양방향 트윈 스크류 압출기의 특성 및 스크류 조합의 기본 원리

맞물림형 이중 나사 압출기의 특징

이중 나사 압출기는 여러 가지 종류가 있습니다. 그중에서도 이중 나사 압출기는 플라스틱 산업에서 널리 사용되는 생산 및 가공 장비입니다. 이 유형의 압출기는 두 개의 “블록” 나사, 배럴, 동력장치, 온도 조절 장치 등으로 구성되며, 기체에 다수의 투입구와 진공/비진공 탈기구를 갖출 수 있습니다.

맞물림형 이중 나사 압출기의 주요 특성은 다음과 같습니다:

1. 두 개의 나사는 평행하게 같은 방향으로 회전하며, 접촉부와 배럴 사이에서 균일한 전단 효과를 발생시킵니다. 또한, 이러한 전단 효과의 강도는 나사 조합, 간격 설계 등을 통해 조정할 수 있습니다.
2. 나사 블록의 기하학적 구조와 공회전 특성 덕분에 나사는 우수한 재료 분산 및 혼합 능력을 갖추고 있어 혼합 작업에 적합합니다. 재료가 배럴 내부로 들어간 후 연화되면, 맞물림 부위에서 이중 나사가 서로 반대 방향으로 작용하기 때문에 한 나사는 재료를 맞물림 틈새로 끌어당기고, 다른 나사는 이를 틈새 밖으로 밀어내므로 재료는 한 나사에서 다른 나사로 이동하게 됩니다. 이 과정은 “∞” 형태의 움직임을 보이며, 맞물림 지점에서는 상대 속도가 매우 높아 재료의 혼합과 균일화에 매우 유리합니다. 또한 맞물림 영역의 틈새는 좁고, 반죽 부위의 나사선과 홈은 회전 방향이 서로 반대여서 높은 전단 효과를 나타내므로 균일한 가소화를 달성할 수 있습니다.
   3. 나사와 배럴은 조합됩니다. 나사 요소에는 운반 요소, 반죽 요소, 전단 요소, 역방향 나사 요소, 부스터 나사 요소 등 다양한 종류가 있으며, 각각 다른 역할을 수행합니다. 재료 처리의 필요에 따라 다양한 부품을 블록 방식으로 조합하고 최적화 설계를 통해 다양한 공정 조성의 재료 처리에 적응할 수 있습니다.
3. 동방향 이중 나사 압출기는 반응 능력을 갖추고 있습니다. 이는 동적 반응기로서, 재료가 배럴 내에서 용융된 후 중합, 접착 등 일련의 화학 반응을 거칠 수 있습니다. 반응성 압출은 주로 다음에 사용됩니다: 단량체 또는 올리고머의 중합(자유 라디칼 중합, 중합, 축합 및 공중합); 폴리올레핀의 제어 가능한 가교 결합 및 열화; 고분자의 접착 변형(고분자의 기능화 또는 극성 접착을 통해 재료 변형 및 가용화제 제조 목적 달성); 다양한 재료의 강제 혼합 변형. 또한 충전, 혼합, 인성 개선 및 강화와 같은 재료의 물리적 변형도 포함됩니다.

나사 조합의 기본 원리

이중 나사 압출기에서 나사는 주로 투입부, 용융부, 혼합부, 배기부 및 균질화부로 구분됩니다. 나사 요소에는 주로 운반, 용융, 전단, 재료 혼합, 체류 시간 조절 등이 포함됩니다. 이중 나사 압출기의 나사 부품들은 “블록” 방식으로 조합되며 실제 생산 요구에 따라 조정 가능하므로, 나사 조합은 이중 나사 압출 공정을 맞춤화하는 핵심입니다.

나사 조합은 주재료와 보조재료의 성능과 형상, 투입 순서와 위치, 배기구의 위치, 배럴의 온도 설정 등을 고려해야 합니다. 동시에 혼합 대상은 매우 다양하므로 각 특정 혼합 공정에 맞는 합리적인 나사 조합이 필요합니다. 그럼에도 불구하고 맞물림형 이중 나사 압출기의 나사 조합에는 따라야 할 기본 규칙들이 존재합니다.

다음은 나사 조합의 몇 가지 기본 원칙입니다.

(1) 투입구에서는 큰 리드 나사를 사용해 원활한 배출을 보장해야 합니다.
(2) 용융부에서는 작은 리드 나사를 사용해 압력을 형성하여 재료를 압축하고 용융시키며, 90°의 비정렬 각도를 가진 반죽 블록을 설치해 압력을 균형 있게 조정하거나, 30°의 비정렬 각도를 가진 반죽 블록을 사용해 재료를 초기에 분산하고 혼합할 수 있습니다.
(3) 혼합부에서는 주로 재료 입자를 절단하고 정제하며 분산시키는 것이 목표입니다. 이 부위의 나사 요소 설정은 매우 복잡하며 설계자의 풍부한 실무 경험을 필요로 합니다. 이 부위에서는 45°와 60°의 비정렬 각도를 가진 반죽 블록을 주로 사용해 전단을 강화하고, 치아형 요소나 “S'형 요소와 같은 특수 요소를 보조적으로 사용합니다.
그러나 주의할 점은 반죽 및 전단 요소를 너무 많이 설정하거나 너무 밀집하게 배열하지 말아야 하며, 너무 강하게 절단되지 않도록 해야 합니다. 또한 이 부위의 재료 운반 능력을 높이기 위해 나사 운반 요소는 간격을 두고 배치해야 하며, 즉 반죽 블록과 나사 운반 요소는 서로 엇갈리게 설치해야 합니다.
(4) 배기구나 진공구 앞에는 역방향 나사 요소나 역방향 반죽 블록을 설치하고, 배기구나 진공구에는 큰 리드 나사 요소를 설치하며, 배기구나 진공구 뒤에는 작은 리드 나사 요소를 설치해야 합니다.
(5) 균질화부에서는 나사 리드 경사를 작게 설정해 과급을 실현하고 역압 부위의 길이를 줄여야 합니다. 동시에 단일 헤드 나사와 넓은 나사 선을 사용해 배출 능력을 향상시키고 충전을 피하도록 주의해야 합니다.