Как элементы шнека экструдера влияют на производительность двухшнековых экструзионных машин

Шнек экструдера, играющий важную роль в производительности экструзионной машины, состоит из различных типов элементов шнека экструдера, таких как элементы транспортировки, элементы сдвига, элементы смешивания. Эти элементы шнека также бывают подтипов, включая элементы шнека с одной головкой, элементы шнека с двойной головкой и элементы шнека с тройной головкой, которые выполняют различные функции при смешивании, перемешивании и компаундировании пластиковых материалов. Среди различных типов двухшнековых экструдеров в пластмассовой промышленности широко используется двухшнековый экструдер с взаимозацепляющимся вращающимся в одном направлении. Поэтому в этой статье Granuwel, ваш надежный производитель и поставщик экструзионных машин и элементов шнека экструдера, познакомит вас с различными типами элементов шнека экструдера, которые обычно используются в двухшнековых экструдерах с взаимозацепляющимся вращающимся в одном направлении, и с тем, как элементы шнека экструдера влияют на процесс экструзии пластика.

Характеристики двухшнекового экструдера с вращающимися в одном направлении шнеками

Шнеки двухшнекового экструдера с взаимозацепляющимися сонаправленными шнеками имеют следующие основные характеристики:
(1) Два винта вращаются параллельно и в одном направлении, создавая равномерное сдвигающее действие между их взаимодействующими частями и стволом. Интенсивность этого сдвигающего действия можно регулировать с помощью комбинации винтов и конструкции интервалов.
(2) Геометрическая форма элементов шнека и их совращающаяся природа наделяют шнеки превосходными возможностями распределения и смешивания материала, подходящими для операций компаундирования. После того, как материал попадает в цилиндр и размягчается, из-за противоположных направлений двух шнеков в точке зацепления один шнек втягивает материал в зазор зацепления, а другой выталкивает его. Таким образом, материал передается от одного шнека к другому в движении «∞». Это движение имеет значительную относительную скорость в точке зацепления, что очень полезно для смешивания и гомогенизации материала. Более того, область зацепления имеет очень маленький зазор, и материал движется в направлении, противоположном вращению шнека, что приводит к высокому сдвиговому действию, которое обеспечивает равномерную пластификацию.
(3) Двухшнековый экструдер с со-вращающимися шнеками обладает реактивными возможностями и действует как динамический реактор. Материалы могут подвергаться ряду химических реакций после расплавления в цилиндре, таких как полимеризация и прививка. Реактивная экструзионная обработка в основном используется для: реакций полимеризации мономеров или олигомеров (свободнорадикальная полимеризация, аддитивная полимеризация, конденсация и реакции сополимеризации); контролируемого сшивания и деградации полиолефинов; привитой модификации полимеров (функционализации или поляризации полимера для достижения модификации материала и приготовления компатибилизаторов); и модификации принудительного смешивания различных материалов. Она также включает физическую модификацию материалов, такую как заполнение, компаундирование, упрочнение и армирование.
(4) Существует много типов элементов шнека, включая элементы транспортировки, элементы замешивания, элементы сдвига, элементы обратной резьбы и элементы резьбы, увеличивающие давление, каждый из которых выполняет различные функции. Для обычных винтовых блоков-конструкторов различные элементы могут быть объединены как строительные блоки в соответствии с потребностями обработки материала, и может быть применена оптимизированная конструкция для обработки различных формул материалов.

Типы и характеристики элементов шнека двухшнекового экструдера Building-Block

В обычных условиях, в зависимости от конструкции, к общим типам винтовых элементов относятся транспортирующие элементы, сдвигающие элементы, смесительные и диспергирующие элементы и т. д.

(1) Транспортные элементы 

Транспортирующие элементы делятся на элементы прямой транспортирующей нити и элементы обратной транспортирующей нити. Главное отличие заключается в том, что направление действия элемента прямой транспортирующей нити совпадает с направлением экструзии, а обратное — наоборот. Обратное действие может препятствовать прямой транспортировке материала, в основном для увеличения времени пребывания материала в цилиндре, тем самым улучшая степень заполнения и давление материала, что значительно способствует эффекту смешивания.

