Typer av dobbeltskrueekstruder

Twin Screw Extruder er et viktig stykke utstyr som brukes i ulike industrier til blanding, kompounding og ekstrudering av materialer som plast, mat og legemidler. Versenligheten til twin-screw extruder gjør det til et nødvendig stykke utstyr i moderne produksjon. Likevel, ikke alle extruder er like; de kommer i forskjellige typer, hver tilpasset spesifikke behov.

I denne artikkelen vil vi utforske de ulike typene twin-screw ekstruderer og deres unike evner.

Kategorisert etter skruetyper
Basert på skruetype kan twin-screw ekstruderer kategoriseres i parallelle twin-screw ekstruderer og kjeglete formerede twin-screw ekstruderer. I en parallell twin-screw ekstruder er skruegene parallell med hverandre gjennom hele lengden. I kjeglete formerede twin-screw ekstruderer er skruegene taprede, og diameteren minsker gradvis fra innskyteenden til formenden.

Parallell dobbelskruvekstruder
Parallelle twin-screw ekstruderer har skrueger med samme diameter gjennom hele lengden. De brukes vanligvis til å prosessere polyolefiner (som PE og PP), nylon, PC, polyester og andre materialer.

Fordeler
Tilpasningsdyktigheten av forholdet L/D er fortsatt en fordels for parallelle twin-skrue ekstruderer. De kan justeres for å øke eller redusere forholdet L/D i svar på endringer i formingsbetingelsene for å møte kravene fra plastbehandlingsteknologien. Denne fleksibiliteten utvider anvendelsesområdet for parallelle twin-skrue ekstruderer, noe som er vanskelig å oppnå med konsiske twin-skrue ekstruderer.

Ulemper:
Grunnet den lille sentrumavstanden mellom de to skruene og det begrensede tilgjengelige rommet, står de radiale og thrust-skjemaene som støtter de to utgangsaksene og de tilknyttede drivhjulene overfor betydelige utfordringer i drivredskapset til en parallelle twin-skrue ekstruder.

Trotte man har gjort anstrengelser, er det fortsatt vanskelig å løse de virkelige problemene med begrenset lastevne, liten stivhet og diameter på gearane samt den reduserte diameteren på haleenden av de to skrueane, noe som fører til en tydelig mangel på torsjonskapasitet. Begrenset utdatorkraft og betydelig redusert bærnevne er et fremtrædende ulempe ved parallelle twin-skrue ekstruder.

Kjønnest twin-skrue ekstruder
Kjønnest twin-skrue ekstruder har en større diameter på innskytemålet av skrua og en mindre diameter på dymålet. Disse ekstruderne brukes hovedsakelig til behandling av PVC, og deres unike design er optimalisert for spesifikke materialekrav.

Fordeler
De to konsentriske skruene er plassert horisontalt med akser som står på skrå når de settes inn i fatet. Da avstanden mellom saksene økes gradvis fra det smalere endet til det bredere endet, kan kjøreturen tilpasse seg en større sentrumavstand mellom de to utgangssaksene. Denne oppstillingen gir nokrom plass for å montere tannhjul, tannhjulsakser, radiale og aksialbærere, noe som øker overførings-effektiviteten.

Denne fleksible designet gjør det mulig å installere større radiale og aksialbærere med akser dimensjonert til å klare høyttorqueoverføring. Dermed tilbyr konsentriske dobbeltskruetruder betydelige egenskaper, blant annet høy driftstorke og lastebæringskapasitet, som skiller dem fra parallele dobbeltskruetruder.

Ulemper
Ulempen ved konsentriske dobbeltskruveekstruderer er deres begrenset tilpasningsdyktighet, da skrufene har variabelt diameter langs deres lengde, noe som kan gjøre det utfordrende å oppnå likeverdig materialebehandling. I tillegg er deres designkompleksitet og potensielt høyere bygningskostnader faktorer å ta hensyn til.

Likhetene mellom de to typene
De har begge mekanismer for tvungen plastfremdrift, gode blandings- og plastiseringsevner, og evne til å fjerne vann. Deres tilpasningsdyktighet til materialer og formgivning av plastprodukter er i stor grad den samme.

Forskjeller mellom de to typene
● Diameter: Parallelle dobbeltskruer har samme diameter, mens konsentriske dobbeltskruer har forskjellige diameterer på den lille og store enden.
● Senteravstand: Senteravstanden mellom parallelle dobbeltskruer forblir den samme, mens aksen til konsentriske dobbeltskruer danner en vinkel, noe som fører til forskjellige senteravstandsmål langs aksen.
● L/D-forholdet: L/D-forholdet (L/D) for en parallelldobbelskru er forholdet mellom skruens effektive lengde og dens ytre diameter, mens L/D-forholdet for en konsisk dobbelskru er forholdet mellom skruens effektive lengde og gjennomsnittet av diameterne på den store og lille enden.

Det kan ses at største forskjell mellom en parallelldobbelskruuttrykker og en konsisk dobbelskruuttrykker ligger i geometrien til skruen og sylindermantelen, noe som fører til ulike strukturelle og ytelsesmessige forskjeller. Selv om disse to typer uttrykkere har sine egne karakteristikk, har de også hver sine fordeler.

Klassifisering etter roteringsretningen til dobbelskruen
Dobbelskruuttrykkere deles inn i med-roterende og mot-roterende typer etter skruenes roteringsretning.

Med-roterende dobbelskruuttrykker
Sammenrotende twin-screw ekstruderer har to skruer som roterer i samme retning. Disse maskinene er effektive ved blanding og formulering av materialer. Med evnen til å håndtere et bredt utvalg av viskositeter og formuleringer, er sammenrotende ekstruderer ideelle for prosessering av polymerblanding, masterbatch og reaksjons-ekstruderingstilpasninger. De har fremragende egenskaper for selvrensning og transport for å sikre at additiver blir jevnt fordelt og distribuert gjennom materialet.

