Soorten tweeschroefextrudeerders

Een twin-screw extruder is een belangrijk stuk apparatuur dat wordt gebruikt in verschillende industrieën voor mengen, compounding en extruderen van materialen zoals plastic, voedsel en farmaceutische producten. De veelzijdigheid van de twin-screw extruder maakt het een essentiële component in moderne productie. Niet alle extruders zijn echter gelijk; ze komen in verschillende typen, elk aangepast aan specifieke behoeften.

In dit artikel gaan we dieper in op de verschillende types twin-screw extruders en hun unieke mogelijkheden.

Gecategoriseerd naar schroefconfiguratie
Op basis van de schroefconfiguratie kunnen twin-screw extruders worden ingedeeld in parallelle twin-screw extruders en conische twin-screw extruders. In een parallelle twin-screw extruder zijn de schroeven over hun volledige lengte parallel aan elkaar. In conische twin-screw extruders zijn de schroeven getapperd en neemt de diameter geleidelijk af van de voedkant tot de stervormige kant.

Parallel twin screw extruder
Parallelle twin-screw extruders hebben schroeven met dezelfde diameter over hun volledige lengte. Ze worden vaak gebruikt voor het verwerken van polyolefinen (zoals PE en PP), nylon, PC, polyester en andere materialen.

Voordelen
De aanpasbaarheid van het L/D-verhoudingsblijft een voordeel van parallel werkende dubbele schroefextrudeurs. Ze kunnen worden aangepast om het L/D-verhouding te vergroten of te verminderen in reactie op veranderingen in de vormgevingsvoorwaarden om de eisen van de kunststofverwerkstechnologie te voldoen. Deze flexibiliteit breidt het toepassingsgebied van parallel werkende dubbele schroefextrudeurs uit, iets wat moeilijk te bereiken is met kegeldubbele schroefextrudeurs.

Nadelen:
Vanwege de kleine centrumafstand tussen de twee schroeven en de beperkte beschikbare ruimte staan de radiale en druktekens die de twee uitkomstassen ondersteunen en de bijbehorende aandrijfversnellingen voor grote uitdagingen in de aandrijfversnellingsdoos van een parallel werkende dubbele schroefextrudeur.

Ondanks de inspanningen van de ontwerpers is het nog steeds moeilijk om de echte problemen op te lossen met betrekking tot de beperkte draagkracht, het kleine modulus en de diameter van de tandwielen, evenals de verkleinde diameter van het achterste gedeelte van de twee schroeven, wat resulteert in een duidelijk tekort aan verdraaiingsvermogen. Beperkt uitstootkoppel en sterk verminderde draagkracht zijn prominente nadelen van parallelle tweeschroefextrudeurs.

Kegelvormige tweeschroefextrudeur
Kegelvormige tweeschroefextrudeurs hebben een grotere diameter aan de voedzijde van de schroef en een kleinere diameter aan de stervormige kant. Deze extrudeurs worden voornamelijk gebruikt voor de verwerking van PVC en hun unieke ontwerp is geoptimaliseerd voor specifieke materiaaleisen.

Voordelen
De twee kegelschroeven zijn horizontaal gerangschikt met hun assen onder een hoek wanneer ze in de ton worden ingevoegd. Omdat de afstand tussen de asjes geleidelijk verhoogd wordt van de smaller naar de wijder eind, kan de aandrijfversnelling een grotere middelpuntafstand tussen de twee uitkomstassen onderbrengen. Deze opstelling biedt voldoende ruimte voor het monteren van tandwielen, asstukken, radiale en drukstoringen, waardoor de overdrachts-efficiëntie toeneemt.

Dit flexibele ontwerp maakt het mogelijk om grotere radiale en drukstoringen te installeren met asstukken die groot genoeg zijn om hoge koppeloverdracht te weerstaan. Hierdoor bieden kegeldubbele schroefextrudeurs belangrijke kenmerken, zoals hoge werkingskoppel en belastingscapaciteit, die hen onderscheiden van parallelle dubbele schroefextrudeurs.

Nadelen
Het nadeel van kegeltandwiel extruders is hun beperkte aanpasbaarheid, omdat de schroeven verschillende diameter hebben over hun lengte, wat het moeilijk kan maken om een uniform materiaalbewerking te bereiken. Daarnaast zijn de ontwerppijnen en potentieel hogere bouwkosten factoren om in aanmerking te nemen.

