Rodzaje wytłaczarek dwuślimakowych

Ekstruder dwuślimakowy to ważny element wyposażenia stosowany w różnych gałęziach przemysłu do mieszania, łączenia i wytłaczania materiałów, takich jak tworzywa sztuczne, żywność i farmaceutyki. Wszechstronność ekstrudera dwuślimakowego sprawia, że ​​jest on niezbędnym elementem wyposażenia w nowoczesnej produkcji. Jednak nie wszystkie ekstrudery są sobie równe; występują w różnych typach, z których każdy jest dostosowany do konkretnych potrzeb.

W tym artykule przyjrzymy się różnym typom wytłaczarek dwuślimakowych i ich wyjątkowym możliwościom.

Sklasyfikowane według konfiguracji śrub 
Na podstawie konfiguracji ślimaka, wytłaczarki dwuślimakowe można podzielić na równoległe wytłaczarki dwuślimakowe i stożkowe wytłaczarki dwuślimakowe. W równoległych wytłaczarkach dwuślimakowych ślimaki są równoległe do siebie na całej długości. W stożkowych wytłaczarkach dwuślimakowych ślimaki są stożkowe, a ich średnica stopniowo maleje od końca podawania do końca matrycy.

Ekstruder ślimakowy równoległy
Ekstrudery dwuślimakowe równoległe mają ślimaki o tej samej średnicy na całej długości. Są powszechnie stosowane do przetwarzania poliolefin (takich jak PE i PP), nylonu, PC, poliestru i innych materiałów.

Zalety
Możliwość dostosowania stosunku L/D pozostaje zaletą równoległych wytłaczarek dwuślimakowych. Można je regulować, aby zwiększyć lub zmniejszyć stosunek L/D w odpowiedzi na zmiany warunków formowania, aby spełnić wymagania technologii przetwórstwa tworzyw sztucznych. Ta elastyczność rozszerza zakres zastosowań równoległych wytłaczarek dwuślimakowych, co jest trudne do osiągnięcia w przypadku stożkowych wytłaczarek dwuślimakowych.

Niedogodności:
Z uwagi na niewielką odległość między środkami dwóch ślimaków i ograniczoną ilość miejsca, łożyska promieniowe i oporowe podtrzymujące dwa wały wyjściowe i powiązane koła zębate napędowe w przekładni napędowej równoległej wytłaczarki dwuślimakowej napotykają na poważne trudności.

Pomimo wysiłków projektantów, nadal trudno jest rozwiązać rzeczywiste problemy ograniczonej nośności, małego modułu i średnicy kół zębatych, a także zmniejszonej średnicy końca tylnego dwóch śrub, co skutkuje oczywistym brakiem nośności skrętnej. Ograniczony moment wyjściowy i znacznie zmniejszona nośność to widoczne wady równoległych wytłaczarek dwuślimakowych.

Ekstruder dwuślimakowy stożkowy
Ekstrudery stożkowe dwuślimakowe mają większą średnicę na końcu ślimaka i mniejszą średnicę na końcu matrycy. Te ekstrudery są głównie używane do przetwarzania PVC, a ich unikalna konstrukcja jest zoptymalizowana pod kątem konkretnych wymagań materiałowych.

Zalety
Dwie stożkowe śruby są ułożone poziomo, a ich osie są pod kątem po włożeniu do lufy. Ponieważ odległość między wałami jest stopniowo zwiększana od węższego końca do szerszego końca, przekładnia napędowa może pomieścić większą odległość środkową między dwoma wałami wyjściowymi. Taki układ zapewnia wystarczającą ilość miejsca do montażu kół zębatych, wałów przekładni, łożysk promieniowych i oporowych, zwiększając tym samym wydajność przekładni.

Ta elastyczna konstrukcja umożliwia instalację większych łożysk promieniowych i oporowych z wałami o wymiarach umożliwiających przenoszenie dużego momentu obrotowego. W rezultacie stożkowe wytłaczarki dwuślimakowe oferują znaczące cechy, w tym wysoki moment obrotowy i nośność, które odróżniają je od równoległych wytłaczarek dwuślimakowych.

Niedogodności
Wadą stożkowych wytłaczarek dwuślimakowych jest ich ograniczona adaptowalność, ponieważ ślimaki mają różne średnice na całej długości, co może utrudniać osiągnięcie jednorodnej obróbki materiału. Ponadto należy wziąć pod uwagę złożoność ich konstrukcji i potencjalnie wyższe koszty budowy.

