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          雙螺桿擠出機機筒組合的原理
          瀏覽次數:904   發布時間:2023-5-15 17:37:42

          雙螺桿擠出機機筒組合的原理

          雙螺桿擠出機的設計提供了優于其他塑料工藝的優勢。它充分的靈活性使工藝工程師能夠配置擠出機以優化工藝,并實現更佳性能。大多數工程師都認識到配置螺紋元件的好處,但其實機筒部分也可以進行移動,為工藝提供更佳布置。

          在以前,單螺桿擠出和注塑成型等工藝通常采用固定的螺桿和機筒配置。流程一旦設計好,基本上就固定下來了,任何更改都需要切割金屬,從而導致更高的潛在成本。例如,為單螺桿擠出機添加排氣孔需要修改機筒并制造新的螺桿,這些行動中的每一個都可能非常昂貴。

          相比之下,雙螺桿擠出機是完全可配置的。它可以看作是一系列單元模塊操作,可以根據需要進行優化。 分段機筒和螺桿提供了其他聚合物工藝所沒有的靈活性,機筒部分與相應螺桿元件的正確排序可以實現廣泛的工藝專業化。

          將雙螺桿擠出機視為一系列的單元操作,工藝工程師有機會解決:

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          固體輸送問題;

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          聚合物熔化問題;

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          添加劑與熔體的混合問題;

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          液體喂料問題;

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          添加劑側喂料問題;

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          排氣(大氣和真空)問題;

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          水循環問題;

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          熱量傳導問題;

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          在反應擠出情況下的化學反應問題。

          在這里,我們將討論機筒的配置以及每種機筒如何用于各類操作。在后面的文章中,我們還將研究螺桿配置和每種元件類型對上面列出的各種單元操作的有效性,鏈塑網將為大家持續關注。

          機筒配置

          我們大多數人都不熱衷于經常重新配置擠出機機筒。然而,機筒某些功能的放置位置會對雙螺桿擠出機的性能和混煉操作的有效性產生深遠的影響。幸運的是,雙螺桿擠出機提供了許多具有成本效益的選擇。大多數制造商提供分段式雙螺桿機筒,這些機筒由四個、五個或六個直徑長的單獨部分組成。每個機筒部分都可以獨立加熱和冷卻,以提供精確的機筒溫度控制。

          從僅由電機、齒輪箱和機架組成的裸機開始,我們就可以根據所制造的化合物,分析出需要構建的擠出機工藝部分。對于小型實驗室和中試生產線,工程師可以根據需要經常重新排列機筒部分,以優化開發過程中的流程。顯然,對于大型雙螺桿擠出機來說,頻繁更換是不可取的,因為對大而重的機筒周圍頻繁移動是不切實際的。同樣,在大型生產線上很少更換螺桿,而實驗室機器的螺桿配置可能每天都在更換。

          機筒布局可根據混煉要求進行工藝優化。通常,布局一旦選定就不會更改 。工藝工程師應牢記,改變機筒布局是可能的,如果所需的機筒單元不符合首選工藝順序,則可以考慮更改。但是,盡管這是可能的,重新排列機筒仍然并不常見。

          開口機筒段

          一些機筒部分的設計提供了雙螺桿擠出機獨有的可配置性。當我們將每個機筒與適當的螺桿配置配對時,我們將對這些機筒類型中的每一種進行一般性和更深入的研究,以用于特定于擠出機該部分的單元操作。

          每個機筒部分都有一個8字形通道,螺桿軸穿過該通道。而開口的機筒是具有對外的孔道以允許進料或排放揮發性物質的。這些開口機筒設計可用于進料和排氣,并且可以放置在整個機筒組合的任何位置。

          進 料

          顯然,必須將材料喂入擠出機才能開始混煉。進料筒就是一個開口筒,設計在機筒的頂部存在一個開口,材料通過該開口被喂入。

          進料筒更常見的位置是在筒1位置,即工藝部分的第一個機筒。粒料和自由流動的顆粒會用喂料器計量,使它們通過進料筒直接落入擠出機,到達螺桿。

          堆積密度低的粉末通常會帶來挑戰,因為空氣通常會夾帶落下的粉末。這些逸出的空氣阻擋了輕粉末的流動,降低了粉末以所需速率進給的能力。

          喂粉料的一種選擇就是在擠出機的前兩個機筒位置設置兩個開放的機筒。在此設置中,粉末被送入機筒2,使夾帶的空氣從機筒1中排出。這種配置稱為后排氣裝置。后部通風口為空氣提供了一條通道,可以在不阻塞進料槽的情況下排出擠出機。隨著空氣的去除,粉末可以更有效的被喂入。

