Как настроить двухшнековый экструдер

Двумя основными типами смешивания при рецептуре являются дисперсия и распределение.

Когда мы действительно хотим, чтобы добавка была равномерно распределена по полимерной матрице, мы бы заявили, что нам необходимо улучшить дисперсию.Или мы проектируем шнек с распределительным смесительным элементом, но материал легко агломерируется, и перед распределением его необходимо сначала диспергировать.

В этой статье рассматриваются различия в смешивании этих типов и способы улучшения одного типа по сравнению с другим.

Когда материал подается в двухшнековый экструдер, материал падает из питателя на подающий шнек.Для этого обсуждения мы будем предполагать, что каждый материал является отдельным и независимым, как если бы он подавался индивидуально.На практике материалы можно подавать индивидуально через отдельные питатели или материалы можно предварительно смешивать в одну партию.

Дисперсия — это процесс разделения более крупных частиц на более мелкие до тех пор, пока они не достигнут окончательного минимального размера частиц.Дисперсия необходима для разрушения липких материалов, которые имеют тенденцию к комкованию.

Распределение – это равномерное перемешивание частиц по всей полимерной матрице.

В двухшнековом экструдере эти два механизма в основном действуют одновременно, но при необходимости их можно регулировать для усиления одного или другого.

Когда расходиться

Многие составные операции обычно не требуют рассеяния.Многие добавки и наполнители по своей природе подаются в виде сыпучих уникальных отдельных частиц, которые необходимо распределить по полимеру, чтобы они были полностью включены.

Но материалы, которые имеют тенденцию слипаться и образовывать комки или комки, их необходимо диспергировать.

Углеродная сажа — один из лучших примеров липкого материала с высоким сродством к агломератам.Отдельные частицы технического углерода сливаются вместе, образуя агрегаты во время реакции горения.Эти агрегаты представляют собой первичные частицы технического углерода и имеют наименьший размер, до которого сажа может быть расщеплена в процессе компаундирования.Агрегаты технического углерода удерживаются вместе слабыми силами, образуя агломераты.Агломераты должны быть диспергированы внутри полимера для получения соединения, которое полностью и равномерно демонстрирует желаемый черный цвет.

Смешивается в двухшнековом экструдере

Основным элементом, используемым для смешивания в двухшнековом экструдере, является месильный блок.Месильный блок прикладывает усилия сдвига к смешиваемым материалам, чтобы смешать их путем диспергирования, распределения и гомогенизации.

Тремя ключевыми характеристиками месильного блока с точки зрения смешивания являются длина элементов, количество дисков и угол смещения дисков относительно друг друга.Если месильный блок короче, скажем, 30 мм в длину, каждый диск будет иметь ширину всего 5 мм.Конечно, если месильный блок будет в два раза длиннее, каждый диск станет пропорционально шире, при условии, что количество дисков останется прежним.

Ширина диска напрямую влияет на силу сдвига, действующую на полимер.Когда широкий диск вращается вокруг оси винта, перед диском образуется лужа расплавленного полимера.Диск оказывает давление на полимер, «прижимая» материал к внутренней стенке цилиндра, создавая в материале канавки.Силы сдвига здесь довольно высоки, что способствует диспергированию.

По мере того, как ширина диска сужается, полимер течет вокруг диска, и узкий диск месильного блока разрезает полимер, оказывая срезающее действие.Эта функция в основном способствует распределительному смешиванию путем перемешивания полимеров и добавок.Расплав разделяется одним диском и затем накрывается другим диском.

Таким образом, основным фактором при проектировании шнеков, касающихся смешивания, является ширина диска месильного блока.Если требуется распыление, то подойдет широкая кастрюля.Узкие диски предпочтительны, если материал необходимо только распределить по полимерной матрице.

Эффект смещенного угла

Угол смещения — еще один фактор, который следует учитывать при смешивании.Чем меньше угол смещения, тем больше полимера транспортируется в экструдер.По мере увеличения угла наклона движение вперед этой области шнека уменьшается, вызывая обратный поток полимера в экструдере.Когда материал блокируется, работа над полимером увеличивается, поскольку поступательное движение соединения уменьшается с каждым оборотом шнека, что обеспечивает более интенсивное перемешивание.

