Шнек екструдера

Шнек є серцем екструдера та ключовим компонентом екструдера. Продуктивність шнека визначає продуктивність, якість пластифікації, дисперсність наповнювачів, температуру розплаву, енергоспоживання екструдера та ін. Це найважливіший компонент екструдера, який може безпосередньо впливати на діапазон застосування та ефективність виробництва екструдера. Обертання гвинта чинить надзвичайний тиск на пластик, так що пластик може рухатися, створювати тиск і отримувати деяку кількість тепла від тертя в стовбурі. Пластик перемішується і пластифікується під час руху в стовбурі. Коли в’язкий розплав екструдується та протікає через фільєру, він набуває бажаної форми та формується. Як і стовбур, гвинт також виготовлений з високоміцних, жароміцних і корозійностійких сплавів.
Оскільки існує багато типів пластмас, їхні властивості також різні. Таким чином, у фактичній експлуатації, щоб адаптуватися до різних потреб у обробці пластику, потрібні різні типи гвинтів, а також різні конструкції. Щоб пластик можна було транспортувати, екструдувати, змішувати та пластифікувати з найбільшою ефективністю.
До основних параметрів, що представляють характеристики гвинта, відносяться наступні: діаметр, співвідношення сторін, ступінь стиснення, крок, глибина канавки, кут нахилу спіралі, зазор між гвинтом і стовбуром тощо.
Найпоширеніший діаметр гвинта D становить близько 45~150 мм. Зі збільшенням діаметра шнека відповідно зростає і продуктивність екструдера, а продуктивність екструдера пропорційна квадрату діаметра шнека D. Відношення ефективної довжини робочої частини шнека до діаметра ( скорочено як співвідношення сторін, виражене як L/D) зазвичай становить 18~25. Великий L/D може покращити розподіл температури матеріалу, полегшити змішування та пластифікацію пластику, а також зменшити витік і зворотний потік. Поліпшити виробничу потужність екструдера. Шнек з великим L/D має сильну адаптивність і може використовуватися для екструзії різноманітних пластмас; але коли L/D занадто великий, пластик буде нагріватися довше та погіршуватиметься. У той же час через збільшення ваги гвинта вільний кінець буде згинатися і провисати, що легко спричинить подряпини між стовбуром і гвинтом і ускладнить виготовлення та обробку; збільшити енергоспоживання екструдера. Занадто короткий гвинт може спричинити погану пластифікацію змішування.
Половина різниці між внутрішнім діаметром бочки та діаметром шнека називається зазором δ, який може вплинути на виробничу потужність екструдера. Зі збільшенням δ продуктивність падає. Зазвичай доцільно контролювати δ приблизно на рівні {{0}}.1–0,6 мм. Коли δ мале, ефект зсуву на матеріал великий, що сприяє пластифікації. Однак, якщо δ занадто малий, сильний ефект зсуву, ймовірно, спричинить термомеханічну деградацію матеріалу, і гвинт, ймовірно, буде утримуватися або тертися об стінку стовбура. Крім того, коли δ занадто мале, майже немає витоку та зворотного потоку матеріалу, що певною мірою впливає на перемішування розплаву.
Кут закручування спіралі Φ - це кут між різьбою та поперечним перерізом гвинта. Зі збільшенням Φ виробнича потужність екструдера зростає, але ефект зсуву та сила екструзії на пластик зменшуються. Зазвичай кут нахилу спіралі становить від 10 градусів до 30 градусів і змінюється вздовж напрямку довжини гвинта. Часто використовується еквідистантний гвинт, а крок дорівнює діаметру. Значення Φ становить приблизно 17 градусів 41′
Чим більший коефіцієнт стиснення, тим більший коефіцієнт екструзії, який отримує пластик. Коли гвинтова канавка неглибока, вона може створювати вищу швидкість зсуву пластику, що сприятливо впливає на теплопередачу між стінкою стовбура та матеріалом. Чим вище ефективність змішування і пластифікації матеріалу, тим нижче продуктивність. Навпаки, коли канавка гвинта глибока, ситуація прямо протилежна. Тому гвинти з глибоким гвинтом і пазом підходять для термочутливих матеріалів (таких як полівінілхлорид); у той час як гвинти з неглибокими канавками підходять для пластмас з низькою в'язкістю розплаву та високою термостабільністю (таких як поліамід).
