Характеристики співнаправлених двошнекових екструдерів та основні принципи комбінування шнеків

Особливості двоспіральних екструдерів зі співзвучним обертанням

Існує багато типів двоспіральних екструдерів. Серед них двоспіральні екструдери є різновидом виробничого та технологічного обладнання, широко застосовуваного в пластмасовій промисловості. Цей тип екструдера являє собою поєднання двох “конструкторських” шнурів, циліндра, силового агрегату, пристрою регулювання температури тощо і може мати кілька входів для подачі матеріалу та порти для вакуумної чи невакуумної дегазації на корпусі.

Основні характеристики двоспіральних екструдерів зі співзвучним обертанням такі:

1. Два шнурі обертаються паралельно та в одному напрямку, створюючи однорідний зсувний ефект між контактною частиною та циліндром. Крім того, інтенсивність цього зсувного ефекту можна регулювати за допомогою комбінування шнурів, конструкції міжшнурного простору тощо.
2. Геометрія та співзвучне обертання блоку шнурів забезпечують шнурі гарне розподілення та змішування матеріалу, що підходить для процесу змішування. Після того як матеріал потрапляє до циліндра, він пом'якшується; оскільки двоспіральний шнур у місці співзвучного обертання рухається у протилежному напрямку, один шнур затягує матеріал у щілину співзвучного обертання, а інший — виштовхує його з цієї щілини, таким чином матеріал переноситься від одного шнура до іншого, рухаючись “∞”. Цей рух має велику відносну швидкість у точці співзвучного обертання, що сприяє змішуванню та вирівнюванню матеріалу; при цьому щілина співзвучного обертання маленька, а хід та жолоб у місці замішування мають протилежну швидкість і високий зсувний ефект, що забезпечує однорідне пластифікування.
   3. Шнур і циліндр поєднуються. Існує багато видів різьблених елементів, зокрема елементи транспортування, замішування, зсуву, зворотні різьблені елементи та елементи-підсилювачі тощо, кожен з яких виконує різні ролі. Залежно від потреб обробки матеріалу різні компоненти поєднуються за принципом конструктора, а завдяки оптимізаційному проектуванню можна адаптувати їх до обробки різноманітних матеріалів за різними технологічними рецептами.
3. Коаксіальний двоспіральний екструдер має здатність до реакції. Він є динамічним реактором. Після розплавлення матеріалу в циліндрі він може проходити низку хімічних реакцій, таких як полімеризація та грунтування. Реактивне екструзію використовують переважно для: полімеризації мономерів або олігомерів (полімеризація вільним радикалом, полімеризація, конденсація та сополімеризація); контрольованого зшивання та деградації поліолефінів; модифікації полімерів методом грунтування (функціоналізація або полярність грунтування полімерів для досягнення мети модифікації матеріалів та підготовки розчинників); примусової модифікації різноманітних матеріалів. Також включає фізичну модифікацію матеріалів, таку як заповнення, змішування, загартування та зміцнення.

Основні принципи комбінування шнурів

У двоспіральному екструдері шнур поділяється переважно на секцію подачі, секцію плавлення, секцію змішування, секцію відводу та секцію гомогенізації. Різьблені елементи включають переважно транспортування, плавлення, зсув, змішування матеріалу, контроль часу перебування тощо. Різьблені компоненти двоспірального екструдера поєднуються за принципом “конструктора” і можуть регулюватися залежно від різних виробничих потреб на практиці, тому комбінування шнурів є ключем до адаптації процесу двоспіральної екструзії.

При комбінуванні шнурів слід враховувати характеристики та форму основних і допоміжних матеріалів, порядок та положення подачі, розташування відводного отвору, налаштування температури циліндра тощо. У той же час об’єкти змішування дуже різноманітні, і для кожного конкретного процесу змішування необхідне раціональне комбінування шнурів. Незважаючи на це, існують базові правила, яких треба дотримуватися при комбінуванні шнурів у двоспіральних екструдерах.

Ось кілька основних принципів комбінування шнурів.

(1) На вході для подачі слід використовувати шнур з великим кроком, щоб забезпечити безперешкодне вивантаження.
(2) У секції плавлення слід використовувати шнур з маленьким кроком, щоб створити тиск, що дозволяє зжати та розплавити матеріал; блок замішування з кутом зміщення 90° можна встановити для збалансування тиску, або ж блок замішування з кутом зміщення 30° можна використати для початкового розподілу та змішування матеріалу.
(3) У секції змішування головна мета — розрізати, очистити та розсіяти частинки матеріалу. Налаштування різьблених елементів у цьому відрізку дуже складне і вимагає багатого практичного досвіду проектувальників. У цій секції переважно використовують блоки замішування з кутом зміщення 45° та 60° для посилення зсуву, а також допоміжні елементи, такі як зубчасті елементи або елементи у формі букви “S”.
Проте слід звернути увагу, що елементи замішування та зсуву не слід встановлювати занадто часто і не розташовувати їх надто щільно, щоб не розрізати матеріал занадто сильно. Крім того, для посилення транспортної здатності цієї секції матеріалу різьблені транспортні елементи слід розташовувати з інтервалом, тобто блок замішування та різьблені транспортні елементи повинні чергуватися.
(4) Перед відводним або вакуумним отвором слід встановити зворотний різьбленний елемент або зворотний блок замішування; на самому відводному або вакуумному отворі слід встановити елемент з великим кроком, а після відводного або вакуумного отвору — елемент з маленьким кроком.
(5) У секції гомогенізації градієнт кроку різьблення має бути невеликим, щоб досягти надмірного нагнітання та скоротити довжину секції заднього тиску. У той же час слід звернути увагу на використання одношнурних та широких різьблення для покращення здатності вивантаження та запобігання зарядженню.