ツインスクリュー押出機の種類
ツインスクリュー押出機は、プラスチック、食品、医薬品などの材料を混練、配合、押出しするためにさまざまな産業で使用される重要な設備です。ツインスクリュー押出機の多機能性により、それは現代の製造において欠かせない設備となっています。しかし、すべての押出機が同じではありません。異なるタイプがあり、それぞれ特定のニーズに適しています。
この記事では、異なる種類のツインスクリュー押出機とその独自の能力について詳しく見ていきます。
スクリュー構成による分類
スクリューの構成に基づいて、ツインスクリュー押出機は平行ツインスクリュー押出機と円錐形ツインスクリュー押出機に分類されます。平行ツインスクリュー押出機では、スクリューがその全長にわたって互いに平行です。円錐形ツインスクリュー押出機では、スクリューがテーパー状になっており、給与側からダイ側に向かって直径が徐々に減少します。
平行ツインスクリュー押出機と同じです。
平行ツインスクリュー押出機は、全長にわたって同じ直径を持つスクリューを持っています。これらはポリオレフィン（PEやPPなど）、ナイロン、PC、ポリエステルなどの材料の加工に広く使用されています。
利点
L／D比の適応性は、依然として平行ツインスクリュー押出機の利点です。成形条件の変化に応じてL／D比を増減させることができ、プラスチック加工技術の要件を満たすことができます。この柔軟性により、錐形ツインスクリュー押出機では難しい平行ツインスクリュー押出機の応用範囲が拡大します。
デメリット:
二つのスクリュー間の中心距離が小さく、利用可能なスペースが限られているため、平行ツインスクリュー押出機の駆動ギアボックスにおいて、二つの出力軸を支持するラジアルベアリングと推力ベアリングおよび関連する駆動ギアには大きな課題があります。
デザイナーの努力にもかかわらず、依然として歯車の負荷容量、モジュラス、直径が限られ、さらに2本のスクリューの末端部の直径が小さいため、ねじれ剛性が明らかに不足しています。出力トルクと負荷容量の限界は、平行二重スクリュー押出機の顕著な欠点です。
円錐形二重スクリュー押出機
円錐形二重スクリュー押出機は、スクリューの供給側で直径が大きく、ダイ側では直径が小さい構造になっています。これらの押出機は主にPVCの加工に使用され、その独自の設計は特定の材料要件に対応するように最適化されています。
利点
2つの円錐形のスクリューは、バレルに挿入される際に、軸が角度をつけて水平に配置されます。シャフト間の距離は、狭い方の端から広い方の端に向かって徐々に増加するため、駆動ギアボックスは2つの出力シャフト間のより大きな中心距離に対応できます。この配置により、歯車、歯車軸、ラジアルベアリングおよび推力ベアリングを取り付けるのに十分なスペースが確保され、伝達効率が向上します。
このフレキシブルな設計により、高トルク伝達に耐えられるサイズのシャフトを使用した大型のラジアルベアリングと推力ベアリングの設置が可能になります。その結果、円錐形ツインスクリュー押出機は、高い運転トルクや荷重支持能力などの特長を持ち、平行ツインスクリュー押出機とは明確に区別されます。
欠点
円錐形ツインスクリュー押出機の欠点は、その適応性の限界にあります。スクリューの直径が長さに沿って異なるため、均一な材料加工を達成することが難しい場合があります。さらに、設計の複雑さや建設コストの潜在的な高さも考慮すべき要因です。
両タイプの類似点
どちらにも強制的なプラスチック推進機構があり、優れた混合能力和加硫能力、および脱水能力があります。材料への適応性と樹脂製品成形プロセスへの対応力は基本的に同じです。
両タイプの違い
● 直径: 平行ツインスクリューは同じ直径を持ち、円錐形ツインスクリューは小端と大端で異なる直径を持っています。
● 中心距離: 平行ツインスクリュー間の中心距離は一定ですが、円錐形ツインスクリューの軸は角度を形成し、これにより軸に沿った中心距離の寸法が異なります。
● L／D比：平行ツインスクリューのL／D比（L／D）は、スクリューの有効長さとその外径の比率であり、一方で円錐形ツインスクリューのL／D比は、スクリューの有効長さとその大径端および小径端の直径の平均との比率です。
平行ツインスクリュー押出機と円錐形ツインスクリュー押出機の最大の違いは、スクリューとバレルの形状にあり、これによりさまざまな構造や性能の違いが生じます。この2種類の押出機にはそれぞれ独自の特徴がありますが、それぞれ独自の利点を持っています。
ツインスクリューの回転方向による分類
ツインスクリュー押出機は、スクリューの回転方向に基づいて、同方向回転型（コローティング）と逆方向回転型（カウンターローティング）に分類されます。
同方向回転型ツインスクリュー押出機
