A polimer extrudálási folyamat a modern műanyagok gyártásának egyik legalapvetőbb műveletét képviseli, amely gerincét szolgálja a mindennapi életünket formáló műanyag termékek hatalmas sorozatának előállításához. A rendelkezésre álló különféle extrudálási technológiák közül az iker - csavarkiváló szerek különösen sokoldalú és hatékony gépekké váltak, kiváló keverési képességeket és pontos ellenőrzést kínálva az anyagfeldolgozási körülmények felett.
Ez az átfogó elemzés feltárja az iker - csavaros extrudálási rendszerekben a munkanélküli -mechanizmusokat és a technológiai fejlődést, különös tekintettel mind a CO - forgó és a - forgó konfigurációkra.
Az egyetlen - csavaros extruderekkel ellentétben az iker - csavargépek általában mért adagolási rendszereket alkalmaznak, és kifinomult szellőztetési mintákat tartalmaznak az illékony anyagok eltávolításához a feldolgozás során. Az alapvető szakaszok közé tartozik a szilárd szállítás, az olvadás és a keverés, a mérés és a nyomásgenerálás, mindegyik létfontosságú szerepet játszik az extrudált termék minőségének és következetességének meghatározásában.
Az ikrek legfontosabb előnye - Csavaros extruderek
A iker - csavarkiváló szerek egyik legjelentősebb előnye a polimer extrudálási folyamatban a szűkebb tartózkodási idő eloszlásában rejlik, mint az egyetlen - csavarrendszer. Ez a jellemző a - törlési képességből származik, amely az iker - csavarok mintáin és pozitív elmozdulási kapacitásukban rejlik, amely alapvetően különbözik az egy - csavarkiváló. Működés közben a legtöbb csavarcsatorna ikerben - A csavarrendszerek részlegesen kitöltött állapotban működnek, ami megkülönböztetett szilárd szállító és olvadási mechanizmusokhoz vezet, amelyek elkülönítik őket az egyes - csavarosoktól.
Counter - forgó iker - csavarmechanizmusok
Counter - Forgó iker - A csavar extruderek pozitív elmozdulási szivattyúkként excelálják, amelyek képesek mind az oldalsó, mind a hosszirányú bezárási funkciókat elérni. Az anyagi szállítási mechanizmus magában foglalja a polimer anyagok külön c - alakú kamrákba történő bezárását, amint azt a különféle műszaki vizsgálatok szemléltetik. Amikor a csavarok egy forgatást hajtanak végre, mindegyik C - alakú kamra egy hangmagassággal halad előre a szerszám felé, hatékonyan továbbadva az anyagot. Ez az anyagmozgáshoz ez a pontos ellenőrzés a - forgó rendszereket különösen alkalmasak a következetes kimenetet és a minimális pulzációt igénylő alkalmazásokhoz.
A - kifelé forgó iker - csavarkonfigurációkban az etetési folyamat előnyös a gravitáció, a súrlódási erők és a csavaros repülések és a csatornák közötti összeillesztési hatásból. Az anyagok könnyen bekerülnek az intermeszes résbe, ahol a naptárolási műveletekhez hasonló csiszolási és gördülési műveleteket tapasztalnak. Ez a "naptári hatás" az iker - csavarrendszerek megkülönböztető jellemzője, amely jelentősen hozzájárul a kiváló keverési és homogenizációs képességeikhez.
