Шнек за екструдер

Шнекът е сърцето на екструдера и ключов компонент на екструдера. Производителността на шнека определя производителността, качеството на пластифициране, дисперсията на пълнителите, температурата на топене, консумацията на енергия и т.н. на екструдера. Това е най-важният компонент на екструдера, който може пряко да повлияе на обхвата на приложение и производствената ефективност на екструдера. Въртенето на винта упражнява изключителен натиск върху пластмасата, така че пластмасата да може да се движи, да натиска и да получава малко топлина от триенето в цевта. Пластмасата се смесва и пластифицира по време на движение в цевта. Когато вискозната стопилка се екструдира и тече през матрицата, тя получава желаната форма и се оформя. Подобно на цевта, винтът също е изработен от високоякостни, топлоустойчиви и устойчиви на корозия сплави.
Тъй като има много видове пластмаси, техните свойства също са различни. Следователно, при реална работа, за да се адаптират към различните нужди за обработка на пластмаси, са необходими различни видове винтове и структурите също са различни. За да може пластмасата да се транспортира, екструдира, смесва и пластифицира с най-голяма ефективност.
Основните параметри, които представляват характеристиките на винта, включват следното: диаметър, аспектно съотношение, степен на компресия, стъпка, дълбочина на канала, ъгъл на спиралата, хлабина между винта и цевта и др.
Най-често срещаният диаметър на винта D е около 45 ~ 150 mm. С увеличаване на диаметъра на шнека, капацитетът за обработка на екструдера също се увеличава съответно и производителността на екструдера е пропорционална на квадрата на диаметъра на шнека D. Съотношението на ефективната дължина на работната част на шнека към диаметъра ( съкратено като аспектно съотношение, изразено като L/D) обикновено е 18~25. Голям L/D може да подобри разпределението на температурата на материала, да улесни смесването и пластифицирането на пластмасата и да намали изтичането и обратния поток. Подобрете производствения капацитет на екструдера. Винтът с голям L/D има силна адаптивност и може да се използва за екструдиране на различни пластмаси; но когато L/D е твърде голям, пластмасата ще се нагрява за по-дълго време и ще се разгражда. В същото време, поради увеличаването на теглото на винта, свободният край ще се огъне и провисне, което е лесно да причини драскотини между цевта и винта и да затрудни производството и обработката; увеличете консумацията на енергия на екструдера. Твърде късият винт вероятно ще причини лошо пластифициране на смесването.
Половината от разликата между вътрешния диаметър на цевта и диаметъра на шнека се нарича празнина δ, която може да повлияе на производствения капацитет на екструдера. С увеличаването на δ производителността намалява. Обикновено е подходящо да се контролира δ на около {{0}}.1 до 0,6 mm. Когато δ е малък, ефектът на срязване върху материала е голям, което е благоприятно за пластификация. Въпреки това, ако δ е твърде малък, силният ефект на срязване вероятно ще причини термомеханично разграждане на материала и е вероятно винтът да бъде задържан или триен в стената на цевта. Освен това, когато δ е твърде малък, почти няма изтичане и обратен поток на материала, което влияе на смесването на стопилката до известна степен.
Ъгълът на спиралата Φ е ъгълът между резбата и напречното сечение на винта. С увеличаването на Φ производственият капацитет на екструдера се увеличава, но ефектът на срязване и силата на екструдиране върху пластмасата намаляват. Обикновено ъгълът на спиралата е между 10 градуса и 30 градуса и се променя по посока на дължината на винта. Често се използва равноотдалечен винт, а стъпката е равна на диаметъра. Стойността на Φ е около 17 градуса 41′
Колкото по-голямо е съотношението на компресия, толкова по-голямо е съотношението на екструзия, получено от пластмасата. Когато жлебът на винта е плитък, той може да доведе до по-висока скорост на срязване върху пластмасата, което е от полза за преноса на топлина между стената на цевта и материала. Колкото по-висока е ефективността на смесване на материала и пластифициране, толкова по-ниска е производителността. Напротив, когато жлебът на винта е дълбок, ситуацията е точно обратната. Следователно, винтовете с дълбоки винтови канали са подходящи за чувствителни на топлина материали (като поливинилхлорид); докато винтовете с плитки винтови канали са подходящи за пластмаси с нисък вискозитет на стопилка и висока термична стабилност (като полиамид).
