Что нужно знать о двухшнековых экструдерах и машинах для компаундирования

Дом » Блог » Что нужно знать о двухшнековых экструдерах и машинах для компаундирования

Двухшнековые экструдеры и машины для компаундирования являются центром многих промышленных процессов. В этих машинах используются два шнека, которые сцепляются друг с другом и размещаются в одном цилиндре для смешивания, компаундирования или плавления материалов. Что отличает их от других конструкций, так это способность контролировать такое большое количество переменных процесса, что делает их пригодными для всех видов погрузочно-разгрузочных работ. В этой статье мы более подробно рассмотрим их механику, принципы работы, а также применение в различных областях.

Общие сведения о двухшнековых экструдерах

Основы двухшнекового экструдера

Двухшнековые экструдеры берут свое начало в конструкции одношнекового экструдера. Существенное различие между ними заключается в количестве используемых шнеков — один против двух. Эти шнеки вращаются в тесном зацеплении и в одном направлении вращения, создавая действие транспортировки и сдвига, которое эффективно смешивает, плавит, а также прокачивает через них сырье. Изменяя шаг, спиральные углы или глубину этих шнеков, которые являются уникальными друг для друга, можно спроектировать, изменив таким образом интенсивность, с которой они сдвигают, тем самым влияя на качество смеси. Кроме того, эта конструкция обеспечивает отличную способность к самоочистке, что приводит к сокращению простоев, вызванных действиями по техническому обслуживанию, и, следовательно, повышению уровня эксплуатационной эффективности.

Процесс двухшнековой экструзии

Ниже приводится пошаговое описание процесса двухшнековой экструзии:

Подача: исходные материалы, такие как пеллеты, гранулы или порошок, подаются в экструдер через бункер.
Транспортировка: транспортировка материала через бочки происходит, когда эти переплетенные шнеки вращаются с некоторой скоростью; Тип и скорость шнека определяют скорость, с которой можно получить материал.
Плавление/пластификация: когда он движется по нагретым бочкам, где известно, что температура достаточно высока для плавления пластмасс и т. д., силы сдвига, создаваемые вращающимися лезвиями, помогают ему пластифицироваться до тех пор, пока он не превратится в высоковязкое жидкое расплавленное состояние.
Смешивание/компаундирование: Дальнейшее компаундирование происходит в расплавленном состоянии; При необходимости сюда также можно вводить добавки.
Дегазация: на этом этапе все летучие вещества, захваченные в образующемся продукте, удаляются, так что остаются только нелетучие вещества. Иногда этот процесс выполняется в условиях вакуума, что называется вакуумной дегазацией или деаэрацией, в зависимости от типа обрабатываемого продукта и его требований.
Формование: штампы формируют потоки размягченного материала, выходящего из машины, в виде прядей/листов/трубок/гранул и т. д. в зависимости от желаемой конечной формы.
Охлаждение и резка: В конце пластик обычно охлаждают на водяной бане, особенно если он выходит в виде прядей. Затем их нарезают ножницами на нужную длину.

Всеми этими этапами можно управлять индивидуально для получения материалов с желаемыми свойствами и качествами, что показывает, насколько универсальна и эффективна двухшнековая экструзия.

Конфигурации двухшнековых экструдеров

Различные потребности обработки требуют различных конфигураций двухшнековых экструдеров, которые в основном зависят от типа конструкции шнеков, а также их ориентации:

Двухшнековые экструдеры с однонаправленным вращением – в этом случае оба шнека вращаются в одном направлении; это обеспечивает достаточную подачу материала через экструдер, а также высокую скорость и возможную скорость сдвига (идеально подходит для смешивания, компаундирования и т. д.)
Двухшнековые экструдеры с противоположным вращением шнеков — шнеки вращаются в противоположных направлениях; используются там, где требуется высокое давление, например, при компаундировании ПВХ.
Двухшнековые экструдеры с взаимозацепляющимися шнеками. Тесное соединение соседних лопастей способствует их очистке во время работы, поэтому они широко используются в перерабатывающей промышленности, а также способны обрабатывать широкий спектр материалов с различной вязкостью при низких температурах.
Двухшнековые экструдеры с невзаимозацепляющимися шнеками — в этих экструдерах зазор существует между невзаимозацепляющимися шнеками, что обеспечивает пространство для высокой производительности, что в основном применимо в процессах удаления летучих веществ.

Каждая конфигурация имеет свои уникальные особенности, что делает двухшнековую экструзию очень адаптивной процедурой.