"Az olvadási mechanizmus a - forgó ikrek forgó - Csavaros extruderek alapvetően különbözik az egyetlen - csavarrendszerektől, az intermeding régió egyedi nyomás- és hőmérsékleti profilokat hoz létre, amelyek javítják az olvadási hatékonyságot és csökkentik a tartózkodási időbeli változást. A pozitív elmozdulási intézkedések még változó feldolgozási körülmények között is biztosítják a precíziós alkalmazást"
-} Jansen, Kmb, "Olvadás a számlálóban - forgó iker - Csavaros extruderek," Polymer Engineering & Science, 1978, Vol . 18, pp . 907-912.}}}}}}}}}}}}}}}}}}
Teljesítményszámítás
A - forgó iker - Csavarkiverzők átviteli számítása a pultot követi:
Q=2 nv - qT - Qs - Qv - Qt
Q=Teljes átviteli sebesség
N=csavarsebesség (1/s)
V=c - Kamara kötete
QT= hordó - csavarhosszig tartó szivárgás
Qs= naptárolási résszivárgás
Qv= oldalrés szivárgás
Qt= tetraéder szivárgás
C - Kamara térfogat számítása:
V=πdhw/cosφ
D=csavar külső átmérője
H=csatorna mélysége
W=csatorna szélessége
φ=Helix szög
Nyomásfejlesztési és áramlási jellemzők
A - forgó iker - csavaros extruderek nyomástermelő mechanizmusa egyedi tulajdonságokat mutat, amelyek befolyásolják a teljes polimer extrudálási folyamatot. A - nyomásépítés általában a szerszám vége közelében fordul elő, ahol az anyag teljesen kitölti a csavarcsatornákat. A pozitív elmozdulási mechanizmus miatt az extrudálási folyamat nyomás pulzációs tulajdonságokat mutat, amelyek enyhíthetők a multi - repülési szálak tervezésével.
Normál feldolgozási körülmények között a kitöltött csatornák száma megfelel a - magasabb szerszám -ellenállási ellenállásnak, amely hosszabb kitöltött hosszúságot eredményez, változatlan tengelyirányú nyomásgradiensekkel.
A táplálkozási sebesség és a csavarsebesség közötti kapcsolat megvizsgálásakor érdekes jelenségek merülnek fel. Az állandó betáplálási sebesség fenntartása, miközben növeli a csavarsebességet, csökkent a kitöltött hossz és a megnövekedett tengelyirányú nyomásgradiens, bár a szerszámnyomás állandó marad. Ez a viselkedés hangsúlyozza az operatív paraméterek kiegyensúlyozásának fontosságát az optimális feldolgozási feltételek elérése érdekében.
Olvadó mechanizmusok a - forgó rendszerekben
Az olvadási folyamat a - forgó iker - csavarkivitelben jelentős eltérést jelent az egyetlen - csavarrendszertől. A csavarcsatorna -tér felosztható a felső és alsó szakaszos zónákra a csavartengelyeket tartalmazó síkhoz képest. A kísérleti megfigyelések azt mutatják, hogy az olvadási zóna a csavarsebesség növekedésével vándorol a lefelé, a hagyományos szál elemek és a dagasztási blokk kombinációk között megkülönböztetett különbségekkel.
Alsó szakaszos zóna
Az alsó szakaszos zónában, amely általában teljesen meg van töltve anyaggal, a hordó belső felületével érintkezve először olvad, olvadékfóliát képez. A későbbi olvadási szakaszok során egy "tengeri - sziget" szerkezet alakul ki, mint a folyamatos fázis és a benne levő szilárd részecskék.
Szál elemek
A szál elemeken belül szignifikáns különbségek vannak a felső és az alsó szakaszos zónák között, az olvadás elsősorban az alsó zónában a hordóhővezetés révén. Az oldalsó távolság és a naptárgyűjtési résszivárgás -áramlások döntő szerepet játszanak az olvadási folyamatban.
Dagasztási lemezkonfigurációk
A lemezek konfigurációinak dagasztása során a felső és az alsó zónákban az olvadási folyamatok hasonlóan folytatódnak, a hőforrásokkal, beleértve mind a hordóvezetést, mind a viszkózus eloszlását. Ez elősegíti az anyagcserét és felgyorsítja az olvadás előrehaladását.
A "Sea - sziget" olvadási hatékonyság meghaladja a szilárd ágymodell hatékonyságát az egyetlen - csavaros extruderekben, hozzájárulva az iker - csavarrendszerek kiváló teljesítményéhez a polimer extrudálási folyamatban.
