Рис. 1. Кинематическая схема двухшнекового экструдера.

Рис. 2. Конструкции червяков двухшнекового экструдера

1,а - плотное зацепление, встречное вращение червяков; 1,б; 2,б - плотное зацепление, однонаправленное вращение червяков; 3,а - неплотное зацепление, встречное вращение червяков; 3,б - неплотное зацепление, однонаправленное вращение червяков; 4,а - червяки незацепляющиеся, со встречным вращением.

В отличие от одночервячных машин в корпусе двухчервячных экструдеров параллельно располагаются два червяка. Поскольку транспортирование материала в таком экструдере происходит не за счет сил трения, а принудительным его продавливанием под действием согласованно вращающихся червяков, то морфология и агрегатное состояние полимерного материала не влияют на производительность машины.

Поэтому двухчервячные экструдеры могут перерабатывать порошковые и гранулированные материалы, композиции с дисперсным и коротковолокнистым наполнителем, расплавы или пасты, прилипающие к червяку, и создавать значительные давления на пластмассы в зоне выхода из материального цилиндра.

Принцип работы

Кинематически двухчервячный экструдер состоит из материального цилиндра 1, двух шнеков 2, как правило, с параллельными осями вращения, механической передачи 3 и электродвигателя 4.

Червяки могут быть зацепляющимися и незацепляющимися (рис. 2), вращаться в одном или встречном направлении, иметь правую или левую нарезку. Зацепление червяков может быть плотным или неплотным.

Зазоры в зацеплении червяков и между червяками и цилиндром способствуют как обеспечению их геометрической совместимости, так и перетоку перерабатываемого материала между витковыми секциями. Производительность зоны питания таких экструдеров зависит от свободного объема между двумя витками и от равномерности подачи материала.

В стандартном двухшнековом экструдере шнеки имеют пять зон:

• зона входа (захват материала и предварительный разогрев)

• зона пластификации (разогрев и агломерация)

• зона сжатия (герметизация зоны дегазации и поддержка пластификации)

• зона дегазации (дегазация расплава, включая отвод воздуха)

• зона выхода (полное расплавление, гомогенизация и выталкивание).

В зоне входа осуществляется захват смеси и ее предварительный разогрев через внутреннее и внешнее трение, а также теплопередачу. В зоне пластификации этот процесс продолжается до того состояния, когда порошок смеси на поверхности настолько нагревается, что под влиянием механической энергии он начинает агломерироваться. После начала процесса агломерации начинают быстро образовываться крупные агломераты, создающие большее сопротивление процессу резания.

Важным элементом экструдера является дозатор, имеющий как правило дозирующий шнек, с помощью которого осуществляется точная регулировка подачи сырья.

Зона сжатия поддерживает процесс пластификации путем того, что осуществляется дальнейшее уплотнение агломерата и возрастает обратное давление в направлении зоны пластификации. В результате этого давления усиливается обратный поток смеси через зазор обоих шнеков. Кроме того зона сжатия служит уплотнением перед зоной дегазации.

Функция зоны дегазации в удалении из пластифицированного (агломерированного) пластического материала газообразных включений и захваченного воздуха. Для этой цели шаг винтовой линии в этой зоне увеличен, в результате чего пространство между витками шнеков здесь заполнено лишь на 60 - 80% и для процесса дегазации образуется большая поверхность.

Весьма важно, чтобы пластический материал проходил эту зону в требуемом агрегатном состоянии. В результате слишком слабой или неравномерной предварительной пластификации может иметь место всасывание порошкообразного ПВХ. В случае же слишком сильной пластификации газообразные включения могут захватываться расплавом и в связи со слишком большой вязкостью ПВХ больше уже не смогут быть отсосаны.

После зоны дегазации пластический материал в зоне выхода проходит окончательную пластификацию и в нем создается достаточное давление для продавливания через фильеру. При этом по возможности не должно происходить дальнейшего подвода энергии, а осуществляться лишь уплотнение агломерата (начинающего пластифицироваться материала) до однородной массы. В этой зоне почти всегда необходимо осуществлять отвод энергии через охлаждение цилиндра, чтобы не происходило перегрева расплава в результате трения.

В двухшнековом экструдере эффективно осуществляются процессы сдвига, вальцевания и перетирания материала; принудительное перемещение обусловливает незначительное налипание материала на шнеки, при этом исключается застой материала. Поэтому в двухшнековых экструзионных машинах могут быть совмещены операции смешения, пластикации, а если это требуется, то и окрашивания массы.

По сравнению с одночервячным машинами, двухшнековые экструдеры обладают следующими преимуществами:

• более высокая производительность;

• меньшее удельное потребление энергии;

• большая универсальность;

• точный контроль напряжений и усилий сдвига;

• большая перемешивающая и гомогенизирующая способность, за счет чего можно вводить большое количество наполнителей.

Выбор и расчет оборудования

Определяющими параметрами при выборе двухшнекового экструдера являются его производительность, диаметр D и относительная длина червяков L/D.

Производительность экструдера с незацепляющимися шнеками определяется как сумма производительностей двух одношнековых машин:

Такие экструдеры применяются при смешении и гомогенизации композиций термопластов.

Для получения композиций на основе поливинилхлорида, введения стабилизаторов и смешения различных пластмасс применяют двухчервячные экструдеры с зацепляющимися червяками. Производительность этих машин зависит от числа заходов нарезки шнека i, объема замкнутого пространства одного шнека v и частоты их вращения ωч

Необходимо отметить, что производительность двухчервячных машин, в отличие от одночервячных, не зависит от геометрического коэффициента сопротивления формующей головки.

По материалам сайта «Полимерные материалы»

Вернуться назад