Unterschied zwischen gleichläufigem und gegenläufigem Doppelschneckenextruder

Die Entwicklung des Doppelschneckenextruders

Die Schneckenextrusion ist eine der am häufigsten verwendeten Verarbeitungsmethoden für Polymere. Es gibt hauptsächlich zwei Formen: Einzelschnecke und Doppelschnecke. Doppelschneckenextruder kamen in den 1930er Jahren auf den Markt. Je nach der unterschiedlichen relativen Drehrichtung der beiden Schnecken können sie in zwei Kategorien unterteilt werden: Gleichlauf und Gegenlauf. 

In den letzten 60 Jahren ist ein konischer Doppelschneckenextruder mit nicht parallelen Achsen der beiden Schnecken auf den Markt gekommen, der zur gegenläufigen Rotation gehört. Der gegenläufige Doppelschneckenextruder ist stabil und wird hauptsächlich für die Extrusion von Rohren, Profilen und anderen Produkten mit großem Querschnitt verwendet. Gegenwärtig basiert die Herstellung von Tür- und Fensterprofilen hauptsächlich auf dem konischen Doppelschneckenextruder. 

Der gleichläufige Doppelschneckenextruder wird hauptsächlich zum Mischen verwendet. Das Mischen spielt bei der Polymerverarbeitung eine wichtige Rolle. Mehr als 50 % des Polymerharzes müssen durch eine Schneckenmischung gehen, bevor sie zum Endprodukt werden, was die Bedeutung des gleichläufigen Doppelschneckenextruders zeigt. 

Derzeit verwenden die meisten Extrusionssysteme mit gleichläufigen Doppelschneckenextrudern eine modulare Struktur. Die Zylinder- und Schneckenkomponenten können umgestaltet und kombiniert werden, um die speziellen Anforderungen an Transport, Schmelzen, Mischen, Entgasung, Homogenisierung usw. im jeweiligen Mischprozess zu erfüllen.

Eine Doppelschnecke ist nicht einfach eine Kombination aus zwei Einzelschnecken. Zwischen Doppelschnecke und Zylinder besteht nicht nur ein Schneckenspiel, sondern auch ein Seitenspiel, ein Kalandrierspiel und ein Tetraederspiel. Die kämmende Doppelschnecke kann in eine Vollverzahnung und eine Teilverzahnung unterteilt werden, und die Vollverzahnung kann weiter in eine konjugierte und eine nicht konjugierte Art unterteilt werden.

Der Unterschied in der relativen Drehrichtung führt dazu, dass die Geometrie der gleichsinnig und gegensinnig rotierenden Doppelschnecken unterschiedlich ist. Die beiden Schneckenarten werden nach der konjugierten Bewegungsbeziehung bestimmt. Ihre Querschnittsformen sind völlig unterschiedlich. Gleichzeitig führen die Unterschiede in den kinematischen und geometrischen Beziehungen auch zu Unterschieden in ihren Extrusionseigenschaften und Anwendungsbereichen.

Der Unterschied in der relativen Drehrichtung führt dazu, dass die Geometrien der gleichsinnig und gegensinnig rotierenden Doppelschnecken unterschiedlich sind. Zwei Arten von Schnecken werden nach der Beziehung der konjugierten Bewegung bestimmt und ihre Querschnittsformen sind völlig unterschiedlich. Gleichzeitig führen die Unterschiede in der Kinematik und den geometrischen Beziehungen auch zu Unterschieden in ihren Extrusionseigenschaften und Anwendungsbereichen.

Die Eigenschaften des gleichläufigen Doppelschneckenextruders

• Die Drehgeschwindigkeit der gleichsinnig rotierenden Doppelschnecke ist relativ hoch und an verschiedenen Stellen im Eingriffsbereich (der Überlappung der beiden Schnecken im Querschnitt) liegt eine relativ enge Relativbewegungsgeschwindigkeit vor. Daher kann eine starke und gleichmäßige Scherkraft erzeugt werden.

