Typy dvojšroubových extrudérů

Dvojšroubový extrudér je důležitým zařízením používaným v různých průmyslových odvětvích pro míchání, skládání a extrudování materiálů jako jsou plastiky, potraviny a farmaceutické přípravky. Univerzálnost dvojšroubového extruderu ho činí nezbytným zařízením v moderní výrobě. Nicméně, ne všichni extrudéry jsou stejní; dostupují se v různých typech, z nichž každý vyhovuje konkrétním potřebám.

V tomto článku si přebereme různé typy dvojšroubových extrudérů a jejich jedinečné schopnosti.

Kategorizace podle šroubové konfigurace
Na základě šroubové konfigurace lze dvojšroubové extrudéry rozdělit na paralelní dvojšroubové extrudéry a kuželovité dvojšroubové extrudéry. U paralelních dvojšroubových extrudérů jsou šrouby po celé své délce paralelní. U kuželovitých dvojšroubových extrudérů jsou šrouby zaoblené a jejich průměr postupně klesá od vstupního konce ke stavitelnému konci.

Paralelní dvojitý šroubový extruder
Paralelní dvojšroubové extrudéry mají šrouby se stejným průměrem po celé své délce. Běžně se používají pro zpracování polyolefin (jako PE a PP), nylonu, PC, polyesteru a dalších materiálů.

Výhody
Přizpůsobivost poměru L/D zůstává výhodou paralelních dvojšroubových extrudérů. Může být upravena tak, aby se zvýšil nebo snížil poměr L/D v reakci na změny v podmínkách tvarování a splnil požadavky technologie zpracování plastů. Tato flexibilita rozšiřuje obor použití paralelních dvojšroubových extruderů, což je obtížné dosáhnout u kuželovitých dvojšroubových extruderů.

Nevýhody:
Z důvodu malé vzdálenosti mezi dvěma šrouby a omezeného dostupného prostoru čelí radiační a tahové ložiska, která podpírají dva výstupní valy a přidružené pohonové koléska, významným výzvám v pohonové převodovce paralelního dvojšroubového extrudéru.

Přestože se navrháři snaží, stále ještě není snadné řešit skutečné problémy omezené nosivosti ložisek, malého modulu a průměru koléb a také zmenšeného průměru zadní části dvou šroubů, což vede k zjevnému nedostatku kroutícího momentu. Omezený výstupní kroutící moment a výrazně snížená nosivost je významnou vadou paralelních dvojšroubových extrudérů.

Kónický dvojšroubový extrudér
Kónické dvojšroubové extrudéry mají větší průměr na konci šroubu pro podávání a menší průměr na straně nápravy. Tyto extrudéry jsou hlavně používány pro zpracování PVC a jejich jedinečný design je optimalizován pro specifické požadavky materiálů.

Výhody
Dvě kuželovité šrouby jsou uspořádány vodorovně s jejich osami ve vrcholu úhlu při vložení do bedny. Když je vzdálenost mezi osami postupně zvyšována od úzkého konce ke širšímu konci, může pohonová převodní krabice obsahovat větší středovou vzdálenost mezi dvěma výstupními osami. Toto uspořádání poskytuje dostatek místa pro montáž kol, hřídelů a kolových ložisek, tím pádem zvyšuje účinnost přenosu.

Tento flexibilní design umožňuje instalaci větších radiálních a axiálních ložisek s hřídelem dimensionovaným tak, aby vydržel přenos velkého točivého momentu. V důsledku čehož kuželovité dvojité šroubové extrúzy nabízejí významné vlastnosti, jako jsou vysoký pracovní moment a nosnost, které je odlišují od paralelních dvojitých šroubových extrúz.

Nevýhody
Nevýhodou konických dvojšroubových extrudérů je jejich omezená pružnost, protože šrouby mají různé průměry podél své délky, což může komplikovat dosažení rovnoměrného zpracování materiálu. Navíc je třeba brát v úvahu jejich návrhovou složitost a potenciálně vyšší náklady na výrobu.

