Soorten dubbelschroefsextruders

Twin Screw Extruder is een belangrijk stuk apparatuur dat in verschillende industrieën wordt gebruikt voor het mengen, compounderen en extruderen van materialen zoals kunststoffen, voedsel en farmaceutica. De veelzijdigheid van de twin-screw extruder maakt het een essentieel stuk apparatuur in de moderne productie. Echter, niet alle extruders zijn gelijk; ze zijn er in verschillende typen, elk geschikt voor specifieke behoeften.

In dit artikel bespreken we de verschillende soorten dubbelschroefextruders en hun unieke mogelijkheden.

Gecategoriseerd op schroefconfiguratie 
Op basis van de schroefconfiguratie kunnen dubbelschroefextruders worden gecategoriseerd in parallelle dubbelschroefextruders en conische dubbelschroefextruders. In een parallelle dubbelschroefextruder zijn de schroeven over de gehele lengte evenwijdig aan elkaar. In conische dubbelschroefextruders zijn de schroeven taps toelopend en neemt de diameter geleidelijk af van het invoeruiteinde tot het matrijsuiteinde.

Parallelle dubbelschroefsextruder
Parallelle dubbelschroefextruders hebben schroeven met dezelfde diameter over de gehele lengte. Ze worden vaak gebruikt voor de verwerking van polyolefinen (zoals PE en PP), nylon, PC, polyester en andere materialen.

Voordelen
De aanpasbaarheid van de L/D-verhouding blijft een voordeel van parallelle dubbelschroefextruders. Ze kunnen worden aangepast om de L/D-verhouding te verhogen of te verlagen als reactie op veranderingen in de gietcondities om te voldoen aan de vereisten van de kunststofverwerkingstechnologie. Deze flexibiliteit breidt het toepassingsbereik voor parallelle dubbelschroefextruders uit, iets dat moeilijk te bereiken is met conische dubbelschroefextruders.

nadelen:
Vanwege de kleine hartafstand tussen de twee schroeven en de beperkte beschikbare ruimte, worden de radiale en axiaallagers die de twee uitgaande assen en de bijbehorende aandrijftandwielen ondersteunen, in de aandrijftandwielkast van een parallelle tweeschroefsextruder geconfronteerd met aanzienlijke uitdagingen.

Ondanks de inspanningen van de ontwerpers is het nog steeds moeilijk om de echte problemen van beperkte draagkracht, kleine modulus en diameter van de tandwielen en de gereduceerde diameter van het uiteinde van de twee schroeven op te lossen, wat resulteert in een duidelijk gebrek aan torsiecapaciteit. Beperkte uitgangskoppel en sterk gereduceerde draagkracht zijn een prominent nadeel van parallelle dubbelschroefextruders.

Conische dubbelschroefextruder
Conische dubbelschroefextruders hebben een grotere diameter aan het invoereinde van de schroef en een kleinere diameter aan het matrijseinde. Deze extruders worden voornamelijk gebruikt voor het verwerken van PVC en hun unieke ontwerp is geoptimaliseerd voor specifieke materiaalvereisten.

Voordelen
De twee conische schroeven zijn horizontaal gerangschikt met hun assen in een hoek wanneer ze in de cilinder worden gestoken. Omdat de afstand tussen de assen geleidelijk toeneemt van het smallere uiteinde naar het bredere uiteinde, kan de aandrijftandwielkast een grotere hartafstand tussen de twee uitgaande assen accommoderen. Deze opstelling biedt voldoende ruimte voor het monteren van tandwielen, tandwielassen, radiale en druklagers, waardoor de transmissie-efficiëntie wordt verhoogd.

Dit flexibele ontwerp maakt de installatie van grotere radiale en druklagers mogelijk met assen die zijn gedimensioneerd om een ​​hoge koppeltransmissie te weerstaan. Als gevolg hiervan bieden conische dubbelschroefextruders belangrijke functies, waaronder een hoog bedrijfskoppel en draagvermogen, die hen onderscheiden van parallelle dubbelschroefextruders.

Nadelen
Het nadeel van conische dubbelschroefextruders is hun beperkte aanpasbaarheid, aangezien de schroeven verschillende diameters hebben over hun lengtes, wat het lastig kan maken om uniforme materiaalverwerking te bereiken. Daarnaast zijn hun ontwerpcomplexiteit en potentieel hogere bouwkosten factoren om rekening mee te houden.