• Die Geometrie bestimmt, dass der Längsströmungskanal offen sein muss, was zu einem Materialaustausch zwischen den beiden Schrauben führt. Während des Austauschs bewegt sich das Material, das sich ursprünglich am Boden einer Schraubennut befand, an die Spitze einer anderen Schraubennut. Die Öffnung des Längskanals ermöglicht auch das Öffnen des Querkanals, um den Materialaustausch zwischen den benachbarten Schraubennuten derselben Schraube zu ermöglichen. Dadurch hat die gleichsinnig rotierende Doppelschraube eine besser verteilte Mischfähigkeit und ist daher am besten für Mischvorgänge geeignet. 

• Es hat eine gute Selbstreinigungsfunktion.

• Es hat schlechte Fördereigenschaften und eine schlechte allgemeine Förderleistung und seine Druckaufbaufähigkeit ist gering, sodass es nicht zum direkten Extrudieren von Produkten (außer Granulat/Pellets) verwendet werden kann. Wenn Sie einen hohen Basisdruck erreichen möchten, müssen Sie eine Zahnradpumpe nachschalten oder einen Einschneckenextruder der zweiten Stufe anschließen.

• Zylinder und Schnecke sind segmentierte kombinierte Strukturen, die eine hohe Anwendungsflexibilität bieten. Die beste Kombination aus Schnecke und Zylinder kann je nach Mischzweck und den Anforderungen getroffen werden, um gemeinsam die besten Ergebnisse zu erzielen. Schnecke und Zylinder können nach Verschleiß teilweise ausgetauscht werden, sodass die Wartungskosten gering sind.

Die Eigenschaften des gegenläufigen Doppelschneckenextruders

• Es verfügt über eine ausgezeichnete Verdrängungsfähigkeit, eine schwache Scherfähigkeit und eine hohe Druckaufbaufähigkeit. Es kann direkt für Extrusionsprodukte bei niedriger Geschwindigkeit (10–50 U/min) verwendet werden, insbesondere für die Verarbeitung von RPVC.

• Wenn eine nicht konjugierte Schnecke verwendet wird, werden aufgrund des großen Spalts zwischen der Schnecke und dem Zylinder bei hoher Drehzahl der Schnecke einige Materialien in den Kalandrierspalt und den Seitenspalt gezogen, wo sie hohen Schergeschwindigkeiten und Spannungen ausgesetzt sind. Die Dehnungsrate und die Erneuerung der Materialoberfläche sind effizienter, was zu einer guten Verteilungsmischung und einem guten Dispersionsmischeffekt führt und die Schmelzeffizienz ist höher als bei der oberen Schnecke.

• Diese Doppelschnecke ähnelt dem kontinuierlichen Innenmischer der Farrel Company und wird hauptsächlich zum Mischen und Vorbereiten von Materialien mit hohem Füllstoffgehalt, Polymerlegierungen und reaktiver Extrusion usw. verwendet. Ihre Arbeitsgeschwindigkeit kann 200–300 U/min erreichen.

• Zylinder und Schnecke eines solchen gegenläufigen Doppelschneckenextruders sind integrale Strukturen, und Zylinder und Schnecke müssen nach Verschleiß als Ganzes ausgetauscht werden. Daher sind die Wartungskosten hoch. Und die Ausrüstung ist begrenzt.

• Die geometrischen Parameter der gegenläufigen Doppelschnecke bestimmen, dass ihr Längsflusskanal geschlossen werden kann, sodass das Material von der Schnecke nach vorne gedrückt wird, was als positive Verdrängung bezeichnet wird. Dadurch wird die stabile Extrusion zum Hauptmerkmal der gegenläufigen Doppelschneckenextrusion. 

• Die Förderleistung der gegenläufigen Doppelschnecke ist viel höher als die der gleichläufigen. Die Druckaufbaufähigkeit ist höher, sodass Produkte direkt extrudiert werden können. Aufgrund des Drucks des Materials auf die Schnecke wird die Schnecke jedoch gegen die Innenwand des Zylinders gedrückt, wodurch der Zylinder leicht verschleißt. Und je höher die Schneckendrehzahl, desto stärker ist der Verschleiß, sodass dieser Extruder nur mit niedriger Drehzahl (10–50 U/min) laufen kann.