Technologie více plastů
Pole extruzí více plastů se v posledních desetiletích výrazně vyvinulo, což je způsobeno rostoucí poptávkou po složitých schopnostech zpracování polymeru a zvýšenou kvalitou produktu. Twin - šroubové extrudery, zejména čítače - Rotující a CO - Rotující konfigurace, se staly základními zařízeními v moderních operacích zpracování polymeru.
Tyto sofistikované stroje umožňují přesnou kontrolu nad proudem materiálu, účinností míchání a tepelné správy, což je činí nezbytnými pro zpracování široké škály termoplastických materiálů.
Counter - rotující dvojče - šroubovací geometrická struktura
1.4.1.1 Základní geometrie čítače - Rotující dvojče - šrouby
V Counture - rotující dvojčata - šroubovací systémy se pohybový vztah mezi dvěma šrouby podobá dvojici meshingových ozubených kol, které se valí proti sobě. Za podmínek udržování přenosu konstantního šroubu a vzájemného sebe sama - otřesy, profily, které mohou profily závity pro propojení - profily, mohou mít větší flexibilitu pro aplikaci pro více plastik.
Z pohledu principu Meshingu, bez ohledu na křížový tvar sekční vlákno, mohou zapadat bez rušení.
Na rozdíl od CO - rotující propojení Twin - šrouby, čítač - Rotující vzory nejsou omezeny omezeními středové vzdálenosti. To znamená, že pro pevnou středovou vzdálenost lze vybrat lety -, double - nebo trojnásobný -.
Hloubka kanálu může být navíc relativně velká, obvykle v rozmezí od 15% do 21% vnějšího průměru šroubu, což vede k odpovídající vyšší kapacitě. V Counture - rotující dvojčata - šrouby jsou směry vlákna opačné, přičemž šroubové lety obou šroubů jsou vloženy a rovnoběžné k sobě v meshingové zóně, jak je znázorněno na obrázku 1-54.
Geometrická struktura vytváří několik kritických povolení, které významně ovlivňují zpracování extruzí více plastů:
Radiální vůle (A₃)
Tato vůle existuje mezi hřebenem jednoho závity šroubu a kořenem druhého kanálu šroubu, podobně jako mezera mezi kalendářskými válci, a proto se také nazývá mezera kalendářů.
Tato vůle hraje klíčovou roli při určování schopnosti vytváření tlaku a účinnosti míchání systému.
Postranní vůle (A₂)
V rovině tvořené dvěma osy šrouby to představuje vůli mezi letovými boky obou šroubů.
Tato vůle je rozhodující pro prevenci mechanického rušení při zachování efektivní výměny materiálu mezi šrouby.
Tetrahedrální vůle (A₁)
Když letové boky nejsou kolmé na dno kanálu, vytváří přibližně tetrahedrální vůle mezi letovými boky obou šroubů.
U obdélníkových závitů existuje pouze boční vůle bez tetrahedrální vůle, když se oba šrouby zapadají dohromady.
Technická reference
Klíčové rovnice
R² + ρ² - 2 rρcos (π/2 + θ)=a²
Aplikace kosinové věty pro výpočet bodu meshingu (rovnice 1-25)
ρ=√ (a² - r²cos²θ) - rsinθ
Výpočet polárního poloměru pro 0 menší nebo rovný θ menší nebo rovný π/2 (rovnice 1-26)
A=2 rcos (π/4)
Středová vzdálenost pro úhel nuly (rovnice 1-27)
A=2 rcos (π /4 - /2)
Středová vzdálenost s non - Zero Angle (rovnice 1-28)
A=2 rcos (π /(2n) - /2)
Generalizovaná rovnice středové vzdálenosti (rovnice 1-29)
Glosář termínů
Radiální vůle (A₃)
Vůle mezi hřebenem jednoho šroubového závity a kořenem druhého šroubového kanálu.
Postranní vůle (A₂)
Vůle mezi letovými boky obou šroubů v rovině tvořené jejich osy.
Tetrahedrální vůle (A₁)
Přibližně tetrahedrální vůle se vytvořila mezi letovými boky, když nejsou kolmé na dno kanálu.
Crest Angle ()
Střední úhel odpovídající oblouku hřebenu vlákna (S₁S₂).
Kořenový úhel ()
Centrální úhel odpovídající kořenovému oblouku vlákna (S₃S₄), kde=v Co - rotující systémy.
Self - stírání
Charakteristika, kde se rotující šrouby navzájem čistí povrchy druhého a zabraňují hromadění materiálu.
Modulární design
Building - Blok přístup k návrhu šroubů umožňující přizpůsobení prostřednictvím zaměnitelných prvků.
Asymetrické tokové kanály
Návrhy šroubů, kde šrouby mají různé geometrie, zvyšují míchání prostřednictvím složitých tokových vzorů.
Devolatilizace
Proces odstranění těkavých složek z polymerního taveniny během vytlačování.
