Polimēru ekstrūzijas process ir viena no fundamentālākajām operācijām mūsdienu plastmasas ražošanā, kas kalpo kā mugurkauls plašu plastmasas produktu ražošanai, kas veido mūsu ikdienas dzīvi. Starp dažādajām pieejamajām ekstrūzijas tehnoloģijām ir izveidojušies dvīņi - skrūvju ekstrūderi kā īpaši daudzpusīgas un efektīvas mašīnas, piedāvājot labākas sajaukšanas iespējas un precīzu kontroli pār materiālu apstrādes apstākļiem.
Šī visaptverošā analīze pēta darba principus, mehānismus un tehnoloģiskos sasniegumus dvīņu - skrūvju ekstrūzijas sistēmās, īpašu uzsvaru liekot uz abām CO - Rotējošām un skaitītājiem - Rotējošas konfigurācijas.
Atšķirībā no atsevišķiem - skrūvju ekstruders, dvīņu - skrūvju mašīnas parasti izmanto mērītas barošanas sistēmas un iekļauj sarežģītus ventilācijas dizainus, lai apstrādes laikā noņemtu gaistošās vielas. Pamata posmi ietver cietu transportēšanu, kausēšanu un sajaukšanu, mērīšanu un spiediena radīšanu, katram ir būtiska loma ekstrudētā produkta kvalitātes un konsekvences noteikšanā.
Galvenā dvīņu - skrūvju ekstruderu priekšrocība
Viena no nozīmīgākajām dvīņu - skrūvju ekstrūderu priekšrocībām polimēru ekstrūzijas procesā ir to šaurākā dzīvesvietas laika sadalījums, salīdzinot ar atsevišķu - skrūvju sistēmām. Šis raksturlielums rodas no sevis {- noslaukšanas spējas, kas raksturīgas dvīņu - skrūvju dizainparaugiem un to pozitīvo pārvietošanas konvejācijas jaudai, kas būtiski atšķiras no tīri berzes transporta mehānisma, kas atrodams atsevišķā -} skrūvju ekstruders. Darbības laikā lielākā daļa skrūvju kanālu dvīņu - skrūvju sistēmās darbojas daļēji piepildītā stāvoklī, izraisot atšķirīgus cietus transportēšanas un kušanas mehānismus, kas tos atšķir no atsevišķiem - skrūvju kolēģiem.
Counter - Rotējoši dvīņi - skrūvju mehānismi
Counter - Rotējoši dvīņi - Skrūvju ekstrūderi Excel kā pozitīvas pārvietojuma sūkņi, kas spēj sasniegt gan sānu, gan gareniskas aizvēršanas funkcijas. Materiālu transporta mehānisms ietver polimēru materiālu norobežošanu atsevišķās C - formas kamerās, kā parādīts dažādos tehniskajos pētījumos. Kad skrūves aizpilda vienu rotāciju, katra c - formas kamera virzās uz vienu piķa garumu pret die, efektīvi nododot materiālu uz priekšu. Šī precīza materiāla kustības kontrole padara skaitītāju - rotējošās sistēmas īpaši piemērotas lietojumprogrammām, kurām nepieciešama konsekventa izvade un minimāla pulsācija.
Ārējā skaitītājā - Rotējošā dvīņu - skrūvju konfigurācijas, barošanas process ir atkarīgs no gravitācijas, berzes spēku un mezhing darbības starp skrūvju lidojumiem un kanāliem kombinētajiem efektiem. Materiāli tiek viegli ievilkti savstarpējā spraugā, kur tie piedzīvo slīpēšanas un ritošās darbības, kas līdzīgas tām, kas darbojas kalendēšanas operācijās. Šis "kalendēšanas efekts" ir atšķirīga iezīme dvīņu - skrūvju sistēmām, kas ievērojami veicina to augstākās sajaukšanas un homogenizācijas iespējas.
"Kušanas mehānisms letes - Rotējošais dvīņu {- skrūvju ekstrūderi principiāli atšķiras no atsevišķām - skrūvju sistēmām, un starpjūras reģions rada unikālu spiedienu un temperatūras profilu, kas palielina kušanas efektivitāti un samazina uzturēšanās laika posmu.
