Tipi di Extruder a Doppio Screw

L'estrusore a doppia vite è un importante pezzo di attrezzatura utilizzato in varie industrie per il miscelaggio, la compounding e l'estruzione di materiali come plastica, cibo e farmaci. La versatilità dell'estrusore a doppia vite lo rende un elemento essenziale di moderna produzione. Tuttavia, non tutti gli estrusori sono uguali; esistono diversi tipi, ognuno adatto a specifiche esigenze.

In questo articolo, esploreremo i diversi tipi di estrusori a due viti e le loro capacità uniche.

Categorizzati per configurazione delle viti
In base alla configurazione delle viti, gli estrusori a doppia vite possono essere classificati in estrusori a doppia vite parallela e estrusori a doppia vite conica. In un estrusore a doppia vite parallela, le viti sono parallele tra loro per tutta la loro lunghezza. Nei doppie viti coniche, le viti sono inclinate e il diametro diminuisce gradualmente dalla parte di alimentazione fino all'estremità della bocchetta.

Estrusore a Doppia vite Parallela
Gli estrusori a doppia vite parallela hanno viti con lo stesso diametro per tutta la loro lunghezza. Vengono comunemente utilizzati per la lavorazione di poliolefine (come PE e PP), nylon, PC, poliestere ed altri materiali.

Vantaggi
L'adattabilità del rapporto L/D rimane un vantaggio degli estrusori a doppia vite paralelle. Possono essere regolati per aumentare o diminuire il rapporto L/D in risposta alle variazioni delle condizioni di modellazione per soddisfare i requisiti della tecnologia di lavorazione dei plastici. Questa flessibilità espande il campo di applicazione degli estrusori a doppia vite parallela, qualcosa che è difficile ottenere con gli estrusori a doppia vite conica.

Svantaggi:
A causa della piccola distanza tra i centri delle due viti e dello spazio limitato disponibile, le cuscinette radiali e le cuscinette a spinta che supportano i due alberi di uscita e i relativi ingranaggi di trasmissione si trovano ad affrontare significative sfide nella cassa di trasmissione di un estrusore a doppia vite parallela.

Nonostante gli sforzi dei progettisti, rimane difficile risolvere i veri problemi legati alla capacità portante limitata, al piccolo modulo e diametro degli ingranaggi nonché al ridotto diametro della parte finale delle due viti, il che comporta una evidente mancanza di capacità torsionale. Il torque di uscita limitato e la ridotta capacità portante rappresentano un grave svantaggio degli estrusori a doppia vite parallela.

Estrusore a doppia vite conica
Gli estrusori a doppia vite conica hanno un diametro maggiore all'estremità di alimentazione della vite e un diametro minore all'estremità della testa. Questi estrusori vengono utilizzati principalmente per la lavorazione del PVC e il loro design unico è ottimizzato per soddisfare requisiti specifici dei materiali.

Vantaggi
I due viti conici sono disposti orizzontalmente con i loro assi inclinati quando inseriti nel barile. Man mano che la distanza tra gli assi aumenta gradualmente dal lato stretto a quello largo, il cambio motore può accogliere una maggiore distanza al centro tra i due alberi di uscita. Questa disposizione fornisce uno spazio sufficiente per montare ingranaggi, alberi dentati, cuscinetti radiali e a sfalciatura, aumentando così l'efficienza della trasmissione.

Questa progettazione flessibile consente l'installazione di cuscinetti radiali e a sfalciatura più grandi con alberi dimensionati per resistere alla trasmissione di alto coppia. Di conseguenza, gli estrusori a doppia vite conica offrono caratteristiche significative, inclusa una alta coppia operativa e capacità di carico, che li distinguono dagli estrusori a doppia vite parallela.

Svantaggi
Lo svantaggio degli estrusori a doppio screw conico è la loro limitata adattabilità, poiché i screw hanno diametri variabili lungo la loro lunghezza, il che può rendere difficoltoso ottenere un processo di lavorazione del materiale uniforme. Inoltre, la complessità del loro design e i potenzialmente maggiori costi di costruzione sono fattori da considerare.