Podobnosti mezi oběma typy
Oba mají mechanismy pro přinucené pohon plasty, dobré míchaní a plastifikace schopnosti a odstraňování vody. Jejich pružnost vzhledem k materiálům a procesům formování plastových výrobků je v podstatě stejná.

Rozdíly mezi oběma typy
● Průměr: Paralelní dvojšrouby mají stejný průměr, zatímco konické dvojšrouby mají různé průměry na malém a velkém konci.
● Vzdálenost středů: Vzdálenost středů paralelních dvojšroubů zůstává stejná, zatímco osa konických dvojšroubů tvoří úhel, čímž dochází ke změnám vzdálenosti středů podél osy.
● Poměr L/D: Poměr L/D (L/D) u paralelního dvojitého šroubu je poměr efektivní délky šroubu k jeho vnějšímu průměru, zatímco poměr L/D u kuželového dvojitého šroubu je poměr efektivní délky šroubu ke průměru průměru jeho většího a menšího konce.

Je vidět, že největší rozdíl mezi paralelním dvojitým šroubovým extrudérem a kuželovým dvojitým šroubovým extrudérem spočívá v geometrii šroubové trubky, což přináší různé strukturální a výkonnostní rozdíly. I když tyto dva typy extrudérů mají své vlastnosti, každý má své výhody.

Klasifikace podle směru otáčení dvojitého šroubu
Dvojité šroubové extrudéry jsou zařazeny do kategorií společně otáčejících se a proti sobě otáčejících se podle směru otáčení šroubu.

Společně otáčející dvojší šroubový extrudér
Ko-rotující dvojité šroubové extrudéry mají dva šrouby rotující ve stejném směru. Tyto stroje jsou efektivní při míchání a formulování materiálů. Díky schopnosti zpracovávat široké spektrum viskosit a formulací jsou ko-rotující extrudéry ideální pro zpracování polymerových směsí, masterbatchů a reakční extruze. Mají vynikající samoočistné a přenosové vlastnosti, které zajistí, že přísady jsou rovnoměrně rozptýleny a distribuovány po celém materiálu.

Výhody ko-rotujících dvojité šroubových extruderů:
● Zlepšené míchání: Proplétající se šrouby a přizpůsobitelné šroubové prvky umožňují přesnou kontrolu intenzity a kvality míchání za jednoduchého šroubového extrudéru.
● Flexibilita zpracování: Dosiřovací krmení umožňuje nezávislou kontrolu průtoku, čímž je možné provádět více zpracovatelských funkcí na jednom stroji.
● Řízené parametry zpracování: Úzké rozdělení časového pobytu a přesná kontrola teploty vylepšuje profil shear-time-temperature pro konzistentní kvalitu produktu.
● Efektivní výroba: Objemové přepravování umožňuje zpracovávat širokou škálu materiálů s minimálním down time.
● KOSTENEFTELNOST: Vysoká flexibilita a produktivita pro širokou škálu konečných produktů s konzistentní kvalitou, zatímco vyjmutí šroubů lze kompenzovat úpravou rychlosti otáčení šroubu.

Na základě vzájemného chování šroubů při rotaci mohou být sourotové dvojšířecké extrudéry dále klasifikovány jako zapadající sourotové dvojšířecké extrudéry a nezapadající sourotové dvojšířecké extrudéry.

Zapadající sourotový dvojšířecký extrudér
V zapojeném kooperativně rotujícím dvojšroubovém extruzoru se šrouby zatínají nebo zapojují jeden do druhého při rotaci, čímž zvyšují efektivitu zpracování a dopravy materiálu. Tento design posiluje schopnost extruzoru rozptylovat směs, což usnadňuje úplné rozptýlení přísad a náplní v polymerické matrici.