Преимущества двухшнекового экструдера

Для многих промышленных применений двухшнековая экструзия предлагает ряд преимуществ, отражающих ее непревзойденную универсальность в таких областях. Некоторые включают;

Эффективное смешивание: Распределительное смешивание внутри расплава полимера достигается легче благодаря лучшей дисперсионной природе, обеспечиваемой двухшнековыми установками, что приводит к однородности продукта.
Самоочистка: винты способны очищать друг друга, особенно в конструкции с зацеплением, что очень выгодно при работе с прилипшими или компактными материалами.
Высокая универсальность: двухшнековые экструдеры могут использоваться в широком диапазоне применений, от компаундирования до удаления летучих веществ, как уже говорилось ранее, благодаря их различным конфигурациям.
Высокая производительность: как правило, двухшнековые экструдеры имеют более высокую производительность, чем одношнековые, что повышает общую производительность.
Надежность: двухшнековые экструдеры прочны и обладают прочными характеристиками, поэтому могут работать в нормальных условиях в течение многих лет, что в долгосрочной перспективе делает их дешевыми для большинства отраслей.

Подводя итог, можно сказать, что эта уникальная конфигурация двухшнекового экструдера сочетается с его эффективностью, универсальностью и долговечностью; это становится очень полезным во время различных операций внутри отраслей.

Применение двухшнековых экструдеров

Благодаря своей прочной конструкции и гибкой функциональности двухшнековый экструдер широко используется во многих отраслях промышленности. Некоторые из наиболее важных приложений:

Приготовление пластика. При приготовлении пластика двухшнековые экструдеры используются для плавления и смешивания различных материалов в однородный композит.
Пищевая промышленность: в пищевой промышленности они эффективно готовят, формируют и улучшают пищевые продукты. Сюда входят, среди прочего, сухие завтраки, корма для домашних животных и кондитерские изделия.
Фармацевтика: двухшнековые экструдеры также необходимы для некоторых фармацевтических применений, таких как экструзия горячего расплава, которая позволяет производить сложные системы доставки лекарств.
Удаление летучих веществ из полимера. Удаление летучих веществ из полимера означает удаление летучих веществ из полимерной матрицы с помощью двухшнекового экструдера.
Производство биоразлагаемых материалов. Двухшнековые экструдеры были приняты для производства биоразлагаемых материалов в ответ на растущую озабоченность по поводу окружающей среды, тем самым способствуя устойчивому производству.

Вышеупомянутые преимущества двухшнековой экструзии — эффективное смешивание, высокая производительность, механизм самоочистки и долговечность — используются на каждом этапе этих применений для оптимизации производственных процессов, а также для улучшения качества конечной продукции.

Распространенные проблемы при двухшнековой экструзии

Проблемы в конструкции винта

Конструкция шнека является важным аспектом работы экструдера, и любые проблемы с ним могут иметь серьезные последствия. Основная функция шнека в двухшнековом экструдере — транспортировка, смешивание, плавление и сжатие материала при его движении по цилиндру. Однако плохая или неэффективная конструкция шнека может привести к различным проблемам, таким как плохое смешивание, недостаточное плавление или неравномерное распределение давления по цилиндру. Эти проблемы могут привести к дефектам продукта, таким как пустоты или включения внутри обрабатываемого материала. Кроме того, неправильная конструкция шнека может вызвать чрезмерные усилия сдвига на чувствительных материалах, что приведет к ухудшению качества и снижению качества готовой продукции. Поэтому крайне важно, чтобы проектировщики учитывали такие факторы, как характеристики материала (например, вязкость), желаемая производительность и требования к энергии, среди прочего, при разработке подходящих конструкций шнеков, используемых в процессах экструзии.

Проблемы с контролем температуры

Контроль температуры — еще один критический фактор, влияющий на производительность экструдеров. Недостаточное регулирование температуры в различных зонах вдоль ствола может привести к изменениям условий обработки, что приведет к ухудшению качества продукции или даже к повреждению оборудования из-за перегрева или недостаточного охлаждения соответственно. Например, если температура на определенных этапах обработки слишком высока, это может привести к термической деградации термочувствительных материалов. Напротив, низкие температуры могут привести к неполному плавлению, тем самым влияя на физические свойства (например, прочность) производимых продуктов. Также; недостаточный нагрев может привести к увеличению вязкости, что повлияет на текучесть, что в дальнейшем повлияет на однородность, достигаемую за счет перемешивания шнеками внутри экструдеров. Для решения этих задач необходимо использовать современные системы управления для точного мониторинга и регулировки.

