Typy dvojvrchových extrudérov

Twin Screw Extruder je dôležitým zariadením používaným v rôznych priemyselných odvetviach na miešanie, spojovanie a extrudovanie materiálov ako sú plastiky, potraviny a liečivá. Univerzálne využitie Twin Screw Extruderu ho robí nevyhnutnou súčasťou v modernom výrobe. Však nie všetky extrudery sú rovnocenné; prichádzajú v rôznych typoch, každý vhodný pre špecifické potreby.

V tomto článku si prešetrem rôzne typy dvojvinných extrudérov a ich jedinečné schopnosti.

Kategorizované podľa vinného usporiadania
Na základe vinného usporiadania sa dvojvinné extrudéry môžu deliť na paralelné dvojvinné extrudéry a kužeľovité dvojvinné extrudéry. V paralelnom dvojvinnom extrudéri sú viny po celnej svojej dĺžke paralelné. V kužeľovitých dvojvinných extrudéroch sú viny zaobľené a priemer postupne klesá od vstupného konca po die koniec.

Paralelný dvojosý extruder
Paralelné dvojvinné extrudéry majú viny so stálym priemerom po celej ich dĺžke. Používajú sa bežne na prerábanie polyolefínov (ako PE a PP), nylonu, PC, polyestera a iných materiálov.

Výhody
Prispôsobivosť pomeru L/D zostáva prednosťou rovnobežných dvojitých šrubových extrudérov. Môžu byť upravené tak, aby sa zvýšil alebo znížil pomer L/D v reakcii na zmeny v podmienkach tvarovania a splnili požiadavky technológie spracovania plastov. Táto flexibilita rozšíri oblasť použitia rovnobežných dvojitých šrubových extrudérov, čosietažké dosiahnuť pri kužeľovitých dvojitých šrubových extrudéroch.

Nevýhody:
Z dôvodu malé vzdialenosti medzi dvoma šrubmi a obmedzeného priestoru je pre nosné radialné a ťažové ložiská, ktoré podporenia dve výstupné osi a prislúchajúce prevodové kolieska, v prevodnej krabici rovnobežného dvojitého šrubového extrudéru významná výzva.

Navzdory úsilím dizajnérkov je stále ťažké riešiť skutočné problémy s obmedzenou nosnou schopnosťou, malým modulusom a priemerom kolies a zmenšeným priemerom koncov dvoch šrufov, čo spôsobuje jednoznačnú chrbtivosť v otočnej schopnosti. Obmedzený výstupný krútiací moment a výrazne znížená nosná schopnosť je významnou chybou paralelných dvojšrugových extrudov.

Kónický dvojšrugový extrudér
Kónické dvojšrugové extrudéry majú väčší priemer na strane dosypania a menší priemer na strane matice. Tieto extrudéry sa používajú hlavne na prerábanie PVC a ich originálny dizajn je optimalizovaný pre špecifické požiadavky materiálov.

Výhody
Dve kuželovité šrouby sú usporiadané vodorovne tak, že ich osi tvoria uhol pri vložení do valca. Keď sa od uzavretého konca po otvorený postupne zväčšuje vzdialenosť medzi osami, pohonová prevodnica môže obsahovať väčšiu stredovú vzdialenosť medzi dvoma výstupnými osami. Toto usporiadanie poskytuje dostatok miesta na montáž kolies, kľúčových kolies, radiálnych a stupňových ložísk, čím sa zvyšuje účinnosť prenosu.

Tento pružný dizajn umožňuje montáž väčších radiálnych a stupňových ložísk s osami, ktoré sú vyrobené na odolanie predčasnému prenosu krútiacej sily. V dôsledku toho ponúkajú kuželovité dvojšroubové extrudéry významné vlastnosti, vrátane vysokého pracovného krútiaca momentu a nosnej schopnosti, čo ich odlišuje od rovnobežných dvojšroubových extrudérov.

Nevýhody
Nevýhodou konických dvojšroubových extrudérov je ich obmedzená prispôsobiteľnosť, pretože šrouby majú rôzne priemerky po dĺžke, čo môže ztížiť dosiahnutie rovnomerného spracovania materiálu. Okrem toho ich dizajnová zložitosť a potenciálne vyššie náklady na výrobu sú faktory, ktoré treba zohľadniť.

