اکسترودرهای دو پیچ یک دسته واحد نیستند. جهت چرخش پیچ - چرخش همزمان یا معکوس - دو ماشین اساساً متفاوت با مکانیسمهای اختلاط متمایز، الگوهای جریان و حوزههای کاربردی ایجاد میکند. تصمیم پیچ دوقلو چرخشی در مقابل ضد چرخش به اندازه انتخاب بین سکوهای تک پیچ و دو پیچ اهمیت دارد. ماشین دوار مشخص شده برای ورق پی وی سی سفت و سخت باعث تخریب غیرقابل قبول می شود. یک ماشین ضد چرخش مشخص شده برای کاربردهای فشرده ترکیبی، اختلاط پراکنده ناکافی را ارائه می دهد. جهت چرخش رفتار جریان بین پیچ، مشخصات برشی، توزیع زمان ماند و در نهایت محدوده موادی که اکسترودر می تواند به طور موثر پردازش کند را تعیین می کند. این مقاله دو پیکربندی را در ابعاد کلیدی عملکرد مقایسه میکند و برنامههایی را که هر کدام برتری دارند، شناسایی میکند. برای درک اساسی از فناوری اکستروژن که زیربنای هر دو پیکربندی است، به راهنمای مربوط به تکنولوژی اکستروژن ورق.
تفاوت مکانیسم های چرخشی و ضد چرخش
در یک اکسترودر دو مارپیچ هم چرخش، هر دو پیچ در یک جهت می چرخند. ناحیه در هم تنیده - جایی که پرواز یک پیچ وارد کانال دیگری می شود - یک منطقه با برش بالا ایجاد می کند که در آن مواد کشیده می شود، تا می شود و بین دو پیچ منتقل می شود. الگوی جریان در ناحیه بهم پیوسته با حرکت شکل هشت مشخص می شود: مواد از یک کانال پیچ به داخل شکاف بین پیچ کشیده می شوند، در معرض برش و کشیدگی شدید قرار می گیرند و در کانال پیچ مقابل رسوب می کنند. این انتقال مداوم بین پیچها، اختلاط توزیعی (توزیع مجدد فضایی اجزا) و اختلاط پراکنده (تجزیه آگلومرهها و قطرات) را فراهم میکند که اکسترودرهای دوار مشترک را به استانداردی برای کاربردهای ترکیبی تبدیل میکند.
در یک اکسترودر دو مارپیچ ضد چرخش، پیچ ها در جهت مخالف می چرخند. در ناحیه درهم تنیده، پروازهای یک پیچ در همان جهت کانال پیچ مقابل حرکت می کنند و یک عمل پمپاژ جابجایی مثبت ایجاد می کنند. مواد در محفظه های C شکل به دام می افتند که بدون انتقال شدید بین پیچی که مشخصه ماشین های هم چرخش است به جلو منتقل می شوند. نرخ برش کمتر است، و جریان بیشتر پلاگین است، با توزیع زمان اقامت باریک تر.
مکانیسم فیزیکی جریان بین پیچ اساساً بین دو حالت متفاوت است. در ماشینهای دوار همزمان، شکاف بین پیچ یک گوه باز است که در آن مواد شتاب میگیرند و کشیده میشوند - جریان کششی بهویژه در شکستن آگلومرههای ذرات مؤثر است. در ماشینهای ضد چرخش، شکاف بین پیچ یک گیره قلابزنی است که در آن دو پیچ به یکدیگر نزدیک میشوند و مواد را فشرده میکنند. فشرده سازی یک پیک فشار ایجاد می کند که به متراکم شدن مواد و خروج هوای محبوس شده کمک می کند، اما شدت برش کمتر است. برای اکستروژن ورق، طرح های درهم تنیده استانداردی برای هر دو پیکربندی هستند که عمل خود پاک شوندگی را ارائه می دهند که از رکود مواد جلوگیری می کند.
مکانیسم های اختلاط: توزیعی در مقابل پراکنده
درک کردن طراحی پیچ و نسبت L/D به روشن شدن اینکه چرا ماشینهای دوار و ضد چرخش نتایج اختلاط متفاوتی ایجاد میکنند کمک میکند.
کیفیت اختلاط یک اکسترودر دو مارپیچ به هر دو مکانیسم توزیعی و پراکندگی بستگی دارد و جهت چرخش تعادل بین آنها را تعیین می کند.
اکسترودرهای دوار همزمان در اختلاط پراکنده برتری دارند. نرخ برش بالا در ناحیه بین پیچ، همراه با جزء جریان کششی، تنش های مورد نیاز برای شکستن آگلومراهای پرکننده، ذرات رنگدانه و حوزه های ژل را ایجاد می کند. بلوکهای ورز دادن - عناصر پیچی تخصصی با دیسکهای افست که مناطق با برش بالا ایجاد میکنند - یک ویژگی استاندارد پیکربندیهای پیچ دوار هستند. شدت اختلاط را می توان با چیدن بلوک های ورز دهنده در موقعیت های خاص در امتداد پیچ تنظیم کرد.