Podobieństwa między tymi dwoma typami
Oba mają mechanizmy do wymuszonego napędu plastiku, dobre możliwości mieszania i uplastyczniania oraz możliwości odwadniania. Ich zdolność adaptacji do materiałów i procesów formowania produktów z tworzyw sztucznych jest zasadniczo taka sama.

Różnice między tymi dwoma typami
● Średnica: Podwójne śruby równoległe mają taką samą średnicę, natomiast podwójne śruby stożkowe mają różne średnice na mniejszym i większym końcu.
● Odległość między środkami: Odległość między środkami równoległych podwójnych śrub pozostaje taka sama, natomiast oś stożkowych podwójnych śrub tworzy kąt, co powoduje różne wymiary odległości między środkami wzdłuż osi.
● Współczynnik L/D: Współczynnik L/D (L/D) podwójnej śruby równoległej to stosunek efektywnej długości śruby do jej średnicy zewnętrznej, natomiast współczynnik L/D podwójnej śruby stożkowej to stosunek efektywnej długości śruby do średniej średnic jej większego i mniejszego końca.

Można zauważyć, że największa różnica między równoległym wytłaczarką dwuślimakową a stożkowym wytłaczarką dwuślimakową leży w geometrii cylindra ślimaka, co prowadzi do różnych różnic strukturalnych i wydajnościowych. Chociaż te dwa typy wytłaczarek mają swoje własne cechy, mają również swoje własne zalety.

Klasyfikacja według kierunku obrotów ślimaka dwuślimakowego
Ekstrudery dwuślimakowe dzielą się na współbieżne i przeciwbieżne, w zależności od kierunku obrotu ślimaka.

Współbieżna wytłaczarka dwuślimakowa
Współbieżne wytłaczarki dwuślimakowe mają dwa ślimaki obracające się w tym samym kierunku. Te maszyny są wydajne w mieszaniu i formułowaniu materiałów. Dzięki możliwości obsługi szerokiego zakresu lepkości i formuł, współbieżne wytłaczarki są idealne do przetwarzania mieszanek polimerowych, masterbatchów i zastosowań wytłaczania reakcyjnego. Mają doskonałe właściwości samoszorowania i przenoszenia, aby zapewnić równomierne rozproszenie i rozprowadzenie dodatków w całym materiale.

Zalety współbieżnych wytłaczarek dwuślimakowych:
● Ulepszone mieszanie: Zazębiające się ślimaki i konfigurowalne elementy ślimaków umożliwiają precyzyjną kontrolę intensywności i jakości mieszania wykraczającą poza możliwości wytłaczarek jednoślimakowych.
● Elastyczność przetwarzania: Dozowanie pozwala na niezależną kontrolę przepustowości, umożliwiając wykonywanie wielu funkcji przetwarzania na jednej maszynie.
● Kontrolowane parametry przetwarzania: wąski rozkład czasu przebywania i precyzyjna kontrola temperatury poprawiają profile ścinania-temperatury, zapewniając spójną jakość produktu.
● Wydajna produkcja: Transport objętościowy pozwala na przetwarzanie szerokiej gamy materiałów przy minimalnym przestoju.
● OPŁACALNOŚĆ: Wysoka elastyczność i wydajność dla szerokiej gamy produktów końcowych o stałej jakości, przy jednoczesnym zachowaniu możliwości kompensacji zużycia śrub poprzez regulację prędkości ślimaka.

Na podstawie zazębiającego się zachowania ślimaków podczas obrotu, współbieżne wytłaczarki dwuślimakowe można podzielić na współbieżne wytłaczarki dwuślimakowe i niewspółbieżne wytłaczarki dwuślimakowe.

Współbieżna wytłaczarka dwuślimakowa
W wytłaczarce dwuślimakowej Engaged Co-Rotating Twin Screw, śruby blokują się lub łączą ze sobą podczas obrotu, zwiększając w ten sposób wydajność przetwarzania i transportu materiału. Ta konstrukcja zwiększa zdolność wytłaczarki do rozproszonego mieszania, co ułatwia dokładne rozproszenie dodatków i wypełniaczy w matrycy polimerowej.

Ekstrudery intermittent są zazwyczaj używane w aplikacjach mieszania, w których precyzyjna kontrola rozkładu wielkości cząstek i jednorodności mieszanki ma kluczowe znaczenie. Oferują doskonałą skalowalność i elastyczność, umożliwiając producentom dostosowanie procesu wytłaczania do konkretnych wymagań produktu.