Overeenkomsten tussen de twee typen
Ze hebben beide mechanismen voor geforceerde plastic voortstuwing, goede meng- en plastificeringsmogelijkheden en ontwateringsmogelijkheden. Hun aanpasbaarheid aan materialen en plastic productvormprocessen is in essentie hetzelfde.

Verschillen tussen de twee typen
● Diameter: Parallelle dubbele schroeven hebben dezelfde diameter, terwijl conische dubbele schroeven verschillende diameters hebben aan de kleine en grote uiteinden.
● Hartafstand: De hartafstand tussen parallelle dubbele schroeven blijft hetzelfde, terwijl de as van conische dubbele schroeven een hoek vormt, wat resulteert in verschillende hartafstandsafmetingen langs de as.
● L/D-verhouding: De L/D-verhouding (L/D) van een parallelle dubbele schroef is de verhouding van de effectieve lengte van de schroef tot zijn buitendiameter, terwijl de L/D-verhouding van een conische dubbele schroef de verhouding is van de effectieve lengte van de schroef tot het gemiddelde van de diameters van zijn grote en kleine uiteinden.

Het is te zien dat het grootste verschil tussen een parallelle dubbelschroefextruder en een conische dubbelschroefextruder ligt in de geometrie van de schroefcilinder, wat leidt tot verschillende structurele en prestatieverschillen. Hoewel deze twee soorten extruders hun eigen kenmerken hebben, hebben ze ook hun eigen voordelen.

Classificatie volgens de draairichting van de tweeschroef
Dubbelschroefextruders worden onderverdeeld in meedraaiende en tegendraaiende typen, afhankelijk van de draairichting van de schroef.

Co-roterende dubbelschroefextruder
Co-roterende dubbelschroefextruders 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 formuleringen te verwerken, zijn co-roterende extruders ideaal voor het verwerken van polymeermengsels, masterbatches en reactie-extrusietoepassingen. Ze hebben uitstekende zelfscrubbende en transporterende eigenschappen om ervoor te zorgen dat additieven gelijkmatig worden verspreid en verdeeld door het materiaal.

Voordelen van co-roterende dubbelschroefextruders:
● Verbeterde menging: in elkaar grijpende schroeven en aanpasbare schroefelementen zorgen voor een nauwkeurige controle van de mengintensiteit en -kwaliteit, die verder gaat dan bij enkelschroefextruders.
● Verwerkingsflexibiliteit: Met doseertoevoer kunt u de doorvoer onafhankelijk regelen, waardoor meerdere verwerkingsfuncties op één machine mogelijk zijn.
● Gecontroleerde verwerkingsparameters: een nauwe verblijftijdverdeling en nauwkeurige temperatuurregeling verbeteren de schuif-tijd-temperatuurprofielen voor een consistente productkwaliteit.
● Efficiënte productie: volumetrisch transport maakt het mogelijk om een ​​breed scala aan materialen te verwerken met minimale uitvaltijd.
● KOSTENEFFICIËNTIE: Hoge flexibiliteit en productiviteit voor een breed scala aan eindproducten met een consistente kwaliteit, terwijl slijtage van de schroef kan worden gecompenseerd door de schroefsnelheid aan te passen.

Op basis van het in elkaar grijpende gedrag van de schroeven tijdens het draaien, kunnen meedraaiende dubbelschroefextruders verder worden onderverdeeld in ingrijpende meedraaiende dubbelschroefextruders en niet-ingrijpende meedraaiende dubbelschroefextruders.

Ingeschakelde meedraaiende dubbelschroefextruder
In een Engaged Co-Rotating Twin Screw Extruder vergrendelen of grijpen de schroeven in elkaar terwijl ze roteren, waardoor de efficiëntie van materiaalverwerking en transport wordt vergroot. Dit ontwerp verbetert het gedistribueerde mengvermogen van de extruder, wat een grondige verspreiding van additieven en vulstoffen in de polymeermatrix mogelijk maakt.

Intermitterende extruders worden doorgaans gebruikt in compoundingtoepassingen waarbij nauwkeurige controle van de deeltjesgrootteverdeling en blenduniformiteit cruciaal zijn. Ze bieden uitstekende schaalbaarheid en flexibiliteit, waardoor fabrikanten het extrusieproces kunnen aanpassen aan specifieke productvereisten.