- Jansen, KMB, "Kūstot pretrunā {- Rotējoši dvīņi - Skrūvju ekstrūderi," Polymer Engineering & Science, 1978, vol . 18, pp . 907-912.}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {. 18, lpp.
Caurlaidspējas aprēķins
Caurlaidspējas aprēķins skaitītājam - Rotējoši dvīņi - skrūvju ekstrūderi seko šim modelim:
Q=2 nv - qT - Qs - Qv - Qt
Q=Kopā caurlaidspēja
N=skrūvju ātrums (1/s)
V=c - kameras skaļums
QT= muca - skrūvju klīrensa noplūde
Qs= Kalendējošā spraugas noplūde
Qv= sānu spraugas noplūde
Qt= tetraedriskā noplūde
C - Kameras tilpuma aprēķins:
V=πdhw/cosφ
D=skrūvju ārējais diametrs
H=kanāla dziļums
W=kanāla platums
φ=spirāles leņķis
Spiediena attīstība un plūsmas īpašības
Spiediena ģenerēšanas mehānisms letes - Rotējošais dvīņu {- skrūvju ekstruders uzrāda unikālas īpašības, kas ietekmē kopējo polimēru ekstrūzijas procesu. Spiediena veidošana - Parasti notiek netālu no die gala, kur materiāls pilnībā aizpilda skrūvju kanālus. Sakarā ar pozitīvo pārvietojuma konvejona mehānismu ekstrūzijas procesam ir spiediena pulsācijas īpašības, kuras var mazināt, izmantojot vairākus - lidojuma pavedienu dizainus.
Normālos apstrādes apstākļos aizpildīto kanālu skaits atbilst die pretestībai - augstāka die pretestība rada ilgāku piepildītu garumu ar nemainīgiem aksiālā spiediena gradientiem.
Pārbaudot sakarību starp barošanas ātrumu un skrūvju ātrumu polimēru ekstrūzijas procesā, parādās interesantas parādības. Uzturot nemainīgu padeves ātrumu, vienlaikus palielinot skrūvju ātrumu, samazinās piepildīts garums un palielināts aksiālā spiediena gradients, lai gan stieples spiediens paliek nemainīgs. Šī uzvedība uzsver darbības parametru līdzsvarošanas nozīmi, lai sasniegtu optimālus apstrādes apstākļus.
Kušanas mehānismi letes - Rotējošās sistēmas
Kausēšanas process skaitītājā - Rotējoši dvīņi - skrūvju ekstrūderi apzīmē ievērojamu atkāpi no atsevišķām - skrūvju sistēmām. Skrūvju kanāla vietu var iedalīt augšējā un apakšējā starplaikā attiecībā pret plakni, kas satur skrūvju asis. Eksperimentālie novērojumi atklāj, ka kušanas zona migrē lejup pa straumi, palielinoties skrūvju ātrumam, ar izteiktajām atšķirībām kausēšanas uzvedībā starp parastajiem pavedienu elementiem un mīcīšanas bloku kombinācijām.
Apakšējā savstarpējā zona
Apakšējā savstarpējā zonā, kas parasti ir pilnībā piepildīta ar materiālu, polimērs, kas atrodas saskarē ar mucas iekšējo virsmu, vispirms kūst, veidojot kausēšanas plēvi. Vēlākās kūstēšanas posmos salas "jūra {-}" struktūra attīstās ar kausējumu kā nepārtrauktas fāzes un atlikušās cietās daļiņas, kas suspendētas tajā.
Pavedienu elementi
Vītņu elementos pastāv būtiskas atšķirības starp augšējo un apakšējo savstarpējo zonu, un kušana notiek galvenokārt apakšējā zonā caur mucas siltuma vadīšanu. Sānu klīrensa un kalendēšanas spraugu noplūdes plūsmās ir izšķiroša loma kušanas procesā.
Mīcīšanas diska konfigurācijas
Mīcīšanas diska konfigurācijās kušanas procesi augšējā un apakšējā zonā notiek līdzīgi, ar siltuma avotiem, ieskaitot gan mucu vadīšanu, gan viskozu izkliedi. Tas veicina materiālu apmaiņu un paātrina kausēšanas progresēšanu.
