압출기 스크류 요소가 트윈 스크류 압출 기계의 성능에 어떤 영향을 미치는가

압출기 성능에서 중요한 역할을 하는 압출기 스크류는 운반 요소, 전단 요소, 혼합 요소와 같은 다양한 유형의 압출기 스크류 요소로 구성됩니다. 이러한 스크류 요소는 단일 헤드 스크류 요소, 이중 헤드 스크류 요소, 삼중 헤드 스크류 요소를 포함한 하위 유형으로 제공되며, 이는 플라스틱 재료 블렌딩, 혼합 및 컴폰딩에 다양한 기능을 발휘합니다. 다양한 유형의 트윈 스크류 압출기 중에서 인터메싱 공동 회전 트윈 스크류 압출기는 플라스틱 산업에서 널리 사용됩니다. 따라서 이 기사에서 신뢰할 수 있는 압출기 및 압출기 스크류 요소 제조업체 및 공급업체인 Granuwel은 일반적으로 인터메싱 공동 회전 트윈 스크류 압출기에 사용되는 다양한 유형의 압출기 스크류 요소와 압출기 스크류 요소가 플라스틱 압출 공정에 미치는 영향을 안내합니다.

인터메싱 동회전 트윈스크류 압출기 특성

맞물리는 동회전 2축 압출기의 나사는 다음과 같은 주요 특징을 가지고 있습니다:
(1) 두 개의 나사는 평행하고 동일한 방향으로 회전하여 맞물리는 부분과 배럴 사이에 균일한 전단 작용을 생성합니다. 이 전단 작용의 강도는 나사 조합 및 간격 설계를 통해 조정할 수 있습니다.
(2) 스크류 요소의 기하학적 모양과 이들의 공회전 특성은 스크류에 우수한 재료 분배 및 혼합 기능을 부여하여 컴파운딩 작업에 적합합니다. 재료가 배럴에 들어가 부드러워진 후, 맞물림 지점에서 트윈 스크류의 반대 방향으로 인해 한 스크류가 재료를 맞물림 갭으로 끌어들이고 다른 스크류는 재료를 밀어냅니다. 따라서 재료는 "∞" 운동으로 한 스크류에서 다른 스크류로 전달됩니다. 이 운동은 맞물림 지점에서 상당한 상대 속도를 가지므로 재료 혼합 및 균질화에 매우 유익합니다. 또한, 맞물림 영역은 매우 작은 갭을 가지며 재료는 스크류 회전과 반대 방향으로 이동하여 균일한 가소화를 달성하는 높은 전단 작용을 일으킵니다.
(3) 동회전 트윈스크류 압출기는 반응성이 있으며 동적 반응기 역할을 합니다. 재료는 배럴에서 용융된 후 중합 및 그래프팅과 같은 일련의 화학 반응을 겪을 수 있습니다. 반응성 압출 가공은 주로 다음과 같은 용도로 사용됩니다. 단량체 또는 올리고머의 중합 반응(자유 라디칼 중합, 부가 중합, 축합 및 공중합 반응); 폴리올레핀의 제어된 가교 및 분해; 중합체의 그래프트 개질(중합체를 기능화 또는 분극시켜 재료 개질 및 상용화제 제조); 및 다양한 재료의 강제 블렌딩 개질. 또한 충전, 컴파운딩, 강화 및 보강과 같은 재료의 물리적 개질도 포함됩니다.
(4) 스크류 요소에는 운반 요소, 반죽 요소, 전단 요소, 역나사 요소, 압력 증가 나사 요소 등 다양한 유형이 있으며 각각 다른 기능을 제공합니다. 일반적인 빌딩 블록 스크류의 경우 다양한 요소를 재료 처리 요구 사항에 따라 빌딩 블록처럼 결합할 수 있으며 다양한 재료 제형의 처리를 수용하도록 최적화된 설계를 적용할 수 있습니다.

빌딩 블록 트윈 스크류 압출기 스크류 요소의 유형 및 특성

일반적으로 다양한 구조에 따라 스크류 요소의 일반적인 유형으로는 운반 요소, 전단 요소, 혼합 및 분산 요소 등이 있습니다.

(1) 전달 요소 

수송 요소는 전방 수송 스레드 요소와 역방향 수송 스레드 요소로 나뉩니다. 주요 차이점은 전방 수송 요소의 동작 방향이 압출 방향과 같고 역방향은 반대라는 것입니다. 역방향 동작은 재료의 전방 수송을 방해할 수 있으며, 주로 배럴에서 재료의 체류 시간을 연장하여 충진 정도와 재료 압력을 개선하고 혼합 효과를 크게 촉진합니다.