Niet-ingrijpende meedraaiende dubbelschroefextruders
Aan de andere kant grijpen de schroeven van een niet-meshende co-roterende dubbelschroefextruder niet in elkaar of grijpen ze niet in elkaar terwijl ze roteren. In plaats daarvan draaien ze dicht bij elkaar zonder in elkaar te grijpen, wat een ander type materiaalverwerking mogelijk maakt, vaak voor kwetsbare materialen of schuifgevoelige toepassingen zoals het verwerken van warmtegevoelige polymeren, biomaterialen en voedselproducten. Niet-ingrijpende extruders bieden zachte verwerkingsomstandigheden terwijl ze nog steeds efficiënte meng- en compounderingsmogelijkheden bieden.

Tegengesteld draaiende dubbelschroefextruders
In tegenstelling tot co-roterende extruders hebben contra-roterende dubbelschroefextruders schroeven die in de tegenovergestelde richting draaien. Deze configuratie creëert een aanzienlijk kneed- en schuifeffect op het materiaal, wat resulteert in grondige menging en dispersie. Contra-roterende extruders blinken uit in toepassingen die intense schuifkracht vereisen, zoals desolventisatie, reactieve extrusie en het mengen van sterk gevulde materialen. Ze bieden nauwkeurige controle over de verblijftijd en schuifsnelheid, waardoor ze geschikt zijn voor veeleisende verwerkingsomstandigheden.

Omgekeerde dubbelschroefextruders inschakelen
In een ingeschakelde omkerende dubbelschroefextruder zijn de twee schroeven symmetrisch gepositioneerd, maar draaien in tegengestelde richtingen. Deze configuratie voorkomt dat het materiaal in een "∞"-vorm beweegt, omdat het spiraalvormige pad van de ene schroef wordt geblokkeerd door de andere. In plaats daarvan wordt het materiaal tijdens het transporteren van vaste stoffen naar voren getransporteerd in een bijna gesloten "C"-vormige holte. Er wordt echter een opening gehandhaafd tussen de buitendiameter van de ene schroef en de worteldiameter van de andere schroef, zodat het materiaal erdoorheen kan.

Terwijl het materiaal door de radiale opening tussen de twee schroeven gaat, wordt het onderworpen aan intense afschuiving, menging en verdichting, wat resulteert in effectieve plastificering. Bovendien kan de compressieverhouding worden gerealiseerd door de schroefspoed geleidelijk te verlagen, waardoor het geschikt is voor het verwerken van een breed scala aan producten.

Niet-ingrijpende, tegengesteld draaiende dubbelschroefextruder
Minder vaak gebruikt dan de meshing extruder, de non-meshing counter-rotating twin-screw extruder werkt anders dan de single-screw extruder, maar heeft overeenkomsten in die zin dat het afhankelijk is van wrijving en viskeuze weerstand om materiaal te transporteren. Naast beweging richting de kop, kan het materiaal verschillende stromingspatronen vertonen vanwege de grote radiale opening tussen de twee schroeven, wat kan leiden tot aanzienlijke lekkage.

Bovendien kunnen de relatieve posities van de schroefvluchten ervoor zorgen dat de materiaaldruk aan de stuwzijde van de ene schroef hoger is dan de weerstandszijde van de andere schroef, wat resulteert in materiaalstroom van de hogedruk stuwzijde naar de weerstandszijde van de andere schroef. Rotatie belemmert materiaalstroom op punt A, wat resulteert in stroming en een verscheidenheid aan andere stromingspatronen die het geschikt maken voor meng-, ontluchtings- en devulkanisatietoepassingen.

Conclusie
Elk type dubbelschroefextruder biedt unieke voordelen en mogelijkheden om te voldoen aan de uiteenlopende verwerkingsbehoeften van een breed scala aan industrieën. Het begrijpen van de verschillen tussen deze extrudertypen is cruciaal voor het selecteren van de meest geschikte apparatuur voor een specifieke toepassing.

Of het nu gaat om het bereiken van een optimale mengefficiëntie, het behouden van de productintegriteit of het verbeteren van de verwerkingsflexibiliteit, de juiste keuze van een dubbelschroefsextruder kan een aanzienlijke impact hebben op de productkwaliteit, productiviteit en het algehele productiesucces.