При установке элементов транспортирующего шнека важно учитывать такие характеристики, как глубина, шаг, толщина гребня шнека и зазор, как показано на рисунке 1. Его основная функция заключается в транспортировке материала, а время пребывания материала в части элемента транспортирующего шнека относительно короткое. Среди всех характерных параметров шаг является наиболее критическим фактором. Чем больше шаг элемента шнека, тем выше объем экструзии и тем короче время пребывания материала, но такое действие снизит качество смешивания.

Рисунок 1: Транспортирующие элементы шнека экструдера

Примечание: D = наружный диаметр винта, d = диаметр дна винта, P = шаг, L = ход резьбы

Обычно существуют следующие сценарии, в основном с использованием крупных элементов ходового винта: случаи, когда акцент делается на большой объем экструзии с транспортирующим действием; термочувствительные материалы, когда необходимо минимизировать время пребывания материала в цилиндре для снижения деградации материала; учитывая комбинированную структуру, обычно применяемую в выпускном отверстии, увеличение площади поверхности материала способствует дегазации.

При акцентировании внимания на производительности смешивания выбираются элементы со средним шагом резьбы, применяемые в основном в комбинациях, где шаг резьбы постепенно уменьшается, выполняя функции транспортировки и создания давления.

Небольшие элементы ходового винта в основном используются в секции плавления для достижения давления и улучшения эффектов плавления, а также для повышения степени смешивания и стабильности системы экструзии.

(2) Элементы сдвига

Элементы сдвига в основном относятся к месильным блокам, которые обеспечивают высокое усилие сдвига и обладают способностью распределять и рассеивать смешивание. Основные параметры включают количество головок, толщину и угол смещения. Они всегда используются парами или последовательно, с углом между соседними месильными блоками, т. е. углом смещения. Взаимозацепляющиеся блоки на двух шнеках находятся близко друг к другу, образуя структуру «шлифовального диска». Материалы смешиваются и обмениваются внутри цилиндра, а несколько соседних месильных блоков, объединенных вместе, могут образовывать спиральный угол, который при вращении шнеков способствует смешиванию и обмену материалов вдоль оси шнекового элемента.

Рисунок 2: Срезающие элементы шнека экструдера

Угол шатания, как показано на рисунке 2, α, обычно используемые параметры включают 30°, 45°, 60° и 90°, причем различные параметры имеют различные эффекты. Когда элемент шнека находится впереди, чем больше угол шатания, тем ниже производительность транспортировки, что увеличивает время пребывания материала в цилиндре и повышает качество смешивания.

Толщина, как показано на рисунке 2, t, обычно варьируется от 7 до 19 мм, настраивается в соответствии с требованиями использования, тесно связана с эффектом смешивания. По мере увеличения толщины увеличивается также создаваемое усилие сдвига, и эффект смешивания становится менее заметным; наоборот, эффект смешивания лучше.

Независимо от того, является ли это элементом транспортировки или режущим элементом, задействованным параметром является количество головок, в основном это одинарные, двойные и тройные головки, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3: Одинарные, двойные и тройные режущие элементы шнека экструдера

При вращении шнекового элемента вперед, чем больше головок, тем ниже производительность экструзии, меньше создаваемый крутящий момент и хуже перемешивающая способность, но усиливается сдвиговое действие; при вращении в обратном направлении, чем больше головок, тем выше производительность экструзии и хуже перемешивающая способность.

Элемент с одной головкой винта

Большая толщина может минимизировать утечку материала (обратный поток); имеет меньшую пропускную способность, чем двухголовый шнек; эффективность транспортировки самая высокая.

Элемент с двойной головкой

Как обычный транспортирующий элемент в двухшнековых соосных шнеках; имеет меньшую силу сдвига, чем элемент с тройной головкой; используется для подачи твердого вещества, транспортировки расплава, дегазации и транспортировки расплава. В основном используется для экструзии, имеет характеристику равномерного нагрева и хорошую самоочищаемость.