운반 스크류 요소를 설정할 때 그림 1과 같이 깊이, 리드, 스크류 능선 두께 및 클리어런스와 같은 특성을 고려하는 것이 중요합니다. 주요 기능은 재료를 운반하는 것이며, 운반 스크류 요소 부분에서 재료의 체류 시간은 비교적 짧습니다. 모든 특성 매개변수 중에서 리드는 가장 중요한 요소입니다. 스크류 요소의 리드가 클수록 압출량이 커지고 재료 체류 시간이 짧아지지만 이러한 조치는 혼합 품질을 저하시킵니다.

그림 1: 압출기 스크류의 운반 요소

참고: D = 나사 외경, d = 나사 바닥 직경, P = 피치, L = 리드

일반적으로 다음과 같은 시나리오가 있으며, 주로 대형 리드 스크류 요소를 사용합니다. 이송 동작과 함께 높은 압출 볼륨에 중점을 두는 경우, 배럴 내의 재료 체류 시간을 최소화하여 재료 분해를 줄여야 하는 열에 민감한 재료, 일반적으로 배기 포트에 적용되는 조합 구조를 고려할 때 재료 표면적을 늘리면 탈기에 도움이 됩니다.

혼합 성능을 중시하는 경우 중간 리드 스크류 요소를 선택하여 주로 리드가 점차 감소하는 조합에 적용하여 운반 및 가압의 목적을 달성합니다.

소형 리드 스크류 요소는 주로 용융 섹션에서 사용되어 가압을 달성하고 용융 효과를 개선하는 동시에 혼합 정도와 압출 시스템의 안정성을 높입니다.

(2) 전단 요소

전단 요소는 주로 반죽 블록을 말하며, 이는 높은 전단력을 제공하고 혼합을 분배하고 분산시키는 능력을 가지고 있습니다. 주요 매개변수에는 헤드 수, 두께 및 엇갈림 각도가 포함됩니다. 이들은 항상 쌍으로 또는 연속으로 사용되며, 인접한 반죽 블록 사이의 각도, 즉 엇갈림 각도가 있습니다. 두 나사의 맞물림 블록은 서로 가까워서 "연삭 디스크" 구조를 형성합니다. 재료는 배럴 내부에서 혼합되고 교환되며, 여러 개의 인접한 반죽 블록을 함께 결합하면 나선형 각도를 형성할 수 있으며, 이는 나사의 회전과 함께 나사 요소의 축을 따라 재료 혼합 및 교환을 촉진합니다.

그림 2: 압출기 스크류의 전단 요소

그림 2에 표시된 것처럼, α, 일반적으로 사용되는 매개변수는 30°, 45°, 60° 및 90°이며, 다른 매개변수는 다른 효과를 갖습니다. 스크류 요소가 앞쪽에 있을 때, 엇갈림 각도가 클수록 전달 용량이 낮아져 배럴에서 재료의 체류 시간이 길어지고 혼합 품질이 향상됩니다.

그림 2에 표시된 두께 t는 일반적으로 7~19mm로 다양하며, 사용 요구 사항에 따라 맞춤화되며 혼합 효과와 밀접한 관련이 있습니다. 두께가 증가함에 따라 생성된 전단력도 증가하고 혼합 효과는 덜 눈에 띄게 됩니다. 반대로 혼합 효과는 더 좋습니다.

운반 요소이든 전단 요소이든 관련 매개변수는 헤드의 수로, 그림 3에서 볼 수 있듯이 주로 단일 헤드, 이중 헤드, 삼중 헤드가 포함됩니다.

그림 3: 압출기 스크류의 단일, 이중 및 삼중 헤드 전단 요소

스크류 요소 회전이 정방향일 경우, 헤드가 많을수록 압출 전달 용량이 낮아지고, 생성 토크가 작아지고, 혼합 능력은 떨어지지만, 전단 작용은 강화됩니다. 회전이 역방향일 경우, 헤드가 많을수록 압출 전달 용량은 커지고 혼합 능력은 떨어집니다.

단일 헤드 나사 요소

두께가 두꺼울수록 재료 누출(역류)을 최소화할 수 있으며, 더블 헤드 스크류보다 용량이 작지만 이송 효율이 가장 높습니다.

더블 헤드 나사 요소

동회전 트윈 스크류의 기존 수송 요소로서, 트리플 헤드 요소보다 전단력이 낮습니다. 고체 공급, 용융물 수송, 탈기 및 용융물 수송에 사용됩니다. 주로 압출에 사용되며 균일한 가열과 우수한 자체 세척 성능의 특성을 가지고 있습니다.

