압출기는 펌프, 용융기, 혼합기가 모두 하나의 회전 어셈블리에 들어 있는 것입니다. 압출 스크류 설계 LD 비율에는 일반 압출 공정과 다른 특정 고려 사항이 포함됩니다. 스크류는 세 가지 기능을 모두 수행하는 구성 요소이며, 그 설계에 따라 기계가 목표 처리량에서 균질한 용융물을 생성하는지 아니면 압력 상승, 녹지 않은 고형물 및 과도한 에너지 소비와 함께 림프되는지 여부가 결정됩니다. 압출 스크류 설계 LD 비율은 가장 자주 논의되는 사양이지만 압축 비율, 채널 깊이 프로파일, 비행 간극 및 혼합 섹션 구성을 포함하는 기하학적 시스템의 한 요소일 뿐입니다. 스크류 설계를 올바르게 한다는 것은 이러한 각 매개변수를 폴리머의 유변학적 및 열적 특성과 일치시키는 것을 의미합니다. 폴리프로필렌에 최적화된 나사는 PET에 비해 성능이 떨어집니다. 높은 처리량을 위해 설계된 스크류는 용융 품질을 저하시킬 수 있습니다. 이 기사에서는 주요 스크류 설계 매개변수(L/D 비율, 압축 비율, 형상 유형)를 검토하고 이러한 매개변수가 상호 작용하여 용융, 혼합 및 출력을 제어하는 방법을 설명합니다. 이러한 나사 설계가 작동하는 프로세스 상황에 대해서는 개요를 참조하십시오. 시트 압출 기술.
L/D 비율: 정의 및 중요한 이유
L/D 비율은 나사의 날개 길이와 공칭 직경의 비율입니다. 플라이트 길이가 3,600mm인 120mm 나사의 L/D는 30:1입니다. 최신 시트 압출 나사의 범위는 일반적으로 28:1~36:1이며, 30:1과 33:1이 가장 일반적인 구성입니다.
L/D가 길수록 폴리머가 녹는 데 더 많은 체류 시간, 배럴 가열을 위한 더 많은 표면적, 혼합 섹션, 배기 또는 배리어 플라이트 통합을 위한 더 많은 길이를 제공합니다. 기계적 균형은 기계적입니다. 나사가 길수록 더 많은 토크가 필요하고, 더 높은 굽힘 모멘트가 발생하며, 더 엄격한 제조 공차가 필요합니다. L/D가 증가하면 높은 스크류 속도에서 스크류 편향 및 배럴 접촉 위험이 증가합니다.
적절한 L/D는 폴리머에 따라 다릅니다. 폴리스티렌 및 폴리카보네이트와 같은 비정질 폴리머는 완전한 가소화를 위해 더 긴 L/D 비율의 이점을 얻습니다. PP 및 PE와 같은 반결정질 폴리머는 28:1~30:1 비율로 효과적으로 가공할 수 있습니다. 처리 범위가 좁은 PET는 일반적으로 30:1~33:1로 처리됩니다. L/D가 길어진다고 해서 본질적으로 출력이 증가하는 것은 아닙니다. 이는 용융 용량을 증가시켜 용융이 불완전해지기 전에 스크류 속도를 높일 수 있습니다.
압축비: 용융의 기하학
압축비는 공급 섹션의 채널 깊이와 계량 섹션의 채널 깊이의 비율입니다. 이송 깊이가 12mm이고 계량 깊이가 4mm인 스크류의 압축비는 3:1입니다. 압축비는 고체층을 압축하고 증가된 전단율을 통해 용융을 가속화하며 다이를 통해 용융물을 펌핑하는 데 필요한 압력을 생성합니다.
이상적인 압축비는 폴리머의 벌크 밀도와 용융 밀도에 따라 달라집니다. 폴리올레핀에는 2.5:1~3.5:1의 적당한 압축비가 필요합니다. 폴리스티렌과 같은 비정질 폴리머는 2:1~3:1이 필요할 수 있습니다. PVC 분말은 4:1의 높은 압축비가 필요할 수 있지만 PVC 시트 압출은 이축 압출기에서 더 일반적으로 수행됩니다.