"Sea - sala" kušanas efektivitāte pārsniedz cietās gultnes modeli atsevišķā - skrūvju ekstruders, kas veicina dvīņu - skrūvju sistēmu augstāku veiktspēju polimēra ekstrūzijas procesā.
CO - Rotējoši dvīņi - skrūvju darbības principi
CO - Rotējošie starpsavienojošie dvīņi - Skrūvju ekstrūderi ir līdzības ar atsevišķām - skrūvju sistēmām no makroskopiskas perspektīvas, bet piedāvā ievērojami vairāk operatīvo mainīgo. Padeves ātrums kļūst par neatkarīgu mainīgo, savukārt skrūvju konfigurācijas sarežģītība dramatiski palielinās, izmantojot mainīgas vītņu elementu kombinācijas. Intermezēšanas un klīrensa zonu klātbūtne rada sarežģītus materiāla plūsmas modeļus, kā rezultātā dažādām skrūvju konfigurācijām notiek atšķirīgi ekstrūzijas procesi.
Mijiedarbības ģeometrija
No starpposma ģeometrijas viedokļa nav iespējams panākt pilnīgu sānu un garenisko slēgšanu CO - rotējošās sistēmās, kas ir nepieciešams kanālu platums, kas ir lielāks nekā lidojuma platums. Mūsdienu self - Wiping Co - Rotējoši dvīņi - Skrūvju ekstrūderi ir šauri lidojumi un plati kanāli, izveidojot spirālveida "figūru - 8" Passion starp skrūvēm ar lapām līdzīgu struktūru savstarpējā zonā.
Nodrošināšanas mehānisms CO - Rotējošos dvīņos - skrūves apvieno pozitīvu pārvietojumu un vilkšanas plūsmas transportu. Plašāks lidojuma platums uzlabo pozitīvu pārvietojuma konveējošo efektu, nesenajiem vizualizācijas eksperimentiem sniedzot dziļāku ieskatu cietos transportēšanas un kušanas procesos.
Pētījumi, ko veica profesora Dženga Sjaozhenga komanda Pekinas Ķīmisko tehnoloģiju universitātē, atklāja atšķirības cietās transportēšanas mehānismos starp granulām un pulveriem.
CO - Rotējoša skrūvju ģeometrija
8. attēls: spirālveida "attēls - 8" PASSAKS
Papildu cietie transportējošie pētījumi
| Materiāla tips | Nodošanas mehānisms | Aizpildīšanas īpašības | Galvenie novērojumi |
|---|---|---|---|
| Granulas | Pozitīvs pārvietošanas transports | Kanāla dibeni pilnībā aizpilda barošanu ar kompensāciju | Kreisā skrūve parāda lielāku transportēšanas jaudu ar labo - skrūvju nobīdes barošanu |
| Pulveri | Mehānismu kombinācija | Kreisais - skrūvju pildījums pārsniedz labo - skrūvju pildījumu mērīšanas laikā | "8. attēls" plūsmas shēma attīstās, kad padeves ātrums aizpilda abas skrūves |
| Plūdu barošana | Atkarīgs no skrūvju dizaina | Pilnīga diegu pildīšana ar lielāku lielapjoma blīvumu uz priekšu elementos | Nepieciešama saspiešanas grāda saskaņošana ar spējas nodošanu, lai novērstu aizsprostojumu |
Granulu transportēšanas procesos dominē pozitīvs pārvietošanas transports, un tikai neliela daļiņu daļa pārvietojas pa kanāla virzieniem. Offseta barošanas apstākļos kanāla dibeni pilnībā aizpilda, kaut arī pārvadāšanas spējas starp skrūvēm atšķiras. Piemēram, ar labo - skrūvju nobīdes barošanu, kreisā skrūve parāda lielāku transportēšanas jaudu. Pulverveida barošanas laikā pa kreisi - skrūvju pildījums pārsniedz labo - skrūvju pildījumu. Ar zemu padeves ātrumu zemāks kanāla sekcijas aizpilda, bet labās skrūves paliek daļēji aizpildītas. Kad padeves ātrums pietiekami palielinās, lai aizpildītu abas skrūves, abos skrūvju kanālos attīstās raksturīgs "8. figūra" plūsmas modelis.