1. Сегментиране на винта
Когато материалът се движи напред по винта, той изпитва промени в температурата, налягането, вискозитета и т.н. Тази промяна е различна по цялата дължина на винта. Според характеристиките на промените в материала винтът може да бъде разделен на секция за подаване (захранване), секция за компресиране и секция за хомогенизиране.
①, Пластмаси и три състояния на пластмаси
Пластмасите са разделени на две категории: термореактивни и термопластични. След като термореактивните пластмаси се образуват и втвърдят, те не могат да бъдат нагрявани и разтопени. Въпреки това, продуктите, образувани от термопласти, могат да бъдат нагрети и разтопени, за да образуват други продукти.
С промяната на температурата термопластичната пластмаса преминава в три състояния: стъкловидно състояние, силно еластично състояние и състояние на вискозен поток. Тъй като температурата се променя многократно, трите състояния се променят многократно.
а. Различни характеристики на полимерните стопилки в трите състояния:
Стъклено състояние - пластмасата изглежда като твърдо твърдо вещество; топлинната кинетична енергия е малка, междумолекулната сила е голяма и деформацията се дължи главно на деформацията на ъгъла на свързване; деформацията се възстановява незабавно след премахване на външната сила, която принадлежи към общата еластична деформация.
Силно еластично състояние - пластмасата изглежда като гумено вещество; деформацията се допринася от разтягането на макромолекулната конформация, причинена от ориентацията на сегментите на веригата, и стойността на деформацията е голяма; деформацията може да бъде възстановена след отстраняване на външната сила, но зависи от времето, което принадлежи към силно еластична деформация.
Състояние на вискозен поток - пластмасата изглежда като силно вискозна стопилка; топлинната енергия допълнително стимулира относителното приплъзване на верижните молекули; деформацията е необратима, което принадлежи към пластичната деформация
b. Обработка на пластмаса и трите състояния на пластмасата:
Пластмасите могат да се режат в стъкловидно състояние. Във високоеластично състояние те могат да бъдат разтегнати, като изтегляне на тел, екструдиране на тръби, формоване чрез издухване и термоформоване. В състояние на вискозен поток може да се обработва чрез нанасяне на покритие, ротационно формоване и леене под налягане.
Когато температурата е по-висока от състоянието на вискозен поток, пластмасата ще претърпи термично разлагане, а когато температурата е по-ниска от стъкловидното състояние, пластмасата ще стане крехка. Когато температурата на пластмасата е по-висока от състоянието на вискозен поток или по-ниска от стъкловидното състояние, термопластичната пластмаса има тенденция да се влошава и да се поврежда сериозно, така че тези две температурни зони трябва да се избягват при обработка или използване на пластмасови продукти.
②, тристепенен винт
Пластмасите съществуват в три физически състояния в екструдера - процесът на промяна на стъкловидно състояние, високоеластично състояние и състояние на вискозен поток, като всяко състояние има различни изисквания за шнековата структура.
c. За да отговори на изискванията на различни държави, винтът на екструдера обикновено е разделен на три секции:
Захранваща секция L1 (известна също като твърда транспортна секция)
Секция за топене L2 (наречена секция за компресия)
Секция за хомогенизиране L3 (наречена секция за дозиране)
Това обикновено се нарича тристепенен винт. Процесът на екструдиране на пластмаси в тези три секции е различен.
Функцията на захранващата секция е да изпраща материала, доставен от бункера, към секцията за компресиране. Пластмасата обикновено остава в твърдо състояние по време на движение и частично се разтопява поради топлината. Дължината на захранващата секция варира в зависимост от вида на пластмасата и може да бъде от недалеч от бункера до 75% от общата дължина на винтовата чаша.
Най-общо казано, екструдирането на кристалните полимери е най-дълго, следвано от твърдите аморфни полимери и най-краткото за меките аморфни полимери. Тъй като захранващата секция не създава непременно компресия, обемът на нейния винтов жлеб може да остане непроменен. Размерът на ъгъла на спиралата има по-голямо влияние върху захранващия капацитет на тази секция и всъщност влияе върху производителността на екструдера. Обикновено ъгълът на спиралата на прахообразните материали е около 30 градуса, а производителността е най-висока. Ъгълът на спиралата на блоковите материали трябва да бъде около 15 градуса, а ъгълът на спиралата на сферичните материали трябва да бъде около 17 градуса.