Когда угол смещения достигает 90 градусов, материал больше не перемещается из-за вращения шнека, поэтому 90-градусный месильный блок является нейтральным транспортирующим элементом.Движение вперед, которое фактически происходит в этом случае, происходит из-за того, что материал выталкивается из верхнего элемента после подачи, проталкивая компаунд вдоль экструдера.

Элементы встречной накачки (также известные как левые элементы) перекачивают материал вверх по потоку от экструдера, чтобы противостоять движению вперед по всему экструдеру.Этот баланс между входными передними транспортирующими элементами и промежуточными или обратными транспортирующими элементами приводит к тому, что секция смешивания сильно заполняется материалом.Напротив, секция смешивания, состоящая только из месильных блоков, транспортирующих вперед (возможно, все месильные блоки под углом 45 градусов), будет содержать наименьшее количество материала в этой секции, поскольку он будет выталкиваться так же быстро, как и поступает.

Соблазнительно стремиться к сильному миксу во всех ситуациях, когда вы можете быть уверены, что все хорошо распределено.Однако делать это во всех случаях было бы ошибкой.

Сколько нужно смешать?

Чем интенсивнее перемешивание, тем больше работы передается соединению.По мере увеличения рабочей нагрузки температура расплава будет значительно возрастать.

1. Более широкий диск будет создавать более высокие силы сдвига, что приведет к увеличению температуры расплава.

2. Более интенсивная секция смешивания (много блоков обратного или нейтрального замеса) приведет к большей переработке компаунда, что, в свою очередь, приведет к более высокой температуре плавления.

3. Секция ограниченного смешивания также должна быть спроектирована таким образом, чтобы обеспечить достаточное движение вперед и не снижать скорость.

4. Аналогичным образом, слишком осторожное использование смесительной части может привести к неравномерному смешиванию и ухудшению качества продукта.

Шнек более прочный и поэтому обладает более дисперсионными свойствами.В этой секции смешивания используется более широкий диск и два месительных блока с большим смещенным углом, за которыми следуют нейтральный месильный блок и обратный месильный блок.Подобные конструкции можно использовать с высоким содержанием пигментов или наполнителей, которые трудно смешивать.На конструкции ниже показан только месильный блок с прямой транспортировкой, за которым следует один нейтральный месильный блок.Идея состоит в том, чтобы аккуратно размешать добавку с полимером с минимальным давлением. Эту схему можно использовать при смешивании стекловолокна или стеклянных шариков.

Следует отметить одну вещь относительно «конца» части смешивания.Как я упоминал в своей предыдущей статье, дизайн винтов — это сочетание науки и искусства.Каждый дизайнер винтов подходит к проектированию по-своему.Я предпочитаю заканчивать большую часть смесительной части (>90%) нейтральным блоком замешивания, блоком обратного замешивания или даже элементом обратной подачи (самый строгий насосный элемент).Целью этого является обеспечение того, чтобы смесительная часть была заполнена до такой степени, что перемешивание было достаточно эффективным.

Некоторые проектировщики размещают распределенную секцию смешивания, состоящую из всех конвейерных элементов.Хотя цель этой конструкции — аккуратное перемешивание смеси, мой опыт показал, что в результате получается относительно полая секция смешивания, что неэффективно.Кроме того, эти замешанные блоки имеют тенденцию «взбивать» полимер, подобно мешалке, из-за более низкого уровня заполнения этой секции смешивания.Такое взбивание может фактически повысить температуру плавления и ухудшить соотношение сторон некоторых добавок, таких как волокна.Когда секция смешивания имеет более высокий уровень заполнения, кажется, что она работает более эффективно и мягче.

Это должно быть сбалансировано против сильного обратного потока, который может привести к чрезмерной переработке материала.Баланс является ключом к конструкции винта.

Компания NANJING HAISI является профессиональным производителем шнекового экструдера. Мы поставляем двухшнековые экструдеры, одношнековые экструдеры, экструдеры для переработки пластмасс, двухступенчатые экструдеры, лабораторное оборудование, машины для смешивания и подачи, машины для охлаждения и гранулирования, дробильные машины и так далее.