1. Сегментація гвинта
Коли матеріал рухається вперед уздовж шнека, він відчуває зміни температури, тиску, в'язкості тощо. Ці зміни відбуваються по всій довжині шнека. Відповідно до характеристик змін матеріалу шнек можна розділити на секцію подачі (живлення), секцію стиснення та секцію гомогенізації.
①, Пластмаса та три стани пластмаси
Пластмаси діляться на дві категорії: термореактивні і термопластичні. Після того, як термореактивні пластмаси сформовані та затверділи, їх не можна нагрівати та плавити. Проте вироби, утворені термопластами, можна нагрівати та розплавляти з утворенням інших виробів.
У міру зміни температури термопластичний пластик переходить у три стани: склоподібний, високоеластичний та в’язкотекучий. Оскільки температура постійно змінюється, три стани змінюються неодноразово.
a. Різні характеристики полімерних розплавів у трьох станах:
Склоподібний стан - пластик виглядає як тверда тверда речовина; теплова кінетична енергія мала, міжмолекулярна сила велика, а деформація в основному відбувається за рахунок деформації кута зв’язку; деформація відновлюється миттєво після зняття зовнішньої сили, що відноситься до загальної пружної деформації.
Високоеластичний стан - пластик виглядає як гумоподібна речовина; деформації сприяє розтягнення макромолекулярної конформації, викликане орієнтацією сегментів ланцюга, і значення деформації є великим; деформація може бути відновлена ​​після усунення зовнішньої сили, але залежить від часу, що відноситься до високоеластичної деформації.
В'язкотекучий стан - пластик виглядає як високов'язкий розплав; теплова енергія додатково стимулює рух відносного ковзання молекул ланцюга; деформація необоротна, що відноситься до пластичної деформації
b. Обробка пластику та три стани пластику:
Пластмаси можна різати в склоподібному стані. У високоеластичному стані їх можна розтягувати, наприклад, волочіння дроту, екструзію труб, видування та термоформування. У стані в’язкої текучості його можна обробляти шляхом нанесення покриття, ротаційного формування та лиття під тиском.
Коли температура вища за стан в’язкої текучості, пластик піддається термічному розкладанню, а коли температура нижча за склоподібний стан, пластик стає крихким. Коли температура пластику вища за в’язкотекучий стан або нижча за склоподібний стан, термопластичний пластик схильний до псування та серйозного пошкодження, тому під час обробки або використання пластикових виробів слід уникати цих двох температурних зон.
②, триступеневий гвинт
Пластмаси в екструдері існують у трьох фізичних станах – у процесі зміни склоподібного стану, високопружного стану та в’язкотекучого стану, і кожен стан має різні вимоги до шнекової структури.
в. Щоб відповідати вимогам різних держав, шнек екструдера зазвичай розділений на три секції:
Секція подачі L1 (також відома як секція суцільного транспортування)
Секція плавлення L2 (називається секцією стиснення)
Секція гомогенізації L3 (називається секцією дозування)
Це те, що зазвичай називають триступеневим гвинтом. Процес екструзії пластмас у цих трьох секціях відрізняється.
Функція секції подачі полягає в тому, щоб відправити матеріал, що подається бункером, у секцію стиснення. Пластик зазвичай залишається в твердому стані під час руху і частково розплавляється під дією тепла. Довжина секції подачі змінюється в залежності від типу пластику і може складати від недалеко від бункера до 75% від загальної довжини шнекового стакана.
Загалом, екструзія кристалічних полімерів є найдовшою, за нею йдуть тверді аморфні полімери, і найкоротша для м’яких аморфних полімерів. Оскільки секція подачі не обов'язково створює стиснення, об'єм її гвинтової канавки може залишатися незмінним. Величина кута нахилу спіралі має більший вплив на пропускну здатність цієї секції та фактично впливає на продуктивність екструдера. Зазвичай кут нахилу спіралі порошкоподібних матеріалів становить близько 30 градусів, а продуктивність найвища. Кут нахилу спіралі блокових матеріалів має становити приблизно 15 градусів, а кут нахилу спіралі сферичних матеріалів має бути приблизно 17 градусів.