Kūstot zonas konfigurācijas un enerģijas patēriņš
Kušanas process apzīmē viskritiskāko un enerģiju - intensīvā posmā CO - rotējošā dvīņu - skrūvju ekstrūzijā. Skrūvju konfigurāciju milzīgās mainības dēļ kvantitatīvā analīze rada būtiskas problēmas. Pētījumi, ko 1990. gados veica Tods, karijs, baltais un spēcīgais, deva būtisku ieguldījumu šo sarežģīto parādību izpratnē.
Kūstot sub - zonas
Balstoties uz iepriekšējiem pētījumiem, profesora Dženga komanda ierosināja jaunu kūstošu sub - zonas koncepciju, atzīstot, ka dažādas kušanas sub - zonas iegūst enerģiju, izmantojot atšķirīgus mehānismus -, daži galvenokārt ar konvektīvas siltuma pārneses palīdzību, citi - berzes siltuma veidošanās laikā.
Lai apgrieztu mīcīšanas bloku kombināciju, kausēšanas sadaļā ir uz priekšu pavedienu elementi un pakārtotie apgrieztā mīcīšanas bloki. Materiāli iziet vairākus atšķirīgus posmus:
- BEZMAKSAS POLIMĒRU DAĻU NODAĻA
- Pilnīgi vai daļēji aizpildītu cietu spraudņu veidošanās
- Daļiņu berze un plastmasas izkliede ar blīvu "Sea - salas" Kušanas procesi
- Retas cietas fāzes jūra - salas kausēšana
- Kušanas pabeigšana
Mainīgi piķa pavediena elementi un mainīga kanāla leņķa skrūvju konfigurācijas ir līdzīgi kušanas procesi ar unikālām īpašībām. Materiāli progresē, izmantojot brīvas daļiņas, kas nodod un uzkarsē, daļēji aizpildīta cieta spraudņa kausēšana, pilnībā piepildīta cieta spraudņa kausēšana, daļiņu berze un plastmasas izkliede ar blīvu "jūru {- sala" kausēšana, reti sastopama cieta fāze "jūra - sala" kausēšanas apakšdaļa.
Izkausējuma transportēšanas mehānismi un skaitliskā modelēšana
Pašreizējā izpratne par kausējuma nodošanas mehānismiem CO - Rotējoši dvīņi - Skrūvju ekstrūderi ir ievērojami uzlaboti, izmantojot galīgo elementu un ierobežoto tilpuma skaitliskās simulācijas paņēmienus. Lai iegūtu sāniski aizvērtu, bet gareniski atvērtu self - Wiping Co - Rotējošais dvīņu - Skrūvju ekstrūderi, pozitīvā pārvietojuma konvejing ietilpība korelē ar garuma atveres pakāpi -}, mazākas atveres dod spēcīgāku pozitīvu pārvietojumu.
Izkausēt plūsmas īpašības
Parasti izmantotā self - Wiping šaurs - Flight Twin - Skrūvju ekstrūderi, izkauses, kas galvenokārt seko vilkšanas plūsmai gar "8. figūra" spirālveida kanālu. Pilnos pildījuma apstākļos skrūvju kanālos attīstās sarežģīti ātruma vektora lauki, un atbilstošie spiediena sadalījumi ievērojami mainās pa aksiālajiem un apkārtmēra virzieniem.
Šie plūsmas modeļi tieši ietekmē sajaukšanas efektivitāti un produkta kvalitāti polimēru ekstrūzijas procesā. Skaitliskā modelēšana ļāva pētniekiem vizualizēt un kvantitatīvi noteikt šīs sarežģītās plūsmas, kā rezultātā tiek uzlabotas skrūvju konstrukcijas un apstrādes stratēģijas.
Procesa optimizācijas un kontroles stratēģijas
Polimēru ekstrūzijas procesa optimizēšanai divos - skrūvju sistēmās ir rūpīgi jāņem vērā vairāki savstarpēji atkarīgi mainīgie. Skrūves ātrums, padeves ātrums, mucas temperatūras profils un skrūvju konfigurācija viss būtiski ietekmē produkta kvalitāti un procesa efektivitāti.
Mūsdienu vadības sistēmas
Iekļaujiet sarežģītu parametru uzraudzību un pielāgošanu reālā - laikā, nodrošinot pastāvīgu produkta kvalitāti pat pakāpes izmaiņu laikā.
