Extruderschroef

De schroef is het hart van de extruder en een belangrijk onderdeel van de extruder. De prestaties van de schroef bepalen de productiviteit, plastificerende kwaliteit, dispersie van vulstoffen, smelttemperatuur, stroomverbruik, enz. van een extruder. Het is het belangrijkste onderdeel van de extruder, dat direct van invloed kan zijn op het toepassingsbereik en de productie-efficiëntie van de extruder. De rotatie van de schroef oefent extreme druk uit op het plastic, zodat het plastic kan bewegen, onder druk kan zetten en wat warmte kan verkrijgen door wrijving in de cilinder. Het plastic wordt gemengd en geplastificeerd tijdens de beweging in de cilinder. Wanneer de viskeuze smelt wordt geëxtrudeerd en door de matrijs stroomt, krijgt het de gewenste vorm en wordt het gevormd. Net als de cilinder is de schroef ook gemaakt van zeer sterke, hittebestendige en corrosiebestendige legeringen.
Omdat er veel soorten kunststoffen zijn, zijn hun eigenschappen ook verschillend. Daarom zijn in de praktijk, om aan verschillende behoeften voor kunststofverwerking te voldoen, verschillende soorten schroeven nodig en zijn de structuren ook verschillend. Zodat het plastic met de grootste efficiëntie kan worden getransporteerd, geëxtrudeerd, gemengd en geplastificeerd.
De basisparameters die de eigenschappen van de schroef bepalen, zijn onder meer: ​​diameter, aspectverhouding, compressieverhouding, spoed, groefdiepte, spiraalhoek, speling tussen de schroef en de cilinder, enz.
De meest voorkomende schroefdiameter D is ongeveer 45~150 mm. Naarmate de schroefdiameter toeneemt, neemt ook de verwerkingscapaciteit van de extruder dienovereenkomstig toe en is de productiviteit van de extruder evenredig met het kwadraat van de schroefdiameter D. De verhouding van de effectieve lengte van het werkende deel van de schroef tot de diameter (afgekort als aspectverhouding, uitgedrukt als L/D) is meestal 18~25. Een grote L/D kan de temperatuurverdeling van het materiaal verbeteren, het mengen en plastificeren van het plastic vergemakkelijken en lekkage en terugstroming verminderen. Verbeter de productiecapaciteit van de extruder. De schroef met een grote L/D heeft een sterke aanpasbaarheid en kan worden gebruikt voor de extrusie van verschillende kunststoffen; maar wanneer de L/D te groot is, wordt het plastic langer verhit en afgebroken. Tegelijkertijd zal het vrije uiteinde door de toename van het gewicht van de schroef buigen en doorzakken, wat gemakkelijk krassen tussen de cilinder en de schroef kan veroorzaken en de productie en verwerking moeilijk maakt; het energieverbruik van de extruder verhogen. Een te korte schroef zal waarschijnlijk leiden tot slechte plasticering van de menging.
De helft van het verschil tussen de binnendiameter van de cilinder en de diameter van de schroef wordt de opening δ genoemd, die de productiecapaciteit van de extruder kan beïnvloeden. Naarmate δ toeneemt, neemt de productiviteit af. Het is meestal passend om δ te regelen op ongeveer {{0}}.1 tot 0,6 mm. Wanneer δ klein is, is het schuifeffect op het materiaal groot, wat bevorderlijk is voor plasticisatie. Als δ echter te klein is, zal het sterke schuifeffect waarschijnlijk thermomechanische degradatie van het materiaal veroorzaken en zal de schroef waarschijnlijk tegen de cilinderwand worden gehouden of gewreven. Bovendien is er, wanneer δ te klein is, vrijwel geen lekkage en terugstroming van het materiaal, wat de menging van de smelt tot op zekere hoogte beïnvloedt.
De helixhoek Φ is de hoek tussen de schroefdraad en de doorsnede van de schroef. Naarmate Φ toeneemt, neemt de productiecapaciteit van de extruder toe, maar het schuifeffect en de extrusiekracht op het plastic nemen af. Meestal ligt de helixhoek tussen de 10 graden en 30 graden en verandert deze in de richting van de schroeflengte. Vaak wordt een equidistante schroef gebruikt en is de spoed gelijk aan de diameter. De waarde van Φ is ongeveer 17 graden 41′
Hoe groter de compressieverhouding, hoe groter de extrusieverhouding die het plastic ontvangt. Wanneer de schroefgroef ondiep is, kan het een hogere schuifsnelheid op het plastic produceren, wat gunstig is voor de warmteoverdracht tussen de cilinderwand en het materiaal. Hoe hoger de materiaalmeng- en plastificeringsefficiëntie, hoe lager de productiviteit. Wanneer de schroefgroef daarentegen diep is, is de situatie precies het tegenovergestelde. Daarom zijn diepe schroefgroefschroeven geschikt voor warmtegevoelige materialen (zoals polyvinylchloride); terwijl ondiepe schroefgroefschroeven geschikt zijn voor kunststoffen met een lage smeltviscositeit en hoge thermische stabiliteit (zoals polyamide).