Somiglianze tra i due tipi
Entrambi hanno meccanismi per la spinta plastica forzata, buone capacità di miscelazione e plasticizzazione, e capacità di disidratazione. La loro adattabilità ai materiali e ai processi di modellazione dei prodotti in plastica è sostanzialmente la stessa.

Differenze tra i due tipi
● Diametro: I doppio screw paralleli hanno lo stesso diametro, mentre i doppio screw conici hanno diametri diversi alle estremità piccole e grandi.
● Distanza dal centro: La distanza tra i centri dei doppio screw paralleli rimane costante, mentre l'asse dei doppio screw conici forma un angolo, causando dimensioni diverse della distanza tra i centri lungo l'asse.
● Rapporto L/D: Il rapporto L/D di un elica gemella parallela è il rapporto tra la lunghezza effettiva dell'elica e il suo diametro esterno, mentre il rapporto L/D di un'elica gemella conica è il rapporto tra la lunghezza effettiva dell'elica e la media dei diametri delle sue estremità grande e piccola.

Si può vedere che la principale differenza tra un estrusore a elica gemella parallela e uno a elica gemella conica risiede nella geometria del barile dell'elica, il che porta a varie differenze strutturali e di prestazioni. Sebbene questi due tipi di estrusori abbiano le loro caratteristiche, ciascuno ha i propri vantaggi.

Classificazione in base alla direzione di rotazione delle eliche gemelle
Gli estrusori a doppia elica vengono classificati in tipo co-rotante e tipo contro-rotante in base alla direzione di rotazione delle eliche.

Estrusore a doppia elica co-rotante
Gli estrusori a doppia vite corotante hanno due viti che ruotano nello stesso verso. Queste macchine sono efficienti nel miscelare e formulare materiali. Con la capacità di gestire un'ampia gamma di viscosità e formulazioni, gli estrusori corotanti sono ideali per la lavorazione di miscugli polimerici, masterbatch e applicazioni di estrusione reattiva. Hanno eccellenti caratteristiche di auto-pulizia e trasporto per garantire che gli additivi siano uniformemente dispersi e distribuiti all'interno del materiale.

Vantaggi degli estrusori a doppia vite corotante:
● Migliore miscelazione: le viti intermeshing e gli elementi di vite personalizzabili consentono un controllo preciso dell'intensità e della qualità della miscelazione al di là degli estrusori a singola vite.
● Flessibilità di lavorazione: il dosaggio del flusso consente un controllo indipendente del throughput, abilitando funzioni di lavorazione multiple su una singola macchina.
● Parametri di processo controllati: una distribuzione stretta del tempo di permanenza e un controllo preciso della temperatura migliorano i profili di taglio-tempo-temperatura per una qualità del prodotto costante.
● Produzione efficiente: il trasporto volumetrico consente di lavorare una vasta gamma di materiali con tempi di inattività minimi.
● EFFICIENZA DEI COSTI: alta flessibilità e produttività per una vasta gamma di prodotti finali con qualità costante, mentre l'usura degli elici può essere compensata regolando la velocità delle eliche.

In base al comportamento di interlocking degli elici durante la rotazione, gli estrusori a doppia elica co-rotanti possono essere ulteriormente classificati in estrusori a doppia elica co-rotanti con interlocking e senza interlocking.

Estrusore a doppia elica co-rotante con interlocking
In un Extrusore a Doppia vite Corotante con Vite Ingrananti, le viti si bloccano o si ingranano tra loro durante la rotazione, aumentando così l'efficienza del processo di lavorazione e trasporto del materiale. Questa progettazione migliora la capacità di miscelazione distribuita dell'estrusore, facilitando una completa dispersione di additivi e riempitori nella matrice polimerica.

Gli estrusori intermittenti vengono generalmente utilizzati in applicazioni di compounding dove il controllo preciso della distribuzione delle dimensioni delle particelle e dell'uniformità del miscuglio è critico. Offrono un'eccellente scalabilità e flessibilità, consentendo ai produttori di personalizzare il processo di estrusione in base alle specifiche richieste del prodotto.