Ekstrudery dwuślimakowe współbieżne bez angażowania
Z drugiej strony, śruby dwuślimakowej wytłaczarki współbieżnej bez zazębienia nie zazębiają się ani nie łączą się podczas obrotu. Zamiast tego obracają się w bliskiej odległości od siebie bez łączenia, co umożliwia inny rodzaj obróbki materiału, często w przypadku materiałów kruchych lub zastosowań wrażliwych na ścinanie, takich jak przetwarzanie polimerów wrażliwych na ciepło, biomateriałów i produktów spożywczych. Ekstrudery bez łączenia zapewniają delikatne warunki przetwarzania, jednocześnie oferując wydajne możliwości mieszania i łączenia.

Ekstrudery dwuślimakowe przeciwbieżne
W przeciwieństwie do wytłaczarek współbieżnych, wytłaczarki dwuślimakowe przeciwbieżne mają ślimaki obracające się w przeciwnym kierunku. Taka konfiguracja powoduje znaczny efekt ugniatania i ścinania materiału, co skutkuje dokładnym mieszaniem i dyspersją. Wytłaczarki przeciwbieżne doskonale sprawdzają się w zastosowaniach wymagających intensywnego ścinania, takich jak desolwentyzacja, reaktywne wytłaczanie i mieszanie materiałów o dużej zawartości wypełniaczy. Zapewniają precyzyjną kontrolę czasu przebywania i szybkości ścinania, dzięki czemu nadają się do wymagających warunków przetwarzania.

Włączanie dwuślimakowych wytłaczarek rewersyjnych
W ekstruderze dwuślimakowym z rewersyjnym zazębieniem, dwa ślimaki są symetrycznie ustawione, ale obracają się w przeciwnych kierunkach. Taka konfiguracja zapobiega przemieszczaniu się materiału w kształcie „∞”, ponieważ ścieżka śrubowa jednego ślimaka jest blokowana przez drugi. Zamiast tego, podczas transportu ciał stałych, materiał jest transportowany do przodu w niemal zamkniętej wnęce w kształcie litery „C”. Jednak między zewnętrzną średnicą jednego ślimaka a średnicą korzenia drugiego ślimaka utrzymywana jest szczelina, aby umożliwić przejście materiału.

Gdy materiał przechodzi przez szczelinę promieniową między dwoma ślimakami, jest poddawany intensywnemu ścinaniu, mieszaniu i zagęszczaniu, co skutkuje skuteczną plastyfikacją. Ponadto współczynnik kompresji można uzyskać poprzez stopniowe zmniejszanie skoku ślimaka, co czyni go odpowiednim do przetwarzania szerokiej gamy produktów.

Ekstruder dwuślimakowy przeciwbieżny, bezsprzęgłowy
Mniej powszechnie używany niż wytłaczarka siatkowa, przeciwbieżny wytłaczarka dwuślimakowa bez siatki działa inaczej niż wytłaczarka jednoślimakowa, ale ma podobieństwa w tym, że polega na tarciu i lepkim oporze, aby transportować materiał. Oprócz ruchu w kierunku głowicy, materiał może wykazywać różne wzorce przepływu z powodu dużej szczeliny promieniowej między dwoma ślimakami, co może prowadzić do znacznego wycieku.

Ponadto względne położenia śrub mogą powodować, że ciśnienie materiału po stronie nacisku jednej śruby będzie wyższe niż po stronie oporu drugiej śruby, co spowoduje przepływ materiału z wysokociśnieniowej strony nacisku do strony oporu drugiej śruby. Obrót utrudnia przepływ materiału w punkcie A, co powoduje przepływ i szereg innych wzorców przepływu, które czynią go odpowiednim do zastosowań mieszania, odpowietrzania i dewulkanizacji.

Podsumowanie
Każdy typ wytłaczarki dwuślimakowej oferuje unikalne korzyści i możliwości, aby sprostać zróżnicowanym potrzebom przetwórczym szerokiej gamy branż. Zrozumienie różnic między tymi typami wytłaczarek jest kluczowe dla wyboru najbardziej odpowiedniego sprzętu do konkretnego zastosowania.

Niezależnie od tego, czy celem jest osiągnięcie optymalnej wydajności mieszania, zachowanie integralności produktu czy poprawa elastyczności przetwarzania, właściwy wybór wytłaczarki dwuślimakowej może mieć znaczący wpływ na jakość produktu, wydajność i ogólny sukces produkcji.