Co - forgó iker - csavaros működési alapelvek
Co - A forgó intermezing iker - A csavaros extruderek hasonlóságokkal rendelkeznek az egyetlen - csavarrendszerekkel makroszkopikus szempontból, de lényegesen több operatív változót kínálnak. Az előtolási sebesség független változóvá válik, míg a csavarkonfigurációs komplexitás drasztikusan növekszik a változó szál elem kombinációk révén. Az időtartamú és a clearance zónák jelenléte komplex anyagi áramlási mintákat hoz létre, ami megkülönböztetett extrudálási folyamatokat eredményez a különböző csavarkonfigurációkhoz.
Időzítő geometria
Idősítő geometriai szempontból a teljes oldalirányú és hosszanti bezárás elérése a CO - forgó rendszerekben lehetetlen, hogy a csatorna szélessége nagyobb legyen, mint a repülési szélesség. Modern self - törlési CO - forgó iker - A csavaros extruderek keskeny járatokat és széles csatornákat tartalmaznak, létrehozva egy spirális "figurát - 8" áthaladás a csavarok közötti csavarok között, levélszerű struktúrával az intermeszting zónában.
A CO - forgó iker - csavarok szállítási mechanizmusában a pozitív elmozdulást és a húzási áramlási transzportot kombinálják. A szélesebb repülési szélesség javítja a pozitív elmozdulási közvetítés hatásait, a legutóbbi vizualizációs kísérletek mélyebb betekintést nyújtanak a szilárd szállítási és olvadási folyamatokba.
Geng Xiaozheng professzor csapata által a pekingi kémiai technológiai egyetemen végzett kutatások megkülönböztetett különbségeket mutattak a pellet és a porok közötti szilárd szállító mechanizmusokban.
CO - forgó csavar geometria
8. ábra: spirális "Ábra - 8" szakasz a CO - forgó ikercsavaros extruderekben
Fejlett szilárd szállítmányozási vizsgálatok
| Anyagtípus | Közvetítő mechanizmus | Kitöltési tulajdonságok | Legfontosabb megfigyelések |
|---|---|---|---|
| Pellet | Pozitív elmozdulási szállítás | A csatorna fenekének teljesen kitölti az eltolás alatti etetést | A bal csavar nagyobb szállítási kapacitást mutat a jobb - csavar eltolás etetését |
| Porok | Mechanizmusok kombinációja | Bal - A csavar tölteléke meghaladja a jobb oldalt - Csavar kitöltés a mért táplálás során | A "8. ábra" áramlási mintázat akkor alakul ki, amikor az előtolási sebességek mindkét csavart kitöltik |
| Árvíz táplálék | A csavar kialakításától függ | Teljes száldarab magasabb ömlesztett sűrűséggel az elülső elemekben | Az elzáródás megakadályozására megköveteli a tömörítési fok illesztési fokát a szállító képességgel |
A pellet -szállító folyamatokban a pozitív elmozdulás transzportja dominál, csak a részecskék kis része mozog a csatorna irányai mentén. Az eltolásos táplálkozási körülmények között a csatorna feneke teljesen kitölti, bár a szállítási kapacitások a csavarok között különböznek. Például, a jobb - csavar eltolásos etetésével a bal csavar nagyobb szállító képességet mutat be. A porméretű etetés során a bal - csavar tölteléke meghaladja a jobb - csavar tölteléket. Alacsony adagolási sebességnél az alsó csatorna szakaszok kitöltenek, míg a jobb csavarok részben meg vannak töltve. Ha a takarmány sebessége elegendően növekszik, hogy mindkét csavart kitöltse, akkor mindkét csavarcsatorna mentén egy jellegzetes "8. ábra" áramlási mintázat alakul ki.