Элемент с тройной головкой винта

Он имеет более высокую силу сдвига и в основном используется для плавления, дисперсии и смешивания. Он позволяет сделать распределение давления и температуры материала в цилиндре более гибким, что обеспечивает хорошие эффекты дегазации и испарения, но выход ниже.

(3) Смешивание элементов 

Обычно элементы смешивания относятся к зубчатым элементам (включая прямые и винтовые зубья), которые являются элементами шнека с канавками на гребне шнека, как показано на рисунке 4. Основная функция структуры канавки заключается в соединении соседних канавок шнека и содействии смешиванию материала друг с другом, в конечном итоге достигая гомогенизации расплава и способствуя эффектам продольного смешивания материала. Поскольку гребень шнека канавчатый, его пропускная способность и способность создания давления несколько снижаются, но это также увеличивает степень заполнения материала в канавке шнека и увеличивает время пребывания материала

Рисунок 4: Смесительные элементы (см. зубчатые элементы, (включая прямые и спиральные зубья)

Количество и форма зубцов смешивающего элемента являются ключевыми для требований смешивания. Форма зубцов в основном служит для нарушения потока материала, что может ускорить однородность материала. Чем больше зубцов, тем заметнее эффект смешивания, но при реальном использовании необходимо вовремя обращать внимание на то, является ли сдвиг чрезмерным и вызывает ли он ненужные повреждения молекул материала.

Комбинированное применение элементов шнека двухшнекового экструдера-строительного блока

В обычных условиях полный набор шнеков можно разделить на пять секций в соответствии с различными функциями: секция транспортировки, секция плавления, секция смешивания, секция дегазации и секция гомогенизации, как показано на рисунке 5.

Рисунок 5: Пять секций шнеков экструдера (включая секцию транспортировки, секцию плавления, секцию смешивания, секцию дегазации и секцию гомогенизации)

Секция транспортировки

В основном для транспортировки материала, а также для предотвращения переполнения загрузочного отверстия материалом; оснащен крупными свинцовыми транспортировочными элементами.

Плавильная секция

Благодаря теплопередаче и сдвигу трением материал в стволе полностью расплавляется и становится однородным. Сконфигурирован с небольшими свинцовыми транспортирующими элементами.

Секция смешивания

Однокомпонентные или многокомпонентные материалы обмениваются друг с другом, и наилучшим состоянием является достижение полного смешивания; конфигурация включает несколько групп сдвигающих элементов с различными углами смещения и смесительных элементов.

Секция дегазации

В основном для удаления влаги, низкомолекулярных веществ и других примесей из материальной системы с целью достижения очистки; сконфигурирован с крупными свинцовыми транспортирующими элементами.
Секция гомогенизации:
В основном для транспортировки и нагнетания давления, увеличения плотности текучего материала на выходе из экструдера до определенной степени, а также для более полного смешивания, в конечном итоге достигая стабильной экструзии. Сконфигурирован с небольшими свинцовыми транспортными элементами.

Краткое содержание

При проектировании и применении двухшнекового экструдера шнек и его компоненты являются основными компонентами, определяющими его производительность. Nanjing Granuwel Machinery Co., Ltd. с его глубоким накоплением технологий и инновационными возможностями в области экструдеров, чтобы предоставить клиентам ряд высокопроизводительных решений двухшнековых экструдеров. Наши двухшнековые экструдеры отвечают высоким требованиям точности и высокой эффективности в отрасли переработки пластмасс благодаря своей превосходной эффективности смешивания, точному контролю плавления и стабильной производительности транспортировки. Благодаря точному расчету и оптимизации геометрических параметров шнека в сочетании с передовыми технологиями обработки и материаловедения Nanjing Granuwel Machinery Co., Ltd. обеспечивает надежность и долговечность экструдеров в различных технологических условиях. Наши продукты не только лидируют в технологии, но и демонстрируют нашу профессиональную приверженность контролю качества и сервисной поддержке. Мы с нетерпением ждем возможности работать с вами, чтобы стимулировать инновации и развитие технологии переработки пластмасс.