puža, količini punjenja i otporu matrice. Odvod navoja i broj glava navoja utječu na kapacitet stvaranja tlaka.

Porast tlaka popraćen je porastom temperature, što je posljedica niskog koeficijenta prijenosa topline polimera i relativno niskog omjera površine za hlađenje vijka i volumena ekstruzije taline.

Kako bi se smanjila temperatura uzrokovana povećanjem tlaka, konfiguracija vijka za povećanje tlaka mora biti optimizirana kako bi se smanjila duljina zone protutlaka i minimizirala energija ulaznog materijala. Skraćivanje zone protutlaka znači da pri unaprijed određenom tlaku gradijent tlaka transportne sekcije taline s određenom vrijednošću brzine konvekcije mora doseći maksimalnu vrijednost.

Treba istaknuti da ako su konfiguracija puža ili radni uvjeti sekcije za transport taline nepravilno odabrani, to može dovesti do nestabilne ekstruzije, kao što su fluktuacije protoka; puna duljina zone prijenosa taline nizvodno od ispušnog otvora ne smije se protezati samo do ispušnog tlaka, inače će uzrokovati ispušni materijal.

Funkcija miješanja ko-rotirajućeg ekstrudera s dva puža je najvažnija, tako da je konfiguracija puža u odjeljku za miješanje od velike važnosti. Nedavno je otkriveno da se u dijelu taljenja dvostrukog puža veličina disperzne faze polimerne mješavine naglo smanjuje, od početnih milimetarskih makroskopskih čestica ili praha do desetaka mikrona nakon što je taljenje završeno.

Nakon početne faze miješanja, veće čestice disperzne faze smjese se dalje smanjuju do konačne mikronske razine pod djelovanjem smicanja.

U usporedbi s učinkom odjeljka za taljenje na morfološku strukturu mješavine, učinak odjeljka za prijenos taline na miješanje je mnogo manji. Drugim riječima, veličina čestica disperzne faze jako se mijenja tijekom faze omekšavanja (za amorfne polimere) ili faze taljenja (za polukristalne polimere), dok se veličina čestica disperzne faze ne mijenja mnogo nakon što se polimer potpuno rastali.

Slika 6 prikazuje konfiguraciju puža kombinacije dva puža, koja se sastoji od nazubljenih elemenata i drugih elemenata za povećanje distribucijske snage miješanja, dok je Slika 7 konfiguracija puža sastavljena od dvoglavih i troglavih blokova za gnječenje pogodnih za povećanje čvrstoće miješanja taline, a Slika 8 je konfiguracija puža sastavljena od blokova za gnječenje i pužnih elemenata za distribucijsko miješanje i disperzijsko miješanje.

Treba napomenuti da se odabir konfiguracije puža svakog funkcionalnog dijela mora kombinirati sa zadatkom operacije miješanja koja se mora izvesti (modifikacija miješanja ili modifikacija punjenja) i postupkom miješanja.