Olvadási zóna konfigurációk és energiafogyasztás
Az olvadási folyamat a legkritikusabb és energiát képviseli a - intenzív szakaszban a CO - forgó iker - csavar extrudálásában. A csavarkonfigurációk hatalmas variabilitása miatt a kvantitatív elemzés jelentős kihívásokat jelent. Todd, Curry, White és Potente által az 1990 -es években végzett kutatások jelentősen hozzájárultak e összetett jelenségek megértéséhez.
Olvadás sub - zónák
A korábbi kutatásokra épülve Geng professzor csapata új olvadó al - zóna koncepciót javasolt, felismerve, hogy a különböző olvadású - zónák energiát szereznek a - különféle mechanizmusok révén, néhány elsősorban konvektív hőátadás révén, mások súrlódási hőtermelés révén.
A fordított dagasztás blokk kombinációjának olvadásához az olvadási szakasz előremenő szál elemeket és downstream fordított daganatblokkokat tartalmaz. Az anyagok több különálló szakaszon mennek keresztül:
- A polimer részecskék szabad továbbítása és előmelegítése
- Teljesen vagy részben kitöltött szilárd dugók kialakulása
- Részecske súrlódása és műanyag eloszlás sűrű "tengeri - sziget" olvadási folyamatokkal
- Ritka szilárd fázisú tenger - sziget olvadás
- Olvadás befejezése
A változó hangmagasság -elemek és a változó csatorna szög csavarkonfigurációk hasonló olvadási folyamatokat mutatnak, egyedi jellemzőkkel. Materials progress through free particle conveying and preheating, partially filled solid plug melting, completely filled solid plug melting, particle friction and plastic dissipation with dense "sea-island" melting, sparse solid phase "sea-island" melting sub-zones, ultimately achieving complete melting.
Olvadási mechanizmusok és numerikus modellezés
Az olvadék -közvetítő mechanizmusok jelenlegi megértése a CO - forgó iker - A csavarkiváló szereket a véges elem és a véges térfogatú numerikus szimulációs technikák révén jelentősen javították. Az oldalirányban zárt, de hosszirányban nyitott self - törlése CO - forgó iker - csavar extruderek esetén a pozitív elmozdulási kapacitás korrelál a hosszirányú nyitási fokozattal a- kisebb nyílásokkal erősebb pozitív elmozdulást eredményez.
Olvadási áramlási jellemzők
A leggyakrabban használt self - keskeny - ikrek - csavarkiválasztók törlése esetén az olvadás, amely elsősorban a "8. ábra" spirális csatorna mentén követi a húzási áramlást. Teljes töltési körülmények között a csavarcsatornákon belül komplex sebességvektormezők alakulnak ki, a megfelelő nyomáseloszlások szignifikánsan változnak az axiális és kerületi irányok mentén.
Ezek az áramlási minták közvetlenül befolyásolják a keverési hatékonyságot és a termékminőséget a polimer extrudálási folyamatban. A numerikus modellezés lehetővé tette a kutatók számára, hogy megjelenítsék és számszerűsítsék ezeket a komplex áramlásokat, ami továbbfejlesztett csavarok tervezését és feldolgozási stratégiáit eredményezi.
Folyamat optimalizálási és ellenőrzési stratégiák
A polimer extrudálási folyamat optimalizálása ikerben - A csavarrendszerekhez a többszörös egymástól függő változó gondos mérlegelése szükséges. A csavarsebesség, az előtolási sebesség, a hordóhőmérsékleti profil és a csavarkonfiguráció mind jelentősen befolyásolja a termék minőségét és a folyamat hatékonyságát.
Modern vezérlőrendszerek
Helyezze be a kifinomult monitorozást és a paraméterek beállítását a valós - időbe, biztosítva a termékminőség következetes minőségét is.
Hőmérsékleti szabályozás
Az anyagi viszkozitást, az olvadási viselkedést és a degradációs kinetikát érintő kritikus tényező, amely pontos multi - zónavezérlés.