اکسترودرهای ضد چرخش عمدتاً اختلاط توزیعی را ارائه می دهند. مکانیسم انتقال جابجایی مثبت نرخ برش را در ناحیه بین پیچی محدود میکند و باعث میشود دستگاه در شکستن تودهها کمتر موثر باشد اما در حفظ توزیع زمان ماند باریک مؤثرتر است. محفظههای C شکل، زمان ماندگاری قابل پیشبینی را برای هر عنصر حجمی از مواد فراهم میکنند که برای پلیمرهای حساس به حرارت ضروری است.
اکسترودرهای دوار با بارهای پرکننده بالا - کربنات کلسیم با 60 درصد یا بالاتر، تالک، الیاف شیشه، کربن سیاه - با کیفیت پراکندگی ثابت مدیریت میکنند. اکسترودرهای ضد چرخش برای بارهای پرکننده زیاد مناسب نیستند زیرا اختلاط پراکنده برای شکستن آگلومراها کافی نیست، اما آنها برای فرمولاسیون هایی که همگنی حرارتی و پردازش ملایم در اولویت هستند ایده آل هستند.
پروفیل برشی و مدیریت حرارتی
پروفیل برشی - توزیع نرخ برش در کانال پیچ و در طول پیچ - تعیین می کند که چه مقدار انرژی مکانیکی به گرما تبدیل می شود.
اکسترودرهای دوار همزمان نرخ برشی بالاتری را در ناحیه بین پیچ و نواحی بلوک خمیری ایجاد میکنند. نرخ برش در شکاف بین پیچ می تواند یک مرتبه بزرگتر از میانگین باشد. این گرمایش برشی موضعی باید از طریق خنک سازی بشکه ای مدیریت شود. اکسترودرهای دوار همزمان معمولاً به بخشهای بشکهای با آب خنک مجهز میشوند تا گرما را از مناطق با برش بالا استخراج کنند.
اکسترودرهای ضد چرخش پروفیل برشی کمتر و یکنواخت تری ایجاد می کنند. انتقال جابجایی مثبت گردش مجدد و برش داخلی را به حداقل می رساند. این امر باعث میشود که ماشینهای ضد چرخش ذاتاً برای مواد حساس به حرارت مانند PVC مناسبتر باشند، که در دمایی که تنها 20 تا 30 درجه سانتیگراد بالاتر از دمای فرآوری آن است، شروع به تخریب میکند. یک ماشین دوار که PVC سفت و سخت را پردازش می کند، نقاط داغ محلی ایجاد می کند و باعث تخریب می شود.
پروفیل برشی نیز بر رابطه بین سرعت پیچ و دمای مذاب تاثیر می گذارد. در اکسترودرهای دوار همزمان، دمای مذاب با سرعت پیچ به طور قابل توجهی افزایش می یابد. در اکسترودرهای ضد چرخش، افزایش تدریجی تر است. حداکثر توان اکسترودر دوار ممکن است توسط سقف دمای مذاب محدود شود، در حالی که توان اکسترودر ضد چرخش به احتمال زیاد توسط ظرفیت انتقال حجمی محفظه های C شکل محدود می شود.
تناسب مواد بر اساس جهت چرخش
اکسترودرهای دو مارپیچ ضد چرخش انتخاب غالب برای اکستروژن ورق پی وی سی صلب و انعطاف پذیر هستند. ذوب کم برش، انتقال مثبت و توزیع زمان ماند باریک برای پردازش PVC بدون تخریب ضروری است. طراحی ضد چرخش همچنین نسبت تراکم بالای مورد نیاز برای تغذیه پودر PVC را کنترل می کند.
اکسترودرهای دو مارپیچ هم چرخان استاندارد برای کاربردهای ورق فشرده ترکیبی هستند. طراحی بشکه مدولار اجازه می دهد تا دریچه های گاز زدایی را در موقعیت های مختلف در امتداد بشکه قرار دهند و رطوبت، مونومرهای باقیمانده و محصولات فرّار را از جریان مذاب حذف کنند. ورق PP پر شده با کربنات کلسیم یا تالک 40 تا 60 درصد، ورق مستربچ و ورق مانع چند لایه همگی کاربردهایی هستند که در آن اکسترودرهای دوار با هم کیفیت اختلاط را فراهم می کنند که به خواص مکانیکی ثابت و ظاهر سطحی تبدیل می شود.
ورق کامپوزیت چوب پلاستیک (WPC) حد وسط را اشغال می کند. فرمولهای WPC با محتوای چوب بالا (بیش از 50 درصد) اغلب بر روی اکسترودرهای دو پیچ مخروطی با چرخش مخالف پردازش میشوند، در حالی که فرمولهای با آرد چوب ریزتر و محتوای پرکننده کمتر ممکن است در ماشینهای دوار همزمان پردازش شوند. طرح های مخروطی ضد چرخش، که در آن قطر پیچ از انتهای تغذیه تا انتهای تخلیه کاهش می یابد، به طور گسترده برای ورق PVC و WPC استفاده می شود.