Temperatūras kontrole
Kritiskais faktors, kas ietekmē materiāla viskozitāti, kušanas izturēšanos un noārdīšanās kinētiku ar precīzu multi - zonas kontroli.
Parametru līdzsvarošana
Lai sasniegtu optimālus apstrādes apstākļus, nepieciešama rūpīga skrūvju ātruma, padeves ātruma un temperatūras līdzsvarošana.
Konfigurācijas noregulēšana
Modulārie skrūvju dizaini ļauj optimizēt noteiktus materiālus un pielietojumus, izmantojot elementu izkārtojumu.
Lietojumprogrammu sajaukšana un salikšana
Dvīņi - Skrūvju ekstrūderi izceļas ar lietojumprogrammu sajaukšanu un salikšanu, kur to augstākās izplatīšanas un izkliedējošās sajaukšanas iespējas ļauj ražot augstus - kvalitātes savienojumus un maisījumus. Polimēru ekstrūzijas process šajās lietojumprogrammās bieži ietver dažādu piedevu, pildvielu un pastiprinājumu iekļaušanu polimēra matricā.
Dvīņu - skrūvju savstarpējā darbība nodrošina intensīvu sajaukšanu, kas nodrošina vienmērīgu piedevu sadalījumu visā polimēra matricā. Mīcīšanas blokus un citus specializētus sajaukšanas elementus var stratēģiski novietot gar skrūves garumu, lai vajadzības gadījumā nodrošinātu mērķtiecīgu sajaukšanas intensitāti.
Šī modulārā pieeja skrūvju projektēšanai ļauj procesoriem optimizēt konkrētu preparātu sajaukšanu, vienlaikus samazinot nevajadzīgo siltuma termisko un mehānisko spriegumu - jutīgiem materiāliem. Elastība, lai pielāgotu skrūvju konfigurāciju, neaizvietojot veselas skrūves, ir būtiska priekšrocība pētniecības un attīstības lietojumprogrammās.
Ventilācijas un devolatilizācijas spējas
Dvīņu - skrūvju ekstrūderu atšķirīga iezīme polimēru ekstrūzijas procesā ir to augstākā ventilācijas un devolatilizācijas iespējas. Daļēji aizpildītie skrūvju kanāli, kas raksturīgi dvīņiem - skrūves darbība, rada ideālus apstākļus gaistošai noņemšanai.
Ventilācijas portu stratēģiskais izvietojums gar mucu ļauj efektīvi noņemt mitrumu, atlikušos monomērus un citus gaistošos komponentus bez produkta zaudēšanas vai ventilācijas porta plūdiem. Multi - stadijas ventilācijas konfigurācijas nodrošina progresējošu gaistošu noņemšanu, atmosfēras atverēm noņemot lielapjoma gaistošās vielas, kam seko vakuuma atveres izsekošanas komponentu noņemšanai.
Ventilācijas priekšrocības
- Stabili ventilācijas apstākļi apstrādes laikā
- Samazināts ventilācijas portu plūdu risks, salīdzinot ar atsevišķām - skrūvju sistēmām
- Spēja rīkoties ar lielu gaistošām slodzēm
- Progresīva devolatilizācija, izmantojot vairākus - skatuves dizainus
- Papildu ventilācijas ventilācijas līdzekļi novērš materiāla zaudēšanu
Spēja uzturēt stabilus ventilācijas apstākļus apstrādes laikā ir būtiska priekšrocība salīdzinājumā ar atsevišķām - skrūvju sistēmām, kur ventilācijas stabilitāte bieži ierobežo logu apstrādi. Papildu ventilācijas dizainparaugi, kas iekļauj ventilācijas līdzekļus vai sānu padevējus, vēl vairāk uzlabo darbības elastību.
Mērogs - UP apsvērumi un rūpniecības ieviešana
Veiksmīgai mērogam - polimēru ekstrūzijas procesa augšpusē no laboratorijas uz ražošanas skalu ir nepieciešama rūpīga izpratne par mērogošanas attiecībām un to ietekmi uz procesa veiktspēju. Ģeometriskā līdzība, saglabājot līdzīgu uzturēšanās laiku un specifiskas enerģijas ievades, veido visvairāk mēroga pamatus - UP stratēģijas.