          一旦聚合物和添加劑被送入擠出機,這些固體就會被輸送到熔化區,在那里聚合物被熔化并與添加劑混合。添加劑也可以使用側面進料器在熔化區的下游進料。

          用于此操作的機筒被稱為側進料機筒。它除了有用于擠出機螺桿的“8”字孔之外,機筒側面的第二個“8”字開口則允許側喂料器直接連接擠出機,以便將添加劑填充到熔融聚合物中。標準開口筒通常位于側進料器的上游,作為通風口,允許夾帶的空氣逸出。

          一種更緊湊的、帶有開放式排氣孔的側進料筒被稱為后排氣式組合筒。它既有一個“8”字孔來匹配雙螺桿喂料器,也有一個小的通風口,位于機筒的頂部,朝向機筒的上游端,以便空氣逸出。

           

          這種組合機筒具有向后的大氣開口和側進料口,并在主工藝通道和耐磨側進料口提供可更換的高耐磨 CPM-10V 粉末冶金鋼襯里??梢赃x擇是否提供內部水冷卻通道。

          排 氣

          開口筒段也可用于排氣;混合過程中產生的揮發性蒸汽必須在聚合物通過模頭之前排出。

          真空口更明顯的位置是朝向擠出機的末端。該排氣口通常與真空泵相連,以確保聚合物熔體中夾帶的所有揮發物都在通過模頭之前被去除。殘留在熔體中的蒸汽或氣體會導致顆粒質量變差,包括起泡和堆積密度降低,這可能會影響顆粒的包裝效果。

          對于至少有10個機筒段 (L/D≥40) 的擠出機,我的偏好是將排氣口放置在模頭上游的兩個機筒段上。很多時候,如果擠出機機頭壓力升得太高,熔融聚合物可能會回流到排氣孔中。在復合運行期間,壓力可能會發生變化,尤其是在篩網緊密的情況下。如果聚合物熔體的粘度低,聚合物會回流并從排氣口流出。在擠出之前將排氣孔定位在前兩個筒段基本上消除了這種可能性,從而使操作更加穩定。

          如果存在高水平的揮發物,或注入稀釋劑以去除不需要的揮發物,如果產生大量液體/蒸汽副產物,則可以沿擠出機的延長方向添加額外的排氣口,包括大氣排氣口和真空排氣口作為反應的結果。

          封閉機筒段

          更常見的機筒截面設計當然是封閉式機筒。該機筒部分將聚合物熔體完全包裹在擠出機的所有四個側面上,只有一個允許螺桿中心穿過的8字形開口。

           

          顯示加熱(紅色)和冷卻的封閉筒體部分。

          一旦聚合物和任何其他添加劑已經完全進料到擠出機中,材料就會通過輸送段,聚合物被熔化,所有的添加劑和聚合物被混合。封閉式機筒會為擠出機的所有側面提供溫度控制,而開放式機筒的加熱器和冷卻通道較少。

          組裝擠出機機筒

          通常,擠出機將由制造商組裝,其機筒布局與所需的工藝配置相匹配。在大多數混煉系統中,擠出機在會料筒1中有一個開口進料筒。此進料段之后是幾個封閉料筒,用于輸送固體、熔化聚合物以及將熔化的聚合物和添加劑混合在一起。

          組合筒可以位于筒4或5以允許側面進料添加劑,然后是幾個封閉的機筒以繼續混合。真空排氣口位于擠出機末端附近,緊隨其后的是模頭前最后一個封閉的機筒。中可以看到組裝機筒的示例。

           

          雙螺桿混煉擠出機的裝配工藝部分。

          擠出機的長度通常表示為長度與螺桿直徑之比 (L/D)。通過這種方式,工藝段的放大會變得更加容易,因為L/D為40:1的小型擠出機可以放大為直徑更大、L/D長度也為40:1的擠出機。

          在接下來的幾個月里,我們將繼續探索前面討論的每個單元操作,同時考慮雙螺桿擠出機用于復合和反應擠出的配置科學和藝術。

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