Pokročilé geometrické vztahy v Co - rotující systémy
„Geometrie Co - Rotující dvojčata - Extrudéry šroubu v zásadě určují jejich účinnost míchání, přičemž prokládaná zóna vytváří postavu - osmi tvarovanými tokovými vzorec, která je redukována na redukci na redukující konfiguraci, byla provedila na redukci na redukci na redukující provinění na redukující se na redukci na redukující se na redukci na provinění na redukci na redukující se na redukci na redukující se na redukci na provinění na redukci. 40% ve srovnání s jednotlivými - šroubovací systémy, díky čemuž je zvláště vhodné pro zpracování tepla - citlivé polymery a dosažení homogenní kvality taveniny v multi - komponentních polymerních směsích "
Kohlgrüber, K., "Co - Rotující dvojče - Screw Extruders: Základy, technologie a aplikace," Carl Hanser Verlag, Mnichov, 2020, pp . 87-88. https://doi.org/
Když se oba šrouby otáčí ve směru hodinových ručiček stejnou rychlostí, relativní pohybový vztah odhalí, že když hlavní osy obou šroubů směřují k průniku dvou válcových sudů, vztah mezi poloměrem šroubu R a středovou vzdáleností A se stane:
A=2 rcos (π/4)
Rovnice 1-27
Navíc, když se úhel hřebenu vlákna nerovná nule, středová vzdálenost se transformuje na:
A=2 rcos (π /4 - /2)
Rovnice 1-28
To lze zobecnit na:
A=2 rcos (π /(2n) - /2)
Rovnice 1-29
Analýza geometrického vztahu
Tento vztah ukazuje, že v Self - otře to Co - rotující dvojčata - Extruders šroubu, středová vzdálenost souvisí jak s počtem letů, tak s úhlem hřebenu. Více letů má za následek větší středové vzdálenosti, zatímco větší úhly hřebenu také zvyšují středovou vzdálenost, což vede k mělčímu kanálu a sníženému přenosovému objemu.
| Počet letů (n) | Crest Angle () | Relativní středová vzdálenost | Hloubka kanálu |
|---|---|---|---|
| 2 | 15 stupňů | 1.0x | Hluboký |
| 3 | 15 stupňů | 1.2x | Střední |
| 2 | 30 stupňů | 1.3x | Mělký |
| 3 | 30 stupňů | 1.5x | Velmi mělké |
Modulární návrhové koncepty ve dvojicích - STRECS SYSTEMS
Modern CO - Rotující dvojče - Extruders šrouby běžně používají modulární budovu - Block Designs, což umožňuje přizpůsobení pro specifické požadavky na více plastů. Typická zápis konfigurace, jako je „36/36“, označuje prvek vlákna s 36mm rozteč (první číslo) a délkou 36 mm (druhé číslo), s pravým - vlákny rukou, pokud není uvedeno jinak. Podobně „45 stupňů /5/48 vlevo“ označuje pět vlevo - podaných hnětených bloků, z nichž každý je kompenzován o 45 stupňů, s celkovou délkou 48 mm.
Prvek vlákna "36/36"
36mm rozteč × 36mm délka, vpravo - Hand Thread
„45 stupňů /5/48 vlevo“ Hněk
5 prvků, 45 stupňů offset, celková délka 48 mm, vlevo -
Modulární sestava
Kombinace prvků nití a hněteních bloků
Důsledky pro zpracování extruzí více plastů
Výše diskutované geometrické úvahy mají hluboké důsledky pro operace extruze multi plastů. Hloubka kanálu v moderním CO - rotující systémy obvykle dosahují 9% vnějšího průměru, přičemž pokročilé technologie dosahují hloubky až přibližně 17% vnějšího průměru šroubu. Tato zvýšená hloubka kanálu poskytuje několik výhod:
Vylepšená kapacita přenosu
Hlubší kanály umožňují vyšší rychlosti propustnosti, nezbytné pro vysokou - Volumová výroba v zařízeních pro extruze více plastů.
Vylepšený výkon míchání
Intenzivní zóna vytváří intenzivní míchací akci prostřednictvím „obrázku - osmi“ toku, což zajišťuje kvalitu homogenní tání.
Flexibilní okno zpracování
Geometrická flexibilita umožňuje procesorům optimalizovat konfigurace šroubu pro konkrétní materiály a aplikace.
Inovace asymetrického toku kanálu
Nedávné pokroky v numerické simulaci umožnily vývoj asymetrických tokových kanálů v CO - rotující Twin - šroubovací systémy. Tyto vzory mají šrouby a rotující A a B stejnou rychlostí, ale s různými geometriemi, což způsobuje přechod materiálu různým pohybovým prostorům během předávání dopředu.
Tato asymetrická konfigurace významně zvyšuje schopnosti míchání a odvětrávání ve srovnání s tradičními symetrickými návrhy.
