Šroub extrudéru

Šnek je srdcem extrudéru a klíčovou součástí extrudéru. Výkon šneku určuje produktivitu, kvalitu plastifikace, disperzi plniv, teplotu taveniny, spotřebu energie atd. extrudéru. Je to nejdůležitější součást extrudéru, která může přímo ovlivnit aplikační rozsah a efektivitu výroby extrudéru. Rotace šroubu vyvíjí extrémní tlak na plast, takže se plast může pohybovat, stlačovat a získávat určité teplo z tření v hlavni. Plast se při pohybu v hlavni promíchá a změkčí. Když je viskózní tavenina vytlačována a protéká matricí, získává požadovaný tvar a je formována. Stejně jako hlaveň je i šroub vyroben z vysoce pevných, žáruvzdorných a korozi odolných slitin.
Protože existuje mnoho druhů plastů, liší se i jejich vlastnosti. Proto jsou ve skutečném provozu, aby se přizpůsobily různým potřebám zpracování plastů, vyžadovány různé typy šroubů a struktury jsou také odlišné. Aby bylo možné plast dopravovat, vytlačovat, míchat a plastifikovat s co největší účinností.
Mezi základní parametry, které představují charakteristiky šroubu, patří: průměr, stranový poměr, kompresní poměr, stoupání, hloubka drážky, úhel šroubovice, vůle mezi šroubem a hlavní atd.
Nejběžnější průměr šroubu D je asi 45~150 mm. S rostoucím průměrem šneku se odpovídajícím způsobem zvyšuje i zpracovatelská kapacita extrudéru a produktivita extrudéru je úměrná druhé mocnině průměru šneku D. Poměr efektivní délky pracovní části šneku k průměru ( zkráceně jako poměr stran, vyjádřený jako L/D) je obvykle 18~25. Velké L/D může zlepšit rozložení teploty materiálu, usnadnit míchání a plastifikaci plastu a snížit únik a zpětný tok. Zlepšete výrobní kapacitu extrudéru. Šnek s velkým L/D má silnou přizpůsobivost a lze jej použít pro vytlačování různých plastů; ale když je L/D příliš velké, plast se bude delší dobu zahřívat a znehodnocovat. Současně se v důsledku zvýšení hmotnosti šroubu bude volný konec ohýbat a prohýbat, což snadno způsobí poškrábání mezi válcem a šroubem a ztíží výrobu a zpracování; zvýšit spotřebu energie extruderu. Příliš krátký šnek pravděpodobně způsobí špatnou plastifikaci míchání.
Polovina rozdílu mezi vnitřním průměrem válce a průměrem šneku se nazývá mezera δ, což může ovlivnit výrobní kapacitu extrudéru. Jak se δ zvyšuje, produktivita klesá. Obvykle je vhodné řídit δ na přibližně {{0}},1 až 0,6 mm. Když je δ malé, střihový účinek na materiál je velký, což vede k plastifikaci. Pokud je však δ příliš malé, silný střihový účinek pravděpodobně způsobí termomechanickou degradaci materiálu a šroub bude pravděpodobně držen nebo třen o stěnu hlavně. Navíc, když je δ příliš malé, nedochází téměř k žádnému úniku a zpětnému toku materiálu, což do určité míry ovlivňuje promíchání taveniny.
Úhel šroubovice Φ je úhel mezi závitem a průřezem šroubu. S rostoucím Φ se zvyšuje výrobní kapacita extrudéru, ale smykový účinek a vytlačovací síla na plast se snižují. Obvykle je úhel šroubovice mezi 10 stupni a 30 stupni a mění se ve směru délky šroubu. Často se používá ekvidistantní šroub a stoupání se rovná průměru. Hodnota Φ je asi 17 stupňů 41′
Čím větší je kompresní poměr, tím větší je extruzní poměr přijatý plastem. Když je drážka šroubu mělká, může produkovat vyšší smykovou rychlost na plastu, což je výhodné pro přenos tepla mezi stěnou hlavně a materiálem. Čím vyšší je účinnost míchání a plastifikace materiálu, tím nižší je produktivita. Naopak, když je drážka šroubu hluboká, je situace přesně opačná. Proto jsou šrouby s hlubokou drážkou vhodné pro materiály citlivé na teplo (jako je polyvinylchlorid); zatímco šrouby s mělkou drážkou jsou vhodné pro plasty s nízkou viskozitou taveniny a vysokou tepelnou stabilitou (jako je polyamid).