同方向回転二重ねじ押出機は、2つのねじが同じ方向に回転するものです。これらの機械は材料を混練し、配合するのに非常に効率的です。幅広い粘度や配合に対応できるため、同方向回転押出機はポリマー混合物、マスターバッチ、反応押出用途の処理に理想的です。優れた自己洗浄性と搬送特性により、添加剤が材料全体に均一に分散され、分布されます。
同方向回転二重ねじ押出機の利点:
● 混合性能の向上: 交差するねじとカスタマイズ可能なねじ要素により、単ねじ押出機を超える混合強度と品質を正確に制御できます。
● 加工の柔軟性: 計量給餌によりスループットを独立して制御でき、1台の機械で複数の加工機能を実現します。
● 制御された処理パラメータ: 狭い滞留時間分布と精密な温度制御により、一貫した製品品質のためのせん断-時間-温度プロファイルが改善されます。
● 効率的な生産: 容積搬送により、ダウンタイムを最小限に抑えながら幅広い材料を処理できます。
● コスト効率: 一貫した品質で多種多様な最終製品に対応可能な高い柔軟性と生産性があり、スクリューの摩耗はスクリュー速度を調整することで補正可能です。
スクリューが回転する際の相互作用に基づき、同方向二重スクリュー押出機はさらに接触型同方向二重スクリュー押出機と非接触型同方向二重スクリュー押出機に分類されます。
接触型同方向二重スクリュー押出機
エンゲージド コローティング ツインスクリュー押出機では、スクリューが回転しながらお互いにロックまたは噛み合うため、材料の処理と搬送の効率が向上します。この設計は押出機の分散混練能力を強化し、添加剤や充填材をポリマー基体中に均一に分散させます。
インターミット押出機は、通常、粒子サイズ分布と混合の一様性の正確な制御が重要な複合化アプリケーションで使用されます。これらは優れた拡張性と柔軟性を提供し、メーカーが製品の要件に応じて押出プロセスをカスタマイズできるようにします。
非エンゲージド コローティング ツインスクリュー押出機
一方、非メッシュ型の同方向回転ツインスクリュー押出機のスクリューは、回転する際に噛み合わず、接触しません。代わりに、お互いに近接して回転し、接触しないことで、異なるタイプの材料加工を可能とします。これは、熱に敏感なポリマー、バイオマテリアル、食品などのような脆い材料やせん断に敏感なアプリケーション向けです。非接触型押出機は、優しい処理条件を提供しながら、効率的な混練や配合能力も備えています。
反転型ツインスクリュー押出機
同方向回転押出機とは対照的に、反転双軸押出機は逆方向に回転するスクリューを持っています。この構成は材料に対して显著な練りと剪断効果を生み出し、徹底的な混練と分散が得られます。反転押出機は、脱溶剤化、反応性押出、高充填材の混合など、強い剪断が必要なアプリケーションで優れています。これらは残留時間と剪断速度の精密な制御を提供し、要求の厳しい処理条件に適しています。
反転双軸押出機の駆動
噛み合う反転ツインスクリュー押出機では、2つのスクリューが対称的に配置されていますが、反対方向に回転します。この構造により、材料が「∞」の形で移動するのを防ぎます。一方のスクリューの螺旋状の経路は他方のスクリューによって妨害されます。代わりに、固体搬送中、材料はほぼ閉じた「C」字型の腔内で前方に搬送されます。ただし、片方のスクリューの外径と他方のスクリューのルート径の間にはギャップが設けられ、材料が通過できるようにしています。
材料が2つのスクリュー間の径方向のギャップを通る際、強力なせん断、混合、圧縮が行われ、効果的な塑性化が実現されます。さらに、徐々にスクリューのピッチを減少させることで圧縮比を得ることができ、幅広い製品の加工に適しています。
噛み合わない反転ツインスクリュー押出機
メッシュ型押出機よりもあまり使用されないものの、メッシュしない反転二軸押出機は単軸押出機とは異なる方式で動作しますが、摩擦と粘性抵抗に頼って材料を搬送する点では類似しています。ヘッドに向かう動きに加え、2つのスクリュー間の大きな径方向の隙間により、異なる流れパターンが現れ、これにより大幅なリークが発生することがあります。
さらに、スクリューの羽根の相対的な位置によって、一方のスクリューの推力側の材料圧力が、他方のスクリューの抵抗側よりも高くなることがあります。これにより、高い圧力の推力側から他方のスクリューの抵抗側へ材料が流れます。A地点での回転が材料の流れを妨げ、さまざまな流れパターンが生じ、これにより混練、脱気、およびデバルカナイゼーション用途に適している特性を持たせます。
結論
各タイプのツインスクリュー押出機は、幅広い産業の異なる加工ニーズに対応するための独自の利点と機能を提供します。これらの押出機タイプの違いを理解することは、特定のアプリケーションに最も適した設備を選択するために重要です。
最適な混合効率を達成するため、製品の品質を維持するため、または加工の柔軟性を向上させるためにも、適切なツインスクリュー押出機を選択することは、製品品質、生産性、および全体的な製造成功に大きな影響を与えることができます。