Существуют также проблемы с конструкцией шнеков, возникающие в процессе экструзии. Шнек обеспечивает перемешивание полимера в расплавленном состоянии и транспортировку его по экструдеру, поэтому любые неточности в его конфигурации могут привести к неэффективности обработки, нестабильному выходу и ухудшению качества продукции. Помимо прочего, эти длины шага могут быть неправильными, диаметры могут отличаться, а глубина полета может иметь погрешности; Все влияющие на это время полимеры находятся здесь, когда они плавятся и смешиваются внутри экструдера соответственно. Кроме того, истирание, вызванное обрабатываемыми материалами или высокими эксплуатационными нагрузками, может изнашивать шнеки, что еще больше усложняет работу экструдеров. По этой причине выбор необходимо делать осторожно при проектировании шнеков, учитывая, среди прочего, тип используемого полимера, желаемую производительность, а также задействованные температуры процесса. Осмотр должен стать регулярной деятельностью в сочетании с техническим обслуживанием, особенно если при изготовлении винтов использовались износостойкие материалы.

Критические компоненты двухшнековых экструдеров

Одноэтапная двухшнековая система литья с помощью экструдера
1. Дозирующий питатель 2. Двухшнековый экструдер 3. Устройство смены сит 4. Насос расплава 5. Матрица 6. Разливочный валок 7. Валок после охлаждения
8. Станция тянущего ролика 9. Система намотки

Цилиндр и шнек двухшнекового экструдера

Ствол и винт составляют сердце двухшнековый экструдер. В цилиндре расположены винты, и он рассчитан на выдерживание высоких давлений и температур. Обычно он покрыт износостойким материалом, чтобы свести к минимуму повреждения от обрабатываемых абразивных материалов. С другой стороны, шнеки являются центральными компонентами, которые управляют процессом экструзии. Они тщательно разработаны с особыми профилями и шагами для контроля движения и смешивания полимера. Вращение шнеков в бочке создает зоны высокого давления и температуры, позволяющие плавить, смешивать и перекачивать пластик. Конструкция шнеков имеет решающее значение для определения эффективности и качества процесса экструзии. Следовательно, их необходимо выбирать и разрабатывать с учетом конкретного полимера и желаемых условий обработки.

Создание крутящего момента в двухшнековых экструдерах

Генерация крутящего момента является основополагающим аспектом работы двухшнековых экструдеров. Крутящий момент по сути является вращающей силой, прилагаемой шнеками для перемещения материала через цилиндр. Он создается посредством взаимодействия вращающихся шнеков с полимером, создавая сдвигающие усилия, которые способствуют плавлению и смешиванию материала. Величина требуемого крутящего момента варьируется в зависимости от характеристик полимера и конкретных условий обработки. Высоковязкие материалы и высокие давления обработки, как правило, требуют большего крутящего момента, в то время как материалы с низкой вязкостью и низкие давления требуют меньшего. Двигатель обычно обеспечивает крутящий момент, и его мощность должна быть достаточной для обработки максимального крутящего момента, требуемого процессом экструзии, чтобы избежать остановки или повреждения. Точный контроль крутящего момента имеет решающее значение для обеспечения постоянных условий обработки, и для этой цели часто используются передовые системы управления. Мониторинг уровней крутящего момента также может предоставить ценную информацию о процессе экструзии и помочь в устранении неполадок и оптимизации.

Системы подачи для двухшнековых экструдеров

Системы подачи играют решающую роль в процессе двухшнековой экструзии, обеспечивая стабильную и равномерную подачу сырья в экструдер. Существует несколько типов питателей, каждый из которых предназначен для обработки определенных видов материалов. Например, гравиметрические дозаторы измеряют вес материала, чтобы контролировать скорость подачи, обеспечивая точный контроль количества материала, поступающего в экструдер. С другой стороны, объемные питатели регулируют скорость подачи в зависимости от объема материала. Эти питатели обычно используются, когда объемная плотность материала постоянна. Выбор системы подачи зависит от различных факторов, включая природу сырья, требуемую скорость подачи и конкретные требования процесса экструзии. Понимание характеристик материала и требований процесса имеет важное значение для выбора наиболее подходящей системы подачи.