Intermitentní extrudery se obvykle používají v aplikacích pro směšování, kde je kritická přesná kontrola distribuce velikosti částic a rovnoměrnosti směsi. Nabízejí vynikající škálovatelnost a flexibilitu, které umožňují výrobcům přizpůsobit proces extruze konkrétním požadavkům produktu.

Nezapojené kooperativně rotující dvojšroubové extrudery
Na druhou stranu, šrouby nezploštěného sourotujícího dvojšroubového extrudéru se při rotaci nepřekrývají ani nespojují. Místo toho rotují v blízkosti jeden druhému bez spojování, což umožňuje jiný typ zpracování materiálu, často pro křehké materiály nebo pro aplikace citlivé na střih, jako je zpracování teplotně citlivých polymerů, biomateriálů a potravinářských produktů. Extrudéry bez spojování nabízejí mírné podmínky zpracování, přitom poskytují efektivní možnosti míchání a skládání.

Dvojšroubové extrudéry s protisměrnou rotací
Na rozdíl od kofixních extrudérů mají protifixní dvojšroubové extrudéry šrouby, které se točí v opačném směru. Tato konfigurace vytváří významný tlučivý a střihový efekt na materiál, což vede ke důkladnému míchání a disperzi. Protifixní extrudéry vynikají v aplikacích, které vyžadují intenzivní střih, jako je dezolvence, reaktivní extruze a míchání materiálů s vysokým naplněním. Poskytují přesnou kontrolu času pobytu a střihové rychlosti, čímž jsou vhodné pro náročné podmínky zpracování.

Spouštění protifixních dvojšroubových extrudérů
V zapojeném reverzním dvojšroubovém extruzoru jsou dva šrouby symetricky umístěny, ale otáčejí se v opačných směrech. Tato konfigurace zabrání tomu, aby se materiál pohyboval ve tvaru „∞“, protože šroubovitá trať jednoho šroubu je blokována druhým. Místo toho se při dopravě pevné hmoty materiál předává vpřed v téměř uzavřené dutině ve tvaru „C“. Nicméně mezi vnějším průměrem jednoho šroubu a kořenovým průměrem druhého šroubu je udržován mezer, aby mohl materiál procházet.

Když se materiál dostane skrz radiální mezeru mezi oběma šrouby, podléhá intensemu střihovému zatížení, míchání a tlačení, což vede k účinné plastifikaci. Navíc lze realizovat kompresní poměr postupným snižováním šroubového kroku, čímž je možné zpracovávat široké spektrum produktů.

Dvojšroubový extruzor s nezapojenými protisměrně rotujícími šrouby
Méně často používaný než sítový extrudér, extrudér se dvěma protisměrně rotujícími šrouby bez sítování funguje jinak než jednošroubový extrudér, ale má podobnosti v tom, že závisí na tření a lepkavém odporu pro přenos materiálu. Kromě pohybu směrem k hlavě může materiál vykazovat různé tokové vzory kvůli velkému radiálnímu mezeru mezi oběma šrouby, což může vést ke významnému úniku.

Navíc mohou relativní polohy šroubových hřídelí způsobit, že tlak materiálu na straně tlačného ramena jednoho šroubu bude vyšší než odporová strana druhého šroubu, což vede k toku materiálu z tlačné strany s vysokým tlakem na odporovou stranu druhého šroubu. Rotace brání toku materiálu v bodě A, což vede k toku a různým dalším tokovým vzorům, které ho činí vhodným pro aplikace jako míchání, ventilační procesy a dezvulkanizaci.

Závěr
Každý typ dvojšroubové extréru nabízí unikátní výhody a možnosti, které vyhovují různorodým požadavkům průmyslových procesů širokého spektra odvětví. Porozumění rozdílům mezi těmito typy extrérů je klíčové pro výběr nejvhodnějšího zařízení pro konkrétní aplikaci.

Buďto dosažením optimální míchané účinnosti, udržením integrity produktu nebo zlepšením pružnosti zpracování, správná volba dvojšroubového extréru může mít významný dopad na kvalitu produktu, produkci a celkový úspěch výroby.