Při provozu při různých rychlostech lze také dosáhnout asymetrických návrhů tokových kanálů. V jedné konfiguraci se šroub B otáčí dvojnásobkem rychlosti šroubu A a vytváří složité vzorce toku, z nichž mají prospěch specifické aplikace pro extruze více plastů, které vyžadují intenzivní distribuční a disperzní míchání.
Symetrické vs. asymetrické vzorce toku
Symetrický design
Jednotné tokové cesty s omezenou intenzitou míchání
Asymetrický design
Složité vzorce toku zvyšují účinnost míchání
Zpracování výhod ve komponentárních systémech Multi -
Geometrická flexibilita Twin - šroubové extruders je zvláště vhodné pro multi plasty, které zahrnují:
Míchání polymeru
Intenzivní míchací účinek zajišťuje rovnoměrné rozdělení více polymerních složek, které jsou kritické pro dosažení konzistentních mechanických vlastností.
Kombinované operace
Schopnost začlenit různé aditivy, plnivy a posílení rovnoměrně do polymerní matrice.
Reaktivní vytlačování
Během zpracování umožňují chemické reakce kontrolované doby pobytu a intenzitu míchání.
Devolatilizace
Efektivní odstranění těkavých látek optimalizovanou geometrií šroubu a odvzdušňovací zóny.
Účinky clearance na výkon zpracování
Různé vůle v Twin - šroubové systémy významně ovlivňují výkon zpracování v extruzích více plastů:
Dopad radiální vůle
Tato vůle určuje účinek kalendářů mezi šrouby, ovlivňující generování tlaku a disperzní míchání. Menší vůle zvyšují smykové rychlosti, ale mohou způsobit nadměrnou výrobu tepla, zatímco větší vůle snižují účinnost míchání, ale zlepšují stabilitu předávání.
Výhody malé povolení:
- Vyšší rychlosti smyku
- Lepší disperzní míchání
- Zlepšená generování tlaku
Velké výhody odbavení:
- Snížená tvorba tepla
- Vylepšená stabilita přenosu
- Méně mechanického opotřebení
Úvahy o boční vůli
Správná boční vůle zabraňuje mechanickému opotřebení při zachování účinné výměny materiálu. Tato vůle musí být optimalizována na základě teploty zpracování, viskozity materiálu a rychlosti šroubu, aby bylo dosaženo optimálního výkonu.
Účinky tetrahedrální vůle
V ne - profily obdélníkových vláken vytvářejí tetrahedrální vůle další průtokové cesty, které mohou zlepšit distribuční míchání, ale mohou také zvýšit tok úniku, což ovlivňuje celkovou účinnost předávání.
Správa teploty ve dvojici - Zpracování šroubů
Účinná kontrola teploty je zásadní pro úspěšné operace pro extruze více plastů. Geometrický design přímo ovlivňuje generování a rozptyl tepla:
Viskózní rozptyl
Smykové rychlosti v povolení generují teplo, které musí být spravováno správným chlazením hlavy a designem šroubů.
Účinnost přenosu tepla
Velká plocha povrchu - až - Volume poměr ve dvojici - Systémy šroubovacích systémů zvyšují přenos tepla ve srovnání s jednoduchými - šroubovací vzory.
Teplotní uniformita
Intenzivní míchací účinek podporuje teplotní homogenitu v celé tavenině, kritický pro konzistentní kvalitu produktu.
Měřítko - zvyšuje úvahy
Při škálování Twin - šroubovacích extrudérů pro průmyslové aplikace pro extruze více plastů je třeba pečlivě použít geometrické principy podobnosti:
Geometrické škálování
Udržování rozměrových poměrů zajišťuje podobné vzorce toku napříč různými velikostmi strojů. Kritické povolení se musí úměrně rozšiřovat, aby se udrželo charakteristiky zpracování.
Dynamická podobnost
Úpravy provozních parametrů pro udržení podobných smykových rychlostí a doby pobytu. Rychlost a propustnost musí být přiměřeně škálována, aby se zachovala intenzita míchání.
Tepelné škálování
Kompenzace různých povrchů - až - poměry objemu k udržení podmínek tepelného zpracování. Větší stroje často vyžadují vylepšené chladicí systémy.
Twin - Evoluce technologie extruze šroubu
1980s
Úvod modulárního CO - Rotujícího dvojče - šroubovací vzory se zlepšenými schopnostmi míchání pro zpracování polymeru.
1990s
Vývoj Self - Tersing Technology a vylepšené systémy řízení procesů.
2000s
Integrace výpočetního modelování pro optimalizaci návrhu šroubu a simulace CFD vzorců toku.
2010s
Asymetrické návrhy šroubů a integrace průmyslu 4.0 s reálným monitorováním času -.
2020 a dále
AI - Optimalizace návrhu řízené, udržitelné inovace zpracování a pokročilé schopnosti zpracování materiálů.