1. Segmentace šroubu
Při pohybu materiálu vpřed podél šneku dochází ke změnám teploty, tlaku, viskozity atd. Tato změna je různá po celé délce šneku. Podle charakteristik materiálových změn lze šnek rozdělit na podávací (přívodní) sekci, lisovací sekci a homogenizační sekci.
①, Plasty a tři stavy plastů
Plasty se dělí do dvou kategorií: termosety a termoplasty. Po vytvarování a ztuhnutí termosetových plastů je nelze zahřát a roztavit. Produkty tvořené termoplasty však lze zahřát a roztavit za vzniku jiných produktů.
Při změně teploty se termoplastický plast mění do tří stavů: sklovitý stav, vysoce elastický stav a viskózní stav tečení. Jak se teplota opakovaně mění, tyto tři stavy se opakovaně mění.
A. Různé vlastnosti polymerních tavenin ve třech stavech:
Skelný stav - plast se jeví jako tuhá pevná látka; tepelná kinetická energie je malá, mezimolekulární síla je velká a k deformaci přispívá hlavně deformace úhlu vazby; deformace se obnoví okamžitě po odstranění vnější síly, což patří k obecné elastické deformaci.
Vysoce elastický stav - plast se jeví jako látka podobná pryži; k deformaci přispívá natažení makromolekulární konformace způsobené orientací segmentů řetězce a hodnota deformace je velká; deformace může být obnovena po odstranění vnější síly, ale je závislá na čase, což patří k vysoce elastické deformaci.
Stav viskózního toku - plast se jeví jako vysoce viskózní tavenina; tepelná energie dále stimuluje relativní klouzavý pohyb molekul řetězce; deformace je nevratná, což patří k plastické deformaci
b. Zpracování plastů a tři stavy plastů:
Plasty lze řezat ve sklovitém stavu. Ve vysoce elastickém stavu je lze natahovat, jako je tažení drátu, vytlačování trubek, vyfukování a tvarování za tepla. Ve viskózním stavu může být zpracován potahováním, rotačním lisováním a vstřikováním.
Když je teplota vyšší než stav viskózního toku, plast podstoupí tepelný rozklad, a když je teplota nižší než sklovitý stav, plast zkřehne. Když je teplota plastu vyšší než stav viskózního toku nebo nižší než sklovitý stav, termoplastický plast má tendenci se zhoršovat a vážně se poškozovat, takže těmto dvěma teplotním oblastem je třeba se při zpracování nebo používání plastových výrobků vyhnout.
②, třístupňový šroub
Plasty existují ve vytlačovacím stroji ve třech fyzikálních stavech - proces změny skelného stavu, vysoce elastického stavu a viskózního stavu toku, přičemž každý stav má jiné požadavky na strukturu šneku.
C. Aby byly splněny požadavky různých států, je šnek extrudéru obvykle rozdělen do tří sekcí:
Plnicí sekce L1 (také známá jako pevná dopravní sekce)
Tavicí sekce L2 (nazývaná kompresní sekce)
Homogenizační sekce L3 (nazývaná dávkovací sekce)
To je to, co se obvykle nazývá třístupňový šroub. Proces vytlačování plastů v těchto třech sekcích je odlišný.
Funkcí podávací sekce je posílat materiál dodávaný násypkou do kompresní sekce. Plast obecně zůstává během pohybu v pevném stavu a vlivem tepla se částečně roztaví. Délka plnicí části se liší podle typu plastu a může být od násypky až po 75 % celkové délky šnekové misky.
Obecně řečeno, vytlačování krystalických polymerů je nejdelší, následují tvrdé amorfní polymery a nejkratší u měkkých amorfních polymerů. Vzhledem k tomu, že podávací sekce nemusí nutně produkovat kompresi, objem její drážky pro šroub může zůstat nezměněn. Velikost úhlu šroubovice má větší vliv na kapacitu plnění této sekce a ve skutečnosti ovlivňuje produktivitu extrudéru. Obvykle je úhel šroubovice práškových materiálů asi 30 stupňů a produktivita je nejvyšší. Úhel šroubovice blokových materiálů by měl být asi 15 stupňů a úhel šroubovice sférických materiálů by měl být asi 17 stupňů.