Paraméter -kiegyensúlyozás
Az optimális feldolgozási feltételek elérése érdekében a csavarsebesség, az előtolási sebesség és a hőmérséklet gondos kiegyensúlyozását igényli.
Konfigurációs hangolás
A moduláris csavaros tervek lehetővé teszik az egyes anyagok és alkalmazások optimalizálását az elem elrendezésén keresztül.
Az alkalmazások keverése és összetétele
Twin - A csavaros extruderek kiemelkednek az alkalmazások keverésében és összetételében, ahol kiváló elosztó és diszpergáló keverési képességeik lehetővé teszik a magas - minőségi vegyületek és keverékek előállítását. A polimer extrudálási folyamat ezekben az alkalmazásokban gyakran magában foglalja a különféle adalékanyagok, töltőanyagok és megerősítések beépítését a polimer mátrixba.
Az iker - csavarok intenzív keverését biztosítja, amely biztosítja az adalékanyagok egyenletes eloszlását a polimer mátrixban. A dagasztásokat és más speciális keverési elemeket stratégiailag el lehet helyezni a csavarhossz mentén, hogy szükség esetén célzott keverési intenzitást biztosítson.
A csavar kialakításának ez a moduláris megközelítése lehetővé teszi a processzorok számára, hogy optimalizálják a konkrét készítmények keverését, miközben minimalizálják a felesleges hő- és mechanikai feszültséget a hőre - érzékeny anyagok esetén. A csavarkonfiguráció beállításának rugalmassága a teljes csavarok cseréje nélkül jelentős előnyt jelent a kutatási és fejlesztési alkalmazásokban.
Szellőztetési és devolatilizációs képességek
A iker - csavarkiváló szerek megkülönböztető tulajdonsága a polimer extrudálási folyamatban a kiváló szellőző- és devolatilizációs képességeik. A iker - csavarozására jellemző, részben kitöltött csavarcsatornák ideális feltételeket hoznak létre az illékony eltávolításhoz.
A hordó mentén a szellőzőnyílások stratégiai elhelyezése lehetővé teszi a nedvesség, a maradék monomerek és más illékony alkatrészek hatékony eltávolítását termékvesztés vagy szellőzőnyílások árvíz nélkül. A multi - színpadi szellőztetési konfigurációk lehetővé teszik a progresszív illékony eltávolítást, a légköri szellőzőnyílásokkal, amelyek eltávolítják az ömlesztett illékony anyagokat, majd vákuumszellőzőnyílásokat követnek a nyomkomponensek eltávolításához.
Szellőztetési előnyök
- Stabil szellőzési feltételek a feldolgozás során
- A szellőzőnyílások árvízének csökkentése az egy - csavarrendszerekhez képest
- Képesség a nagy ingatag terhelések kezelésére
- Progresszív devolatilizálás a multi - színpadi terveken keresztül
- A fejlett szellőzőnyílások megakadályozzák az anyagvesztést
A stabil szellőzési feltételek fenntartásának képessége a feldolgozás közben jelentős előnyt jelent az egy - csavarrendszerekkel szemben, ahol a szellőzőnyílás stabilitása gyakran korlátozza az ablakokat. A fejlett szellőzőtervek, amelyek beépítik a szellőzőanyagokat vagy az oldalsó adagolókat, tovább javítják a működési rugalmasságot.
Scale - Témák és ipari megvalósítás
A polimer extrudálási folyamat - sikeres skála a laboratóriumból a termelési skáláig történő felkészülés megköveteli a skálázási kapcsolatok és azok folyamat teljesítményére gyakorolt hatásainak alapos megértését. A geometriai hasonlóság, miközben fenntartja a hasonló tartózkodási időket és a specifikus energiamennyiséget, képezi a legtöbb - UP stratégia alapját.