1. Segmentatie van de schroef
Wanneer het materiaal langs de schroef naar voren beweegt, ervaart het veranderingen in temperatuur, druk, viscositeit, etc. Deze verandering is verschillend binnen de gehele lengte van de schroef. Afhankelijk van de kenmerken van de materiaalveranderingen, kan de schroef worden verdeeld in een voedings- (feeding) sectie, een compressiesectie en een homogenisatiesectie.
①, Kunststoffen en drie toestanden van kunststoffen
Kunststoffen worden onderverdeeld in twee categorieën: thermohardend en thermoplastisch. Nadat thermohardende kunststoffen zijn gevormd en gestold, kunnen ze niet worden verhit en gesmolten. De producten die door thermoplasten worden gevormd, kunnen echter worden verhit en gesmolten om andere producten te vormen.
Naarmate de temperatuur verandert, verandert het thermoplastische plastic in drie toestanden: glasachtige toestand, zeer elastische toestand en viskeuze stromingstoestand. Naarmate de temperatuur herhaaldelijk verandert, veranderen de drie toestanden herhaaldelijk.
a. Verschillende kenmerken van polymeersmelten in de drie toestanden:
Glasachtige toestand - plastisch materiaal verschijnt als een stijve vaste stof; de thermische kinetische energie is klein, de intermoleculaire kracht is groot en de vervorming wordt voornamelijk veroorzaakt door de vervorming van de bindingshoek; de vervorming herstelt zich onmiddellijk nadat de externe kracht is weggenomen, wat tot de algemene elastische vervorming behoort.
Zeer elastische toestand - plastic verschijnt als een rubberachtige substantie; de ​​vervorming wordt veroorzaakt door het uitrekken van de macromoleculaire conformatie, veroorzaakt door de oriëntatie van de ketensegmenten, en de vervormingswaarde is groot; de vervorming kan worden hersteld nadat de externe kracht is verwijderd, maar is afhankelijk van de tijd, wat hoort bij zeer elastische vervorming.
Viskeuze stromingstoestand - plastic verschijnt als een zeer viskeuze smelt; thermische energie stimuleert verder de relatieve glijbeweging van de ketenmoleculen; de vervorming is onomkeerbaar, wat tot plastische vervorming behoort
b. Kunststofverwerking en de drie toestanden van kunststof:
Kunststoffen kunnen in de glasachtige toestand worden gesneden. In de zeer elastische toestand kunnen ze worden uitgerekt, zoals draadtrekken, buisextrusie, blaasvormen en thermovormen. In de viskeuze vloeitoestand kunnen ze worden verwerkt door middel van coating, rotatiegieten en spuitgieten.
Wanneer de temperatuur hoger is dan de viskeuze vloeitoestand, zal het plastic thermische ontleding ondergaan, en wanneer de temperatuur lager is dan de glasachtige toestand, zal het plastic bros worden. Wanneer de plastic temperatuur hoger is dan de viskeuze vloeitoestand of lager dan de glasachtige toestand, heeft het thermoplastische plastic de neiging om te verslechteren en ernstig beschadigd te raken, dus deze twee temperatuurgebieden moeten worden vermeden bij het verwerken of gebruiken van plastic producten.
②, drietraps schroef
Kunststoffen bestaan ​​in de extruder in drie fysieke toestanden: het veranderingsproces van de glasachtige toestand, de hoogelastische toestand en de viskeuze vloeitoestand. Elke toestand stelt andere eisen aan de schroefstructuur.
c. Om aan de eisen van verschillende staten te voldoen, wordt de schroef van de extruder gewoonlijk in drie secties verdeeld:
Voedingssectie L1 (ook bekend als vaste transportsectie)
Smeltsectie L2 (compressiesectie genoemd)
Homogeniserende sectie L3 (ook wel doseersectie genoemd)
Dit is wat gewoonlijk een drietrapsschroef wordt genoemd. Het extrusieproces van kunststoffen in deze drie secties is verschillend.
De functie van de toevoersectie is om het materiaal dat door de trechter wordt aangevoerd naar de compressiesectie te sturen. Het plastic blijft over het algemeen in een vaste toestand tijdens de beweging en smelt gedeeltelijk door hitte. De lengte van de toevoersectie varieert met het type plastic en kan variëren van niet ver van de trechter tot 75% van de totale lengte van de schroefbeker.
Over het algemeen is de extrusie van kristallijne polymeren het langst, gevolgd door harde amorfe polymeren, en het kortst voor zachte amorfe polymeren. Omdat de voedingssectie niet noodzakelijkerwijs compressie produceert, kan het volume van de schroefgroef ongewijzigd blijven. De grootte van de helixhoek heeft een grotere impact op de voedingscapaciteit van deze sectie, en beïnvloedt feitelijk de productiviteit van de extruder. Meestal is de helixhoek van poedermaterialen ongeveer 30 graden, en is de productiviteit het hoogst. De helixhoek van blokmaterialen moet ongeveer 15 graden zijn, en de helixhoek van bolvormige materialen moet ongeveer 17 graden zijn.