Fordeler med sammenrotende twin-screw ekstruderer:
● Forbedret blanding: Overlappende skruer og tilpassede skrueelementer tillater nøyaktig kontroll av blandingstensitet og kvalitet overfor enkeltskruemaskiner.
● Prosesseringsflexibilitet: Måling av mate lar deg kontrollere gjennomføringen uavhengig, noe som tillater flere prosesseringsfunksjoner på én maskin.
● Kontrollerte prosessparametere: Smal oppholdstidfordeling og nøyaktig temperaturregulering forbedrer skjær-tid-temperaturprofiler for konstant produktkvalitet.
● Effektiv produksjon: Volummetrisk transport tillater at en bred vifte av materialer kan behandles med minimal nedetid.
● KOSTNADSEFFEKTIVITET: Høy fleksibilitet og produktivitet for en bred vifte av endeprodukter med konstant kvalitet, mens skrueausgift kan kompenseres ved å justere skruetyngden.

Basert på skruenes overlappende oppførsel når de roterer, kan sammenrotende twin-skrueekstruderer videre klassifiseres som overlappende sammenrotende twin-skrueekstruderer og ikke-overlappende sammenrotende twin-skrueekstruderer.

Overlappende sammenrotende twin-skrueekstruder
I en koblede samvendende totrådskruet ekstruder, låser krukene eller kobler med hverandre mens de roterer, noe som øker effektiviteten til materialebehandling og transport. Denne designforbedringen forsterker ekstruderens evne til å gjennomføre fordelt blanding, noe som letter en grundig spredning av tilsetninger og fyllere i polymermatrisen.

Intervall-ekstrudere brukes typisk i kompounding-applikasjoner der nøyaktig kontroll av partikkelstørrelsefordeling og blandingsenheter er avgjørende. De tilbyr fremragende skalerbarhet og fleksibilitet, hvilket lar produsenter tilpasse ekstrusionsprosessen til spesifikke produktkrav.

Ikke-koblede samvendende totrådskruet ekstruder
På den andre side, så interlockerer ikke skrueene på en ikke-meshing co-rotating twin-screw ekstruder mens de roterer. Istedenfor roterer de i nærheten av hverandre uten å interlokere, noe som tillater en annen type materialebehandling, ofte for skjørt materialer eller shear-sensitive anvendelser som behandling av varmeoppsensitive polymerer, biomaterialer og matprodukter. Ikke-engagerende ekstrudere tilbyr mild behandling mens de likevel tilbyr effektive blandings- og kompoundingsevner.

Kontrarotende twin-screw ekstrudere
I motsetning til ekstruderer med samvendende skruer har motvendende twin-screw-ekstruderer skruer som roterer i motsatt retning. Denne konfigurasjonen oppretter en betydelig knålingseffekt og strømningseffekt på materialet, noe som fører til grundig blanding og fordeling. Motvendende ekstruderer presterer godt i anvendelser som krever intens strømning, som f.eks. avløsing, reaktiv ekstrudering og blanding av høygradig fylte materialer. De gir nøyaktig kontroll av oppholdstid og strømningsrate, noe som gjør dem egnet for kravende prosessforhold.

Bruk av motvendende twin-screw-ekstruderer
I en kraftig reverserende toskrueekstruder er de to skruene symmetrisk plassert, men de roterer i motsatte retninger. Denne konfigurasjonen forhindre at materialet beveger seg i en «∞»-form, da helikale banen til én skru blir blokkert av den andre. I stedet transporteres materialet fremover i en nesten lukket «C»-formet hull under faststoffsforflytning. Likevel holdes det et mellomrom mellom ytre diameteren på én skru og hulldiameteren på den andre skru for å la materialet gå gjennom.

Når materialet passerer gjennom det radiale mellomrommet mellom de to skruene, blir det utsatt for intens knekking, blanding og komprimering, noe som fører til effektiv plastifisering. I tillegg kan trykkforholdet realiseres ved å gradvis redusere skruelengden, hvilket gjør det egnet for å prosessere en bred varegruppe.

Ikke-koblet motretterende toskrueekstruder
Brukes mindre enn meshing-ekstruder, opererer den ikke-meshing motroterende twin-screw ekstruder forskjellig fra enkeltskruvekstruder, men har likheter i at den avhenger av friksjon og viskøs motstand for å transportere materialet. I tillegg til bevegelse mot hodet kan materialet vise ulike strømningsmønstre grunnet den store radiale avstanden mellom de to skruvene, noe som kan føre til betydelig lekkasje.

I tillegg kan de relative posisjonene til skruvfluktena føre til at materialets trykk på trykk siden av én skruv er høyere enn motstandsiden av den andre skruven, noe som fører til materialet strømmer fra høytryks trykk siden til motstandsiden av den andre skruven. Rotasjon hindrer materialet strøm på punkt A, noe som fører til strømning og et utvalg av andre strømningstyper som gjør det egnet for blanding, venting og devulkanisering.

Konklusjon
Hver type twin-screw ekstruder tilbyr unike fordeler og evner for å møte de ulike prosessbehovene i en bred vifte av industrier. Å forstå forskjellene mellom disse ekstrudertype er avgjørende for å velge den mest passende utstyr for en bestemt anvendelse.

Uansett om det er for å oppnå optimal blandings-effektivitet, opprettholde produktintegritet, eller forbedre prosessflexibilitet, den riktige valget av twin-screw ekstruder kan ha en betydelig innvirkning på produktkvalitet, produktivitet og overordnet produksjonssuksess.