Likumu mērogošana
Skrūves diametra un dažādu procesa parametru saistība labi seko - Izveidotiem mērogošanas likumiem:
Caurlaidspēja parasti ir mērogota ar D2.5uz D3, kur d apzīmē skrūvju diametru
Enerģijas patēriņa skalas aptuveni ar D2.5
Specifiskai enerģijas ievadei (enerģijai uz masas vienību) vajadzētu palikt nemainīgai
Uzturēšanās laiks ir jāuztur vai jāpielāgo atbilstoši
Šīs attiecības ļauj prognozēt ražošanu - mēroga veiktspēja, pamatojoties uz pilotu - mēroga izmēģinājumiem, lai arī validācija, izmantojot progresīvu mērogu - Up Rouge, joprojām ir ieteicama kritiskām lietojumprogrammām.
Nesenie tehnoloģiskie sasniegumi
Jaunākie sasniegumi dvīņu - skrūvju ekstrūzijas tehnoloģijā turpina paplašināt apstrādes iespējas un uzlabot polimēru ekstrūzijas procesa efektivitāti:
Augsts - veiktspējas dizains
Augsts - ātrums, augsts - griezes momenta dizains Iespējot apstrādi ar iepriekš nesasniedzamām likmēm, saglabājot produkta kvalitāti.
Materiālie uzlabojumi
Uzlabota metalurģija un virsmas procedūras paplašina aprīkojuma kalpošanas laiku, apstrādājot abrazīvus vai kodīgus materiālus.
Papildu skrūvju dizains
Jaunie sajaukšanas elementi nodrošina pastiprinātu sajaukšanu ar samazinātu īpašu enerģijas patēriņu.
Kvalitātes kontrole un procesa uzraudzība
Lai saglabātu pastāvīgu produktu kvalitāti visā polimēru ekstrūzijas procesā, ir nepieciešama visaptveroša uzraudzības un kontroles sistēmas. Mūsdienu dvīņi - Skrūvju ekstrūderi iekļauj daudzus sensorus, kas mēra temperatūru, spiedienu, griezes momentus un citus kritiskos parametrus.
Tiešsaistes reometri un spektroskopiskās metodes nodrošina reālu - produkta īpašību laika novērtējumu, ļaujot tūlītēju noteikt un labot procesa novirzes. Statistiskās procesa kontroles metodes palīdz noteikt tendences un modeļus, kas varētu norādīt uz problēmu attīstību, pirms tie ietekmē produktu kvalitāti.
Kvalitātes datu integrācija ar procesa parametriem ļauj izstrādāt paredzamos modeļus, kas paredz kvalitātes problēmas, pamatojoties uz procesa apstākļiem. Šī proaktīvā pieeja kvalitātes pārvaldībai samazina atkritumus un uzlabo vispārējo procesa efektivitāti.
Vides un ilgtspējības apsvērumi
Vides ilgtspējība arvien vairāk ietekmē polimēru ekstrūzijas procesa projektēšanu un darbību. Dvīņu - skrūvju ekstrūderi spēlē būtiskas lomas pārstrādes operācijās, kur to augstākās sajaukšanas iespējas ļauj apstrādāt jauktas plastmasas atkritumu plūsmas.
Pārstrādes lietojumprogrammas
Superior sajaukšana ļauj apstrādāt jauktas plastmasas atkritumu plūsmas ar piesārņotāju noņemšanas iespējām.
Energoefektivitāte
Optimizēta dizaina un piedziņas sistēmas samazina enerģijas patēriņu un ietekmi uz vidi.
Bio - balstīti polimēri
Bio - balstītu un bioloģiski noārdāmu polimēru materiālu apstrādes elastība.
Siltuma atgūšana
Sistēmas uztver atkritumu siltumu izmantošanai citur ražošanas iestādēs.
Iespēja noņemt piesārņotājus un gaistošās vielas apstrādes laikā padara dvīņu - skrūvju sistēmas īpaši piemērotas pasta - patērētāju pārstrādes lietojumprogrammām. Bio - bāzes polimēru procesu izstrāde paplašina ilgtspējīgu materiālu opcijas, ar dvīņu - skrūvju ekstrūderi, kas nodrošina apstrādes elastību, kas nepieciešama šiem bieži izaicinošajiem materiāliem.