압축비가 높을수록 용융 필름이 더 얇아지고 전단 속도가 높아져 점성 소산이 증가하고 용융 온도가 높아집니다. 전단에 민감한 재료의 경우, 벌크 용융 온도가 정상으로 보이더라도 배럴 벽에 있는 얇은 필름의 용융 온도가 폴리머의 분해 온도를 초과할 수 있습니다. 이러한 국부적인 과열은 배럴 열전대에는 보이지 않지만 시트에 검은 반점이나 변색 줄무늬로 나타나는 품질 저하된 재료를 생성합니다.
압축 비율은 채널 깊이 프로파일을 통해 구현됩니다. 일반적으로 채널 깊이가 피드 깊이에서 계량 깊이까지 선형적으로 감소하는 일정한 테이퍼 전환입니다. 짧고 갑작스러운 전이(직경 2~3개)는 높은 전단 속도와 빠른 용융을 생성하지만 고체 층 파괴 및 압력 불안정을 유발할 수 있습니다. 더 길고 점진적인 전환(직경 5-8)은 더 완만하게 압축되고 더 안정적인 용융을 제공하지만 더 긴 L/D가 필요합니다.
나사 형상 유형: 배리어, 계량 및 혼합 설계
표준 3영역 스크류(피드, 압축, 계량)는 여전히 범용 시트 압출에 널리 사용됩니다. 이는 적당한 처리량으로 충전되지 않은 폴리올레핀에 적합합니다. 그러나 표준 설계에는 근본적인 한계가 있습니다. 즉, 고체층과 용융 풀이 동일한 채널에 공존하고, 용융이 진행됨에 따라 고체층이 부서져 녹지 않은 입자가 계량 구역으로 유입될 수 있습니다.
배리어 스크류는 고체상과 용융상을 분리하여 이 문제를 해결합니다. 2차 플라이트에서는 두 개의 평행 채널, 즉 용융이 진행됨에 따라 단면적이 감소하는 고체 채널과 증가하는 용융 채널이 생성됩니다. 배리어 플라이트 클리어런스는 고체층을 유지하면서 용융물이 통과하도록 허용합니다. 이러한 분리는 고체 층의 붕괴를 방지하고 완전히 용융된 폴리머만 계량 구역에 도달하도록 보장합니다. 배리어 스크류는 반결정성 폴리머 및 처리량이 많은 응용 분야에 특히 유용합니다.
Maddock 스타일 분산 믹서 및 핀 유형 분산 믹서와 같은 혼합 섹션은 계량 구역 뒤에 통합되어 용융 균질성을 향상시킵니다. 그만큼 스크류 직경 압출 용량 계산은 스크류 크기를 필요한 처리량으로 조정하기 위한 출발점을 제공합니다.
폴리머 유형에 맞는 나사 설계
폴리프로필렌과 폴리에틸렌은 가장 관대한 재료입니다. 압축비가 2.5:1~3.5:1이고 L/D 비율이 28:1~30:1인 표준 3구역 나사는 대부분의 시트 응용 분야에서 허용 가능한 용융 품질을 제공합니다. 배리어 스크류는 용융 균질성을 향상시키고 더 높은 처리량을 허용합니다.
PET에는 2단계 통풍 나사 설계가 필요합니다. 첫 번째 단계에서는 폴리머를 녹이고 가압합니다. 통풍구 부분은 습기와 휘발성 물질이 빠져나가는 것을 허용합니다. 두 번째 단계에서는 용융물을 재가압합니다. PET 나사는 일반적으로 30:1 ~ 33:1의 L/D 비율과 2.5:1 ~ 3:1의 압축비를 사용합니다.
PVC 시트 압출은 거의 독점적으로 이축 압출기의 영역입니다. 단일 스크류와 트윈 스크류 시트 압출기 비교. 충전된 혼합물의 경우 스크류 설계는 내마모성과 혼합에 중점을 둡니다. 그만큼 스크류 배럴 질화 바이메탈 재료 선택은 연마 응용 분야에서 스크류 및 배럴의 사용 수명에 직접적인 영향을 미칩니다.
