Как элементы шнека двухшнекового экструдера влияют на плавление, смешивание и стабильность переработки

Среди многих пользователей двухшнековых экструдеров можно наблюдать распространенное явление: после покупки машины конфигурация шнека остается точно такой же, как в день ее выпуска с завода, даже после многих лет эксплуатации.

Поступают новые материалы, разрабатываются новые рецептуры, меняются требования заказчиков — а конфигурация шнека остается неизменной. Машина по-прежнему может производить продукцию, но вопрос в том, насколько плавно, последовательно и со стабильным качеством протекает процесс.

Сегодня мы разберем логику шести основных функциональных зон элементы шнека двухшнекового экструдера и предоставим практические рекомендации по оптимизации конфигурации шнека.

1. Зона подачи

Зона подачи имеет одну основную задачу: обеспечить плавное и равномерное поступление материалов различной формы в шнек.

Порошки склонны к образованию сводов, а волокнистые материалы могут запутываться при подаче. Типичным решением является использование элементов шнека элементов шнека экструдера с большим шагом для прямого транспортирования. Больший объем витка шнека и более широкий канал обеспечивают достаточное пространство для эффективного поступления различных типов материалов в экструзионную систему.

Тот же принцип применяется к секции непосредственно под выходным отверстием для подачи вниз по потоку. элементов шнека с большим шагом поддерживают низкую степень заполнения в восходящей секции, оставляя достаточный свободный объем для ввода дополнительных материалов.

2. Зона транспортировки твердого материала

Если порошкообразные материалы не уплотнены должным образом перед поступлением в зону плавления, возникнут проблемы — захваченный воздух внутри материала может привести к неполному плавлению, плохому диспергированию и нестабильной переработке.

Ключевая функция этой зоны — преобразование рыхлых материалов в уплотненный твердый слой.

Общий подход заключается в постепенном уменьшении шага транспортирующих элементов шнека экструдера. Начиная с элементов с большим шагом для прямого транспортирования, объем канала шнека постепенно уменьшается, поэтапно сжимая материал.

Однако скорость сжатия должна тщательно контролироваться. При переработке гранул при относительно низких температурах корпуса чрезмерное уменьшение шага может привести к чрезмерному заполнению и даже перегрузке экструдера.

3. Зона плавления и пластификации

Цель зоны плавления — достичь полного и равномерного плавления в контролируемых температурных условиях, избегая ненужного подвода тепла.

В двухшнековой экструзии большая часть дополнительного тепла поступает от механической энергии, генерируемой вращением и сдвигом шнека. Поэтому зона плавления должна включать различные типы элементов шнека экструдера, такие как:

• Смесительные блоки
• Элементы шнека с обратным транспортированием
• Специальные нестандартные смесительные элементы, вдохновленные конструкцией роторов внутренних смесителей

Эти элементы должны располагаться в тщательно выбранных осевых положениях и эффективно сочетаться с вышележащими элементами прямого транспортирования.

Эффективность конструкции зоны плавления должна оцениваться по тому, насколько эффективно она преобразует энергию механического сдвига в энергию плавления.

Хорошо спроектированная комбинация элементы шнека двухшнекового экструдера позволяет материалу быстро и полностью расплавиться без ненужного повышения температуры. Цель состоит в том, чтобы максимизировать энергию, используемую для плавления, а не тратить энергию, просто повышая температуру расплава.

Чтобы избежать чрезмерных градиентов температуры в зоне плавления, элементы сдвига и транспортирующие элементы часто располагаются попеременно, позволяя подводу энергии постепенно распределяться по длине шнека.

4. Зона дегазации

Перелив материала из разгрузочного отверстия является одной из наиболее распространенных проблем, возникающих при двухшнековой экструзии.

Обычно существует две основные причины:

1. Недостаточное уплотнение перед зоной вентиляции

Если давление расплава не создается должным образом выше по потоку, материал может продолжать течь к разгрузочному отверстию через каналы шнека.

Решением является добавление элементов шнека с обратным транспортированием или обратных смесительных блоков перед зоной вентиляции для создания уплотняющего эффекта и создания достаточного давления.

2. Чрезмерное заполнение в зоне вентиляции

Если канал шнека в зоне дегазации переполнен, газы не могут эффективно выходить. Вместо этого давление выталкивает расплавленный материал к разгрузочному отверстию.

Зона дегазации обычно должна использовать транспортирующие элементов шнека экструдера с большим шагом для распределения материала в более тонкий слой расплава, позволяя газам и влаге плавно выходить.

5. Зона транспортировки расплава

Основная цель секции транспортировки расплава — создание давления и доставка материала к фильере.

Давление может генерироваться только в полностью заполненной секции шнека. Без полного заполнения стабильное давление не может быть достигнуто.

Способность элементы шнека двухшнекового экструдера к созданию давления зависит в основном от:

• Шаг шнека
• Количество витков шнека
• Длина секции создания давления

Поскольку генерация давления неизбежно вызывает дополнительное повышение температуры, секция создания давления должна быть как можно короче. Задача состоит в том, чтобы достичь требуемого давления на максимально коротком расстоянии, минимизируя ненужный подвод энергии.

Особое внимание также следует уделить зоне транспортировки расплава ниже по потоку после разгрузочного отверстия. Если степень заполнения не контролируется должным образом, полностью заполненная зона может распространиться обратно к разгрузочному отверстию, вызывая утечку материала или перелив через разгрузочное отверстие.

6. Зона смешивания

Смешивание является одной из важнейших функций двухшнековых экструдеров.

Важно понимать один ключевой момент: в процессе плавления полимерных смесей размер дисперсных фаз резко уменьшается. Первоначальные частицы или порошкообразные материалы размером в миллиметры могут быстро уменьшиться до десятков микрон после плавления.

Как только полимерная система полностью расплавлена, дальнейшее уменьшение размера дисперсных фаз становится гораздо более ограниченным.

Следовательно, достижение превосходной производительности смешивания в значительной степени зависит от конструкции зоны плавления и расположения элементов шнека экструдера.

Выбор смесительных элементов шнека зависит от цели переработки:

• Для смешивания полимеров обычно уделяется внимание балансу распределительного и диспергирующего смешивания.
• Для модификации наполнителями конструкция должна учитывать диспергирование наполнителя, интенсивность сдвига и риски деградации материала.

Количество, угол и расположение смесительных блоков должны быть оптимизированы в соответствии с конкретной рецептурой и требованиями переработки.

Контрольный список для проверки элементов шнека двухшнекового экструдера

Во время следующего технического обслуживания или проверки шнека инженеры могут рассмотреть следующие пункты:

Конфигурация шнека не должна быть «зафиксирована навсегда»

Исходная конфигурация шнека, поставляемая производителем оборудования, обычно предназначена для общих условий переработки.

Однако каждый производитель перерабатывает различные материалы, использует разные рецептуры и имеет разные требования к продукции.

Следовательно, элементы шнека двухшнекового экструдера не следует рассматривать как фиксированную конфигурацию. Путем правильного выбора и комбинации транспортирующих элементов, смесительных блоков, обратных элементов и смесительных элементов конфигурация шнека может быть оптимизирована для конкретных применений.

Хорошо спроектированная конфигурация элементов шнека экструдера может улучшить:

• Эффективность плавления
• Качество смешивания
• Стабильность производительности
• Энергоэффективность
• Стабильность качества продукции

Правильный дизайн шнека — это не просто замена деталей, а создание оптимального решения для переработки каждой материальной системы.