Конструкция шнека при двухшнековой экструзии

Конструкция шнеков является решающим фактором в двухшнековой экструзии, оказывая значительное влияние на эффективность и производительность процесса. Шнеки обычно проектируются с определенным шагом, диаметром и соотношением длины к диаметру, и эти параметры выбираются в зависимости от характера обрабатываемого материала и конкретных требований процесса. Например, более длинные шнеки с высоким соотношением длины к диаметру часто используются в процессах, требующих интенсивного перемешивания или высокого уровня удаления летучих веществ. Форма и расположение шнековых элементов также играют решающую роль в определении степени смешивания и характеристик транспортировки экструдера. В целом, двухшнековые экструдеры с самоочисткой и вращением предпочтительнее для производства компаундов из-за их превосходных возможностей смешивания и способности работать с широким спектром материалов. Эти конструкции более сложны и требуют тщательного выбора и расположения шнековых элементов для достижения желаемых условий обработки и характеристик продукта. Конструкция шнека часто оптимизируется посредством сочетания расчетов и эмпирических испытаний с целью достижения наилучшего баланса производительности, качества продукции и энергоэффективности.

Переработка пластмасс в двухшнековых экструдерах

Двухшнековые экструдеры широко используются в переработке пластиковых материалов благодаря своей универсальности, надежности и высокой эксплуатационной эффективности. Процесс обычно начинается с подачи в экструдер сырого пластикового материала, часто в форме гранул или пеллет. Затем материал проходит важную функцию плавления, чему способствуют контролируемые нагревательные и сдвигающие действия вращающихся шнеков. Расплавленный пластик, после тщательного нагрева и смешивания, затем продавливается через формующую головку, тем самым устанавливая окончательную форму продукта. Эффективность процесса может быть значительно повышена за счет использования шнеков с оптимизированной конструкцией, что позволяет эффективно обрабатывать и перерабатывать различные пластиковые материалы, включая термопластичные полимеры, термореактивные пластики и эластомеры. Способность двухшнековых экструдеров обеспечивать интенсивное смешивание и удаление летучих веществ в сочетании с их способностью обрабатывать высоковязкие материалы делает их неотъемлемой частью отрасли переработки пластика.

Типы двухшнековых экструдеров

Двухшнековые экструдеры с вращающимся шнеком

Двухшнековые экструдеры с вращающимся движением характеризуются синхронным вращением двух параллельных шнеков в одном направлении. Такая конфигурация обеспечивает высокий уровень переплетения, что способствует интенсивному перемешиванию и высоким скоростям сдвига, что делает двухшнековые экструдеры с вращающимся шнеком особенно эффективными для процессов компаундирования, реактивной экструзии и удаления летучих веществ. Конструкция обеспечивает эффективное самоочищение, сохраняя чистоту витков шнека и повышая общую эффективность работы. Более того, благодаря своей способности обрабатывать большие объемы наполнения и обрабатывать широкий спектр пластиковых материалов, двухшнековые экструдеры с комбинированным вращением стали краеугольным камнем во многих сферах переработки пластмасс.

Двухшнековые экструдеры с встречным вращением шнеков

Двухшнековые экструдеры, вращающиеся в противоположных направлениях, оснащены двумя параллельными шнеками, которые вращаются в противоположных направлениях. Такая установка приводит к более ограниченному пути потока расплава, что делает их особенно подходящими для экструзии труб, профилей и листового проката. В конструкции с противоположным вращением обычно происходит меньшее зацепление по сравнению с конфигурациями с комбинированным вращением, что приводит к меньшим сдвиговым нагрузкам и возможностям смешивания. Экструдеры с встречным вращением часто демонстрируют более высокое давление, что можно использовать для специализированных применений, требующих процессов с высоким давлением. Их конструктивные характеристики также способствуют увеличению времени пребывания, что полезно в тех случаях, когда выгодно длительное пребывание материалов в экструдере. Как и их коллеги, вращающиеся в противоположных направлениях, двухшнековые экструдеры с противоположным вращением являются ключевой частью промышленности по переработке пластмасс.

Модульные конструкции двухшнековых экструдеров

Модульные конструкции двухшнековых экструдеров обеспечивают беспрецедентную гибкость и адаптивность в переработке пластмасс. Основной аспект этих конструкций заключается во взаимозаменяемых секциях шнека и цилиндра. Эти секции, или «модули», можно переставлять, заменять или добавлять для удовлетворения конкретных требований к обработке. Такой модульный подход позволяет создавать высоконастраиваемую конфигурацию, удовлетворяющую различным задачам обработки, от компаундирования до удаления летучих веществ. Модульная конструкция также значительно упрощает техническое обслуживание и замену деталей, сокращая время простоя и повышая общую производительность. Учитывая эти преимущества, модульные конструкции двухшнековых экструдеров получили значительную поддержку в отрасли переработки пластмасс, что еще больше подчеркивает важность технологии двухшнековой экструзии.