Podobnosti medzi oboma typmi
Oba majú mechanizmy na nútené pohon plasty, dobré miešacie a plastifikované schopnosti a schopnosti odstraňovania vody. Ich prispôsobiteľnosť materiálom a procesom tvarenia plastrových produktov je podstatne rovnaká.

Rozdiely medzi dvoma typmi
● Priemer: Paralelné dvojšrouby majú rovnaký priemer, kým konické dvojšrouby majú rôzne priamery na malom a veľkom konci.
● Vzdialenosť stredu: Medzi paralelnými dvojšroubami sa vzdialenosť stredu nezmení, kým os konických dvojšroubov tvorí uhol, čo spôsobuje rôzne rozmerové vzdialenosti stredu po ose.
● Pomer L/D: Pomer L/D (L/D) rovnobežného dvojkruhového extrudéra je pomer efektívnej dĺžky šroubu ku jeho vonkajšiemu priemeru, zatiaľ čo pomer L/D u kužeľovitého dvojkruhového extrudéra je pomerom efektívnej dĺžky šroubu ku priemernému priemeru jeho veľkej a malej koncov.

Je zrezné, že najväčšia rozdiel medzi rovnobežným dvojkruhovým extruderom a kužeľovitým dvojkruhovým extruderom spočíva v geometrii šroubových lôčok, čo spôsobuje rôzne štrukturálne a výkonnostné rozdiely. Hoci majú tieto dva typy extruderov svoje vlastnosti, každý má tiež svoje výhody.

Klasifikácia podľa smeru otáčania dvojkruhu
Dvojkruhové extrudéry sa delia na spoluotáčajúce sa a proti sebe otáčajúce sa typy podľa smeru otáčania šroubov.

Spoluotáčajúci sa dvojkruhový extruder
Ko-rotujúce dvojšroubové extrudéry majú dva šrouby rotujúce v tom istom smere. Tieto stroje sú účinné pri miešaní a formulovaní materiálov. S možnosťou spracovania širokého rozsahu viskozít a formulácií sú ko-rotujúce extrudéry ideálne pre spracovanie polymerových zmiešanín, masterbatchov a reakčných extrúzií. Majú vynikajúce samootíravé a prevádzkové vlastnosti, aby sa zabezpečilo, že prísady sú rovnomerne rozptýňané a distribuované po celom materiáli.

Výhody ko-rotujúcich dvojšroubových extruderov:
● Zlepšené miešanie: Preplétajúce sa šrouby a prispôsobiteľné šroubové prvky umožňujú presnú kontrolu intenzity a kvality miešania za hranicami jednošroubových extruderov.
● Flexibilnosť spracovania: Dosiadenie krmenia umožňuje nezávislú kontrolu prúdu, čo umožňuje viacero spracovateľných funkcií na jednom stroji.
● Kontrolované procesné parametre: Uzka distribúcia času prebytia a presná kontrola teploty vylepšuje profil shear-time-temperature pre konzistentnú kvalitu produkcie.
● Efektívna výroba: Objemové prepravovanie umožňuje spracovanie širokého spektra materiálov s minimálnym down-time.
● KOST EFECTIVNOSŤ: Vysoká flexibilita a produktivita pre široké spektrum konečných produktov s konzistentnou kvalitou, pričom nosenie šroubov môže byť kompenzované prispôsobením rýchlosti šroubov.

Na základe prepojeného správaní šroubov pri rotácii môžu byť spínace dvojšroubové extrudéry ďalej klasifikované na zapojené spínace dvojšroubové extrudéry a nezapojené spínace dvojšroubové extrudéry.

Zapojený spínajúci sa dvojšroubový extruder
V zapojenom spájanom dvochodovom extrudéri sa šruchy zatvárajú alebo zapájajú medzi sebou počas rotácie, čím sa zvyšuje účinnosť spracovania a prenášania materiálu. Tento dizajn zvyšuje schopnosť extrudera rozptyľovať, čo usnadňuje plné rozptýlenie prísad a náplníkov v polymerickej matici.

Intermitentné extrudery sa bežne používajú v aplikáciách na kompoundovanie, kde je kritická presná kontrola distribúcie veľkosti častíc a rovnomernosti zmiešania. Ponúkajú vynikajúcu škálovateľnosť a flexibility, čo umožňuje výrobcam prispôsobiť proces extrúzie konkrétnym požiadavkám produktu.