Overeenkomsten tussen de twee typen
Ze hebben allebei mechanismen voor geforceerde plastic voortstuwing, goede meng- en plasticiseringscapaciteiten, en drogingsecapaciteiten. Hun aanpasbaarheid aan materialen en kunststofproductvormproces is essentieel hetzelfde.

Verschillen tussen de twee typen
● Diameter: Parallelle tweeling schroeven hebben dezelfde diameter, terwijl kegelvormige tweeling schroeven verschillende diameter hebben aan de kleine en grote kant.
● Middelpuntafstand: De middelpuntafstand tussen parallelle tweeling schroeven blijft hetzelfde, terwijl de as van kegelvormige tweeling schroeven een hoek vormt, wat resulteert in verschillende middelpuntafstanden langs de as.
● L/D-verhouding: De L/D-verhouding (L/D) van een parallel twin-schroef is het verhoudingsgetal van de effectieve lengte van de schroef tot zijn buitenste diameter, terwijl de L/D-verhouding van een kegeltwin-schroef het verhoudingsgetal is van de effectieve lengte van de schroef tot het gemiddelde van de diameters van zijn grote en kleine uiteinden.

Hieruit kan worden afgeleid dat het grootste verschil tussen een parallel twin-schroefextrudeerder en een kegeltwin-schroefextrudeerder ligt in de geometrie van de schroefbuis, wat leidt tot verschillende structurele en prestatieverschillen. Hoewel deze twee typen extrudeerders hun eigen kenmerken hebben, hebben ze ook elk hun voordelen.

Classificatie volgens de richting van rotatie van de twin-schroef
Twin-schroefextrudeerders worden ingedeeld in mede- en tegendraaiende typen volgens de richting van schroefrotatie.

Mededraaiende twin-schroefextrudeerder
Co-rotating twin-screw extruders hebben twee schroeven die in dezelfde richting draaien. Deze machines zijn efficiënt in het mengen en formuleren van materialen. Met de mogelijkheid om een breed scala aan viscositeiten en formules te verwerken, zijn co-rotating extruders ideaal voor het verwerken van polymermengsels, masterbatches en reactie-extrusie toepassingen. Ze hebben uitstekende zelfreinigende en transportkarakteristieken om ervoor te zorgen dat toevoegingen uniform verspreid zijn door het materiaal.

Voordelen van co-rotating twin-screw extruders:
● Verbeterd Mengen: Interlockende schroeven en aanpasbare schroevelementen bieden precise controle over mengintensiteit en -kwaliteit, ver boven single-screw extruders.
● Verwerkingsflexibiliteit: Metering voedertoevoer laat onafhankelijke controle over doorvoer toe, waardoor meerdere verwerkingsfuncties op één machine mogelijk zijn.
● Gecontroleerde verwerkingparameters: Smalle verblijftijdverdeling en nauwkeurige temperatuurcontrole verbetert de scherptijdtemperatuurprofielen voor consistente productkwaliteit.
● Efficiënte productie: Volumetrisch transport maakt het mogelijk om een breed scala aan materialen te verwerken met minimale downtimе.
● KOSTENEFFICIËNTIE: Hoge flexibiliteit en productiviteit voor een breed scala aan eindproducten met consistente kwaliteit, terwijl schroefverslijting kan worden gecompenseerd door aanpassing van de schroefsnelheid.

Op basis van het in elkaar verstrengelde gedrag van de schroeven tijdens het draaien kunnen mededraaiende tweeling-schroefextruders verder worden ingedeeld in in elkaar verstrengelende mededraaiende tweeling-schroefextruders en niet-in-elkaar-verstrengelende mededraaiende tweeling-schroefextruders.

In-elkaar-verstrengelende mededraaiende tweeling-schroefextrudeer
In een Engaged Co-Rotating Twin Screw Extruder sluiten de schroeven zich in elkaar af terwijl ze draaien, waardoor de efficiëntie van het verwerken en vervoeren van materiaal toeneemt. Deze ontwerpverbetering versterkt de vermengingscapaciteit van de extrudeerinstallatie, wat een goede verspreiding van additieven en vulstoffen in de polymerematrix mogelijk maakt.