Лабораторные двухшнековые экструдеры

Лабораторные двухшнековые экструдеры играют решающую роль на этапе исследований и разработок (НИОКР) в области переработки пластмасс. Эти уменьшенные версии промышленных экструдеров позволяют исследователям тестировать новые рецептуры и процессы в меньшем и более управляемом масштабе, прежде чем переходить к полномасштабному производству. Лабораторные экструдеры обеспечивают экономическую эффективность за счет уменьшения количества материала, необходимого для экспериментальных запусков. Они также предназначены для имитации условий сдвига, давления и температуры промышленных машин, предоставляя точные и надежные данные, которые можно использовать для прогнозирования полномасштабных производственных показателей. Таким образом, двухшнековые экструдеры лабораторного масштаба играют важную роль в содействии инновациям, улучшении понимания процессов и ускорении разработки новых пластиковых продуктов и применений.

Двухшнековые экструдеры с высоким крутящим моментом

Двухшнековые экструдеры с высоким крутящим моментом характеризуются способностью генерировать высокий уровень вращательной силы (крутящего момента) во время работы. Эта функция позволяет им обрабатывать материалы с высокой вязкостью или обрабатывать материалы с высокой производительностью, сохраняя при этом постоянный уровень качества. Экструдеры с высоким крутящим моментом особенно выгодны в тех случаях, когда используется большое количество наполнителей или армированных материалов, поскольку они могут поддерживать стабильные и однородные условия обработки, несмотря на повышенную устойчивость, вызванную этими материалами. Кроме того, конструкция с высоким крутящим моментом повышает эффективность двигателя, снижая потребление энергии и потенциально снижая общие эксплуатационные расходы. Следовательно, двухшнековые экструдеры с высоким крутящим моментом считаются ценным активом в сфере переработки пластмасс, особенно для операций, требующих строгих условий обработки материалов.

Применение двухшнековых экструдеров в компаундировании

Компаундирование полимеров с помощью двухшнековых экструдеров

Компаундирование полимеров — это процесс, в котором используются двухшнековые экструдеры для смешивания расплавленных полимеров с другими материалами для улучшения или модификации их свойств. Двойные шнеки обеспечивают сильное смешивание и диспергирование, благодаря чему наполнители, пигменты или антипирены равномерно распределяются по полимерной матрице, что придает соединениям однородные и предсказуемые характеристики. Кроме того, это оборудование может достигать высоких температур во время обработки, что позволяет включать реактивные или термочувствительные добавки, тем самым создавая уникальные полимерные системы за счет реакций соединения различных материалов внутри них на таких повышенных уровнях энергии.

Двухшнековая экструзия для реакционной обработки

Реактивные процессы происходят в цилиндре экструдера, где есть достаточно тепла и механического перемешивания, т. е. из-за высоких температур двух шнеков во время работы в сочетании с интенсивной способностью смешивания. Эти машины позволяют проводить такие реакции в основном потому, что они имеют два переплетенных вращающихся вала, каждый из которых оснащен месильными элементами по всей длине, тем самым способствуя молекулярной перегруппировке, что приводит либо к улучшенным, либо к новым свойствам полимеров.

Введение добавок при производстве рецептур

При изготовлении компаундов в них необходимо равномерно добавлять пластификаторы, стабилизаторы, пигменты и т. д.; поэтому становится необходимым использовать двухшнековые экструдеры, которые способны обеспечивать столь необходимые силы сдвига, необходимые для достижения лучшего диспергирования между различными смешиваемыми компонентами. Это происходит, когда одно вещество равномерно смешано с другим, так что каждая часть содержит некоторое количество обоих веществ без избытка какой-либо области по отношению к другим.

Удаление летучих веществ из порошков с использованием двухшнековых экструдеров

Порошкообразные материалы часто требуют сушки перед дальнейшими этапами обработки. Таким образом, удаление летучих веществ из порошка часто проводят в условиях вакуума, чтобы удалить летучие вещества, попавшие в твердые частицы. Двойные шнеки обеспечивают большое соотношение площади поверхности к объему, что способствует эффективному удалению летучих веществ и в конечном итоге приводит к получению высококачественной готовой продукции.

Двухшнековое компаундирование с высоким усилием сдвига

Двухшнековые экструдеры также находят широкое применение в областях, требующих интенсивных сдвиговых усилий, таких как смешивание с высокими сдвиговыми усилиями. Энергия вращения, передаваемая взаимодействующими винтами, преобразуется в тепловую энергию, в результате чего в системе достигаются значительные скорости сдвига. Это обеспечивает эффективное диспергирование материалов, создавая однородные соединения с превосходными физическими свойствами.