스크류 설계와 공정 매개변수 간의 상호 작용
동일한 스크류라도 스크류 속도, 배럴 온도 프로파일, 다이 압력에 따라 용융 품질이 달라집니다. 스크류 속도가 증가하면 처리량이 증가하지만 전단 가열도 증가하고 체류 시간이 감소합니다. 스크류의 용해 능력이 미미한 경우 처리량이 이를 초과하고 녹지 않은 고형물이 나타납니다. 배럴 온도 프로파일은 스크류 설계 제한을 보상하기 위해 종종 조정됩니다. 즉, 전단 가열이 불충분할 때 온도가 올라가고, 과도할 때 낮아집니다. 이러한 조정을 통해 라인을 계속 가동할 수 있지만 나사 설계와 재료 간의 근본적인 불일치를 보완할 수 있습니다.
스크류 설계는 용융 품질, 처리량 및 에너지 효율성을 직접적으로 결정하므로 시트 압출 라인 구성에서 가장 중요한 단일 사양입니다. JWELL의 엔지니어링 팀은 각 폴리머 응용 분야에 대한 스크류 설계 단계에서 압축 비율, L/D 및 혼합 섹션 형상을 대상 재료의 특정 유변학 프로파일과 일치시키는 계산 흐름 시뮬레이션을 수행합니다. 고객이 보고한 설계 접근 방식은 일반 스크류 구성에 비해 용융 균질성을 15-20% 향상시킵니다.
FAQ
시트 압출 나사의 가장 일반적인 L/D 비율은 무엇입니까?
폴리올레핀 시트 압출의 경우 30:1이 가장 일반적인 L/D 비율로 용융 용량, 체류 시간 및 기계적 실용성의 균형을 제공합니다. PET 시트 압출은 일반적으로 2단계 통풍 설계를 수용하기 위해 30:1 ~ 33:1을 사용합니다. 36:1 이상의 L/D 비율은 스크류 편향의 기계적 문제와 용융 용량의 감소로 인해 시트 압출에서는 거의 발생하지 않습니다.
압축비는 용융 온도에 어떤 영향을 미치나요?
압축비가 높을수록 용융 필름이 더 얇아지고 전단 속도가 높아져 점성 소산이 증가하고 용융 온도가 높아집니다. 주어진 스크류 속도와 배럴 온도 프로파일에 대해 압축비를 2.5:1에서 3.5:1로 높이면 용융 온도를 섭씨 10~20도 높일 수 있습니다. 이 효과는 전단 가열이 배럴의 전도성 가열보다 우세한 높은 스크류 속도에서 가장 두드러집니다.
배리어 나사와 표준 나사의 차이점은 무엇입니까?
배리어 스크류에는 용융 공정 중에 고체 층을 용융 풀에서 분리하는 보조 날개가 있습니다. 이는 표준 나사에서 흔히 발생하는 문제인 고체층 붕괴를 방지하고 완전히 용융된 폴리머만 계량 영역에 들어가도록 합니다. 배리어 스크류는 용융 품질 요구 사항이 요구되는 반결정성 폴리머 및 처리량이 많은 응용 분야에 특히 유용합니다.
동일한 스크류 디자인을 다른 폴리머에 사용할 수 있습니까?
폴리프로필렌용으로 설계된 나사는 PET에서는 최적의 성능을 발휘하지 못하며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 압축비, L/D, 채널 깊이 프로필 및 혼합 섹션 구성은 모두 폴리머의 용융 거동, 점도 및 열 민감도와 일치해야 합니다. 일부 범용 스크류 설계는 다양한 폴리올레핀을 처리할 수 있지만 성능은 폴리머별 설계에 비해 절충됩니다. 동일한 라인에서 여러 폴리머를 실행하는 작업의 경우 스크류 교체는 제품 범위 전체에서 품질을 유지하는 가장 효과적인 방법입니다.