3중 헤드 나사 요소

전단력이 더 높고 주로 용융, 분산 및 혼합에 사용됩니다. 배럴 내 재료의 압력 및 온도 분포가 더 유연해져 좋은 탈기 및 휘발 효과를 낼 수 있지만 출력은 낮습니다.

(3) 혼합요소 

일반적으로 혼합 요소는 톱니 요소(직선 및 나선형 이빨 포함)를 말하며, 이는 그림 4와 같이 나사 능선에 홈이 있는 나사 요소입니다. 홈 구조의 주요 기능은 인접한 나사 홈을 연결하고 서로 재료 혼합을 촉진하여 궁극적으로 용융물 균질화를 달성하고 재료 종방향 혼합 효과를 촉진하는 것입니다. 나사 능선에 홈이 있기 때문에 전달 용량과 가압 용량이 다소 감소하지만, 이는 나사 홈에서 재료 충진 정도를 증가시키고 재료 체류 시간을 증가시킵니다.

그림 4: 혼합 요소(직선 및 나선형 이빨을 포함한 이빨 요소 참조)

혼합 요소의 이빨의 수와 모양은 혼합 요구 사항의 핵심입니다. 이빨의 모양은 주로 재료의 흐름을 방해하여 재료의 균일성을 가속화할 수 있습니다. 이빨이 많을수록 혼합 효과가 더 눈에 띄지만 실제 사용에서는 전단이 과도하여 재료 분자에 불필요한 손상을 입히는지 시간에 따라 주의해야 합니다.

빌딩 블록 트윈 스크류 압출기 스크류 요소의 조합 응용

일반적으로 스크류 세트는 그림 5와 같이 다양한 기능에 따라 수송 섹션, 용융 섹션, 혼합 섹션, 탈기 섹션, 균질화 섹션의 5개 섹션으로 나눌 수 있습니다.

그림 5: 압출기 스크류의 5개 섹션(수송 섹션, 용융 섹션, 혼합 섹션, 탈기 섹션 및 균질화 섹션 포함)

수송 섹션

주로 재료를 운반하는 용도로 사용되며, 재료가 공급 포트에서 넘치지 않도록 방지합니다. 대형 납 운반 요소로 구성되어 있습니다.

용융 섹션

열 전달 및 마찰 전단을 통해 배럴의 재료가 완전히 녹고 균일해집니다. 작은 납 전달 요소로 구성됨.

믹싱 섹션

단일 성분 또는 다중 성분 재료를 서로 교환하며, 가장 좋은 상태는 완전한 혼합을 달성하는 것이며, 서로 다른 엇갈림 각도를 갖는 여러 그룹의 전단 요소와 혼합 요소로 구성됩니다.

탈기 섹션

주로 수분과 분자량이 작은 물질 및 기타 불순물을 물질계 밖으로 배출하여 정제를 달성하며, 대형 납 전달 요소로 구성되어 있습니다.
균질화 섹션:
주로 이송 및 가압을 위해 압출기 출구에서 재료 유체의 밀도를 어느 정도 높이는 동시에 혼합을 더욱 완벽하게 만들어 궁극적으로 안정적인 압출을 달성합니다. 소형 리드 이송 요소로 구성됨.

요약

트윈 스크류 압출기의 설계 및 적용에서 스크류 및 스크류 구성 요소는 성능을 결정하는 핵심 구성 요소입니다. 압출기 분야에서 심층적인 기술 축적과 혁신 능력을 갖춘 Nanjing Granuwel Machinery Co., Ltd.는 고객에게 일련의 고성능 트윈 스크류 압출기 솔루션을 제공합니다. 당사의 트윈 스크류 압출기는 뛰어난 혼합 효율성, 정밀한 용융 제어 및 안정적인 전달 성능으로 플라스틱 가공 산업의 고정밀 및 고효율 요구 사항을 충족합니다. 스크류 기하학적 매개변수의 정밀한 계산 및 최적화를 통해 첨단 가공 기술 및 재료 과학과 결합하여 Nanjing Granuwel Machinery Co., Ltd.는 다양한 공정 조건에서 압출기의 신뢰성과 내구성을 보장합니다. 당사의 제품은 기술을 선도할 뿐만 아니라 품질 관리 및 서비스 지원에 대한 당사의 전문적인 헌신을 보여줍니다. 당사는 플라스틱 가공 기술의 혁신과 개발을 촉진하기 위해 귀사와 협력하기를 기대합니다.