Estrusori a doppia vite corotanti senza ingaggio
D'altra parte, le viti di un estrusore a doppia vite corrotante non interlocking non si inseriscono o si agganciano durante la rotazione. Invece, ruotano in prossimità l'uno dell'altro senza ingaggiarsi, consentendo un tipo diverso di lavorazione del materiale, spesso per materiali fragili o applicazioni sensibili allo sforzo tagliente, come la lavorazione di polimeri sensibili al calore, biomateriali e prodotti alimentari. Gli estrusori non ingaggianti offrono condizioni di lavorazione delicate mantenendo comunque ottime capacità di miscelazione e compounding.

Estrusori a doppia vite con rotazione contraria
In contrasto con gli estrusori a rotazione concorde, gli estrusori a doppia vite a rotazione discorde hanno viti che ruotano in direzioni opposte. Questa configurazione genera un effetto di impastatura e taglio significativo sul materiale, risultando in un miscelamento e dispersione accurati. Gli estrusori a rotazione discorde si distinguono nelle applicazioni che richiedono un forte taglio, come la desolvenizzazione, l'estrusione reattiva e il miscelamento di materiali altamente riempiti. Offrono un controllo preciso del tempo di permanenza e del tasso di taglio, rendendoli adatti a condizioni di processo esigenti.

Attivazione di estrusori a doppia vite inversa
In un estrusore a doppia vite inversa con ingaggio, le due viti sono posizionate simmetricamente ma ruotano in direzioni opposte. Questa configurazione impedisce al materiale di muoversi in una forma '∞', poiché il percorso elicoidale di una vite è bloccato dall'altra. Invece, durante il trasporto solido, il materiale viene trasmesso in avanti in una cavità quasi chiusa a forma di 'C'. Tuttavia, si mantiene uno spazio tra il diametro esterno di una vite e il diametro radice dell'altra vite per consentire il passaggio del materiale.

Mentre il materiale passa attraverso lo spazio radiale tra le due viti, subisce un'intensa tagliatura, miscelazione e compacting, risultando in una plastificazione efficace. Inoltre, il rapporto di compressione può essere realizzato diminuendo gradualmente la portata della vite, rendendolo adatto per lavorare una vasta gamma di prodotti.

Estrusore a doppia vite controrotante senza ingaggio
Utilizzato meno comunemente dell'estrudere a rete, l'estrudore a doppia vite rotanti in senso contrario senza rete funziona in modo diverso dall'estrudore a vite singola, ma ha similitudini in quanto si basa sull'attrito e sulla resistenza viscosa per trasportare il materiale. Oltre al movimento verso la testata, il materiale può mostrare diversi schemi di flusso a causa del grande spazio radiale tra le due viti, il che può causare un significativo reflusso.

Inoltre, le posizioni relative delle eliche delle viti possono causare una pressione maggiore sul lato spinta di una vite rispetto al lato resistenza dell'altra vite, risultando in un flusso di materiale dal lato spinta ad alta pressione al lato resistenza dell'altra vite. La rotazione ostacola il flusso del materiale nel punto A, causando un flusso e una varietà di altri schemi di flusso che lo rendono adatto per applicazioni di miscelazione, sfogo e devulcanizzazione.

Conclusione
Ogni tipo di estrusore a doppia vite offre vantaggi e capacità unici per soddisfare le diverse esigenze di elaborazione di un ampio ventaglio di settori industriali. Comprendere le differenze tra questi tipi di estrusore è fondamentale per selezionare l'attrezzatura più appropriata per una determinata applicazione.

Sia per raggiungere un'efficienza di mescolamento ottimale, mantenere l'integrità del prodotto o migliorare la flessibilità di elaborazione, la scelta corretta dell'estrusore a doppia vite può avere un impatto significativo sulla qualità del prodotto, sulla produttività e sul successo complessivo della produzione.