هزینه و تفاوت های عملیاتی
تفاوت قیمت و پیکربندی بین این دو نوع در این مقاله بررسی شده است راهنمای قیمت دستگاه اکستروژن ورق ، که چگونگی تأثیر پیکربندی پیچ بر هزینه کل دستگاه را پوشش می دهد. ظرفیت گشتاور بالاتر، خنکسازی پیچیدهتر بشکه، و هزینه قطعات پیچی تقسیمبندی شده - بهویژه بلوکهای ورز دهنده - به تفاوت قیمت کمک میکنند. اکسترودرهای ضد چرخش، به ویژه طرح های مخروطی، دارای مزیت هزینه ای برای کاربردهای PVC و WPC هستند: گیربکس ساده تر است، و عناصر پیچ پیچی کمتری دارند. معاوضه این است که پیچ های ضد چرخش به اندازه ماژولار نیستند و انعطاف پذیری برای پیکربندی مجدد برای فرمول های مختلف را محدود می کند. هزینه های تعمیر و نگهداری متفاوت است: اکسترودرهای دوار که ترکیبات ساینده را پردازش می کنند، سایش پیچ و بشکه قابل توجهی را تجربه می کنند، در حالی که اکسترودرهای ضد چرخش خوردگی صورت PVC را از تکامل HCl پردازش می کنند.
انتخاب بین پیکربندیهای پیچ دوقلو همدوران و ضد چرخش پیامدهای مهمی برای کیفیت اختلاط، توزیع زمان اقامت و انواع مواد قابل پردازش دارد. پلتفرمهای اکستروژن ورق پیچ دوقلو JWELL شامل پیکربندیهای چرخشی و چرخشی متقابل، با طرحهای درهم تنیده دوار برای کاربردهای فشرده مانند PP پر شده و ورق مستربچ، و طرحهای مخروطی ضد چرخش برای محصولات حساس به حرارت PVC و ورق WPC است.
سوالات متداول
مزیت اصلی اکسترودرهای دو مارپیچ هم چرخان چیست؟
مزیت اصلی اکسترودرهای دو مارپیچ دوار، قابلیت اختلاط پراکنده و توزیعی برتر آنهاست. ناحیه بین پیچی جریان برشی و کششی بالا ایجاد می کند که توده های پرکننده را تجزیه می کند، رنگدانه ها را پراکنده می کند و فرمول های چند جزئی را همگن می کند. این باعث میشود که ماشینهای دوار همزمان برای کاربردهای فشرده ترکیبی، از جمله ترکیبات بسیار پر شده، مستربچ و اکستروژن واکنشی، انتخاب ارجح باشند.
چرا اکسترودرهای ضد چرخش برای PVC ترجیح داده می شوند؟
اکسترودرهای ضد چرخش جابجایی مثبت را با نرخ برش کمتر و توزیع زمان اقامت باریکتر ارائه می دهند. پی وی سی از نظر حرارتی حساس است - در دماهایی که فقط کمی بالاتر از محدوده پردازش آن است، تجزیه می شود. محیط کم برش نقاط داغ موضعی را به حداقل میرساند و انتقال مثبت زمان ماندگاری قابل پیشبینی را تضمین میکند و از رکودی که منجر به تخریب در ماشینهای دوار میشود جلوگیری میکند.
آیا یک اکسترودر دوار می تواند ورق PVC را پردازش کند؟
اکسترودرهای دوار همزمان می توانند فرمولاسیون PVC انعطاف پذیر را با بسته های تثبیت کننده که مقداری حفاظت حرارتی را فراهم می کنند پردازش کنند، اما برای ورق پی وی سی سفت و سخت توصیه نمی شوند. نرخ برش بالا در نواحی بین پیچ و بلوک خمیری، دمای محلی ایجاد میکند که از آستانه تخریب PVC فراتر میرود و باعث تغییر رنگ و تکامل HCl میشود. دستگاه های ضد چرخش استاندارد اکستروژن ورق پی وی سی سخت هستند.
تفاوت بین اکسترودرهای دو مارپیچ موازی و مخروطی چیست؟
اکسترودرهای دو مارپیچ موازی دارای پیچ هایی با قطر ثابت در طول طول خود هستند. اکسترودرهای دو مارپیچ مخروطی دارای پیچ هایی هستند که از قطر بزرگتر در انتهای تغذیه به قطر کوچکتر در انتهای تخلیه مخروطی می شوند. طراحی مخروطی به طور معمول ضد چرخش است و مزایایی را برای پردازش پودرهای با چگالی کم مانند ترکیب خشک PVC فراهم می کند: حجم خوراک بزرگتر پودر حجیم را در خود جای می دهد و فشرده سازی طبیعی به ذوب شدن و تولید فشار کمک می کند. اکسترودرهای مخروطی به طور گسترده برای تولید ورق PVC و WPC استفاده می شود.