Nezapojujúce spájané dvochodové extrudery
Z drugé strany, šrouby nezapadácej dvojšroubovej ekstrudéry s rovnobežným otáčaním sa neprepájajú a nepreplätajú pri rotácii. Namiesto toho sa otáčajú v blízkosti druhého bez preplätania, čo umožňuje iný typ spracovania materiálov, často pre krehké materiály alebo aplikácie citlivé na střih, ako je napríklad spracovanie teplotne citlivých polymierov, biomateriálov a potravín. Ne-prepájajúce ekstrudéry ponúkajú mäkké podmienky spracovania, zatiaľ čo stále ponúkajú efektívne zmiešavacie a kompenzné schopnosti.

Dvojšroubové ekstrudéry s protismernou rotáciou
Na rozdiel od spoločne otáčajúcich sa extrudérov majú proti sebe otáčajúce dvojšroubovacie extrudéry šrouby, ktoré sa otáčajú v opačnom smere. Táto konfigurácia vzniká významný tvarovací a striekový efekt na materiál, čo viede k dôkladnému miešaniu a disperzii. Proti sebe otáčajúce extrudéry sa vynimajú v aplikáciách, kde je potrebná intenzívna strieková síla, ako je dezolvencializácia, reaktívna extrúzia a miešanie materiálov s vysokým naplnením. Ponúkajú presnú kontrolu času pobytu a striekovej rýchlosti, čo ich robí vhodnými pre náročné technologické podmienky.

Použitie proti sebe otáčajúcich dvojšroubovácich extrudérov
V zapojenom dvochšrubovom extrudéri s protiobratnými šrubmi sú dva šruby symetricky umiestnené, ale otáčajú sa v opačných smeroch. Táto konfigurácia bráni materiálu v pohybe v tvare „∞“, pretože šroubová trajectória jedného šrubu je blokovaná druhým. Namiesto toho sa pri doprave pevných látok materiál pohybuje dopredu v témľavej dutine tvaru „C“. Však medzi vonkajším priemerom jedného šrubu a vnútorným priemerom druhého šrubu sa udržiava medzera, aby mohol materiál pretekať.

Keď sa materiál prehrievá cez radiálnu medzeru medzi dvoma šrubmi, podlieha intenzívnemu stieraniu, miešaniu a kompresii, čo viede k účinnému plastifikovaniu. Okrem toho môže byť kompresný pomer dosiahnutý postupným znížením šroubového kroku, čo ho robí vhodným na spracovanie širokého rozsahu produktov.

Dvochšrubový extruder s protiobratnými nezapojenými šrubmi
Menej často používaný ako preťažovací extrudér, neprtievajúci dvojosý protirotujúci extrudér funguje inak ako jednoscrew extrudér, ale má podobnosti v tom, že sa závisí na fricke a viskoznej odpornosti na prenose materiálu. Okrem pohybu smerom k hlave môže materiál vykazovať rôzne tokové vzory kvôli veľkej radiálnej medzere medzi dvoma šrubmi, čo môže spôsobiť významné preteky.

Okrem toho môžu relatívne polohy šrubových lopatiek spôsobiť, že tlak materiálu na strane ťača jedného šrubu je vyšší ako na strane odporu druhého šrubu, čo viedlo k priečku materiálu z vysokotlakového ťača na stranu odporu druhého šrubu. Rotácia brzdí pohyb materiálu v bode A, čo spôsobuje tok a množstvo iných tokových vzorov, čo ho robí vhodným na aplikácie miešania, ventilačné procesy a dezvulkanizáciu.

Záver
Každý typ dvojšrubového extrudéra ponúka jedinečné výhody a schopnosti, ktoré vyhovujú rôznym požiadavkám pri spracovaní v širokom spektre odvetví. Porozumenie rozdielom medzi týmito typmi extruderov je kritické pre výber najvhodnejšieho zariadenia pre konkrétnu aplikáciu.

Či už ide o dosiahnutie optimálnej efektivity miešania, zachovanie integrity produktu alebo zvýšenie pružnosti spracovania, správny výber dvojšrubového extrudéra môže mať významný vplyv na kvalitu produktu, produkčnosť a celkový úspech výroby.