Törvényi törvények
A csavar átmérője és a különféle folyamatparaméterek közötti kapcsolat jól követi a - meghatározott méretezési törvényeket:
Az áteresztőképesség általában D -vel skáláz2.5D -nek D3, ahol D a csavar átmérőjét képviseli
Az energiafogyasztási skála nagyjából D -vel2.5
A specifikus energiabevitelnek (egység tömegenkénti energia) állandónak kell maradnia
A tartózkodási időt meg kell karbantartani vagy megfelelően beállítani
Ezek a kapcsolatok lehetővé teszik a produkció előrejelzését - skála teljesítménye a pilóta - skála kísérletei alapján, bár a progresszív skálán keresztüli validálás a - UP lépéseken keresztül továbbra is ajánlott a kritikus alkalmazásokhoz.
A legújabb technológiai fejlődés
Az iker - csavar extrudálási technológiájának legújabb fejlődése továbbra is bővíti a feldolgozási képességeket és javítja a polimer extrudálási folyamat hatékonyságát:
Magas - Teljesítménytervek
Magas - sebesség, magas - A nyomatéktervek lehetővé teszik a korábban elérhetetlen sebességgel történő feldolgozást, miközben megőrzik a termékminőséget.
Anyagi fejlesztések
A javított kohászat és a felszíni kezelések meghosszabbítják a berendezések élettartamát a csiszoló vagy korrozív anyagok feldolgozásakor.
Fejlett csavarok minták
Az új keverési elemek fokozott keverést biztosítanak a csökkentett energiafogyasztással.
Minőség -ellenőrzés és folyamatfigyelés
A következetes termékminőség fenntartása a polimer extrudálási folyamat során átfogó megfigyelő és vezérlő rendszereket igényel. A modern ikrek - A csavaros extruderek számos érzékelőt tartalmaznak, amelyek hőmérsékleteket, nyomásokat, nyomatékokat és egyéb kritikus paramétereket mérnek.
Az online reométerek és a spektroszkópos technikák valódi - A termék tulajdonságainak időértékelését biztosítják, lehetővé téve a folyamat eltéréseinek azonnali észlelését és korrekcióját. A statisztikai folyamat -ellenőrzési technikák segítenek azonosítani azokat a tendenciákat és mintákat, amelyek jelezhetik a problémák kialakulását, mielőtt azok befolyásolják a termék minőségét.
A minőségi adatok integrálása a folyamatparaméterekkel lehetővé teszi a prediktív modellek kidolgozását, amelyek a folyamatfeltételek alapján előrejelzik a minőségi problémákat. A minőségirányítás proaktív megközelítése csökkenti a hulladékot és javítja az általános folyamat hatékonyságát.
Környezetvédelmi és fenntarthatósági szempontok
A környezeti fenntarthatóság egyre inkább befolyásolja a polimer extrudálási folyamat kialakítását és működését. Twin - A csavaros extruderek döntő szerepet játszanak az újrahasznosítási műveletekben, ahol kiváló keverési képességeik lehetővé teszik a vegyes műanyag hulladékáramok feldolgozását.
Újrahasznosítási alkalmazások
A kiváló keverés lehetővé teszi a vegyes műanyag hulladékáramok feldolgozását a szennyező anyag eltávolítási képességekkel.
Energiahatékonyság
Az optimalizált minták és a hajtó rendszerek csökkentik az energiafogyasztást és a környezeti hatásokat.
Bio - alapú polimerek
Feldolgozási rugalmasság a bio - alapú és biológiailag lebontható polimer anyagokhoz.
Hővisszanyerés
A rendszerek a hulladékhőt rögzítik a termelési létesítmények másutt történő felhasználására.
A szennyező anyagok és illékony anyagok feldolgozása során történő eltávolításának képessége az ikrek - csavarrendszereket különösen alkalmassá teszik a - fogyasztói újrahasznosítási alkalmazásokhoz. A bio - alapú polimerek folyamatainak fejlesztése kibővíti a fenntartható anyagi lehetőségeket, iker - csavarkiválóval, amely biztosítja az ezekhez a gyakran kihívásokkal teli anyagokhoz szükséges feldolgozási rugalmasságot.