Intermittente extrudeers worden meestal gebruikt in compounding-toepassingen waarbij nauwkeurige controle over de deeltjesgrootteverdeling en menguniformiteit cruciaal is. Ze bieden uitstekende schaalbaarheid en flexibiliteit, waardoor producenten de extrusieproces kunnen aanpassen aan specifieke producteisen.

Non-engaging co-rotating twin-screw extruders
Aan de andere kant, draaien de schroeven van een niet-gekoppelde co-rotating twin-screw extruder niet in elkaar verstrengeld. In plaats daarvan draaien ze in nauwe nabijheid van elkaar zonder in elkaar te grijpen, wat een ander type materiaalbewerking toelaat, vaak voor kwetsbare materialen of schervelhoos bewerkingsproces zoals het verwerken van hittegevoelige polymeren, biomaterialen en voedingsproducten. Niet-grepende extruders bieden zachte bewerkingsomstandigheden terwijl ze nog steeds efficiënte meng- en compounding mogelijkheden bieden.

Tegenrotende twin-screw extruders
In tegenstelling tot co-rotatieve extruders hebben tegengesteld roterende twin-screw extruders schroeven die in tegengestelde richting draaien. Deze configuratie creëert een significante kneding- en schuifeffect op het materiaal, wat resulteert in grondige menging en dispersie. Tegengesteld roterende extruders presteren uitstekend in toepassingen die intense schuring vereisen, zoals desolventisatie, reactief extruderen en mengen van hoog gevulde materialen. Ze bieden nauwkeurige controle over verblijftijd en schuifnelheid, waardoor ze geschikt zijn voor eisenvereiste verwerkingsomstandigheden.

Inzet van omkerende twin-screw extruders
In een gekoppelde tegendraaiende twin-screw extruder zijn de twee schroeven symmetrisch geplaatst, maar draaien in tegenovergestelde richtingen. Deze configuratie voorkomt dat het materiaal in een '∞' vorm beweegt, omdat de helix van de ene schroef wordt geblokkeerd door de andere. In plaats daarvan wordt tijdens het vaste stoftransport het materiaal naar voren vervoerd in een bijna gesloten 'C'-vormige holte. Er wordt echter een kloof onderhouden tussen de buitenste diameter van de ene schroef en de worteldiameter van de andere schroef om materiaal door te laten.

Terwijl het materiaal door de radiale kloof tussen de twee schroeven gaat, wordt het onderworpen aan intensieve schering, menging en compactie, wat resulteert in effectieve plasticisatie. Daarnaast kan het compressieratio worden bereikt door geleidelijk de schroefpas te verkleinen, waardoor het geschikt is voor het verwerken van een breed scala aan producten.

Non-engaging counter-rotating twin-screw extruder
Minder vaak gebruikt dan de meshing extrudeerder, werkt de non-meshing tegendraaiende dubbele schroefextrudeerder anders dan de enkelvoudige schroefextrudeerder, maar heeft overeenkomsten in dat het afhankelijk is van wrijving en viscose weerstand om materiaal te vervoeren. Naast de beweging richting de kop, kan het materiaal verschillende stromingspatronen vertonen door het grote radiale tussenruimte tussen de twee schroeven, wat kan leiden tot aanzienlijke lekkage.

Daarnaast kunnen de relatieve posities van de schroefvluchten ervoor zorgen dat de materiaaldruk aan de drukzijde van een schroef hoger is dan de weerstandszijde van de andere schroef, wat resulteert in materiaalstroming van de hoge druk drukzijde naar de weerstandzijde van de andere schroef. Rotatie remt de materiaalstroming bij punt A, wat resulteert in stroming en een verscheidenheid aan andere stromingspatronen die het geschikt maken voor meng-, ventilerings- en devulcanisatie toepassingen.

Conclusie
Elk type twin-screw extruder biedt unieke voordelen en mogelijkheden om de verschillende verwerkingsbehoeften van een breed scala aan industrieën te voldoen. Het begrijpen van de verschillen tussen deze extruder typen is cruciaal voor het selecteren van de meest geschikte uitrusting voor een specifieke toepassing.

Of het nu gaat om het bereiken van optimale mengefficiëntie, het behouden van productintegriteit of het verbeteren van verwerkingsflexibiliteit, de juiste keuze van twin-screw extruder kan een grote invloed hebben op productkwaliteit, productiviteit en algehele fabrieksucces.