เครื่องอัดรีดประกอบด้วยปั๊ม เครื่องหลอม และเครื่องผสม ทั้งหมดนี้รวมอยู่ในชุดที่หมุนได้ชุดเดียว การออกแบบสกรูอัดขึ้นรูปอัตราส่วน LD เกี่ยวข้องกับการพิจารณาเฉพาะที่แตกต่างจากกระบวนการอัดรีดทั่วไป สกรูเป็นส่วนประกอบที่ทำหน้าที่ทั้งสามฟังก์ชัน และการออกแบบของสกรูจะกำหนดว่าเครื่องจักรจะผลิตวัสดุหลอมเหลวที่เป็นเนื้อเดียวกันที่ปริมาณงานเป้าหมายหรือแบบเดินกะโผลกกะเผลกพร้อมกับแรงดันที่เพิ่มขึ้น ของแข็งที่ยังไม่ละลาย และการใช้พลังงานที่มากเกินไป อัตราส่วน LD ของการออกแบบสกรูอัดขึ้นรูปเป็นข้อกำหนดที่มีการกล่าวถึงบ่อยที่สุด แต่เป็นเพียงองค์ประกอบเดียวของระบบเรขาคณิตที่รวมถึงอัตราส่วนการอัด โปรไฟล์ความลึกของช่อง ระยะห่างจากการบิน และการกำหนดค่าส่วนการผสม การออกแบบสกรูอย่างเหมาะสมหมายถึงการจับคู่พารามิเตอร์แต่ละตัวเหล่านี้กับคุณลักษณะทางรีโอโลยีและความร้อนของโพลีเมอร์ สกรูที่ปรับให้เหมาะกับโพลีโพรพีลีนจะมีประสิทธิภาพต่ำกว่า PET สกรูที่ออกแบบมาเพื่อปริมาณงานสูงอาจทำให้คุณภาพการหลอมละลายลดลง บทความนี้จะตรวจสอบพารามิเตอร์การออกแบบสกรูตัวหลัก ได้แก่ อัตราส่วน L/D อัตราส่วนการอัด และประเภทรูปทรง และอธิบายว่าพารามิเตอร์เหล่านี้มีปฏิกิริยาอย่างไรในการควบคุมการหลอมเหลว การผสม และเอาท์พุต สำหรับบริบทของกระบวนการที่การออกแบบสกรูเหล่านี้ทำงาน โปรดดูภาพรวมของ เทคโนโลยีการอัดขึ้นรูปแผ่น.
อัตราส่วน L/D: คืออะไรและเหตุใดจึงสำคัญ
อัตราส่วน L/D คืออัตราส่วนระหว่างความยาวของสกรูที่หลุดออกกับเส้นผ่านศูนย์กลางที่ระบุ สกรูขนาด 120 มม. ที่มีความยาวปีก 3,600 มม. มี L/D อยู่ที่ 30:1 สกรูอัดรีดแผ่นสมัยใหม่มักมีตั้งแต่ 28:1 ถึง 36:1 โดยที่ 30:1 และ 33:1 เป็นรูปแบบที่ใช้บ่อยที่สุด
L/D ที่นานขึ้นจะให้เวลาการคงตัวมากขึ้นสำหรับโพลีเมอร์ในการหลอมเหลว พื้นที่ผิวมากขึ้นสำหรับการทำความร้อนจากถัง และความยาวมากขึ้นสำหรับการรวมส่วนผสม การระบายอากาศ หรือชั้นกั้น ข้อเสียเปรียบคือกลไก: สกรูที่ยาวขึ้นต้องใช้แรงบิดมากขึ้น สร้างโมเมนต์การโก่งตัวที่สูงขึ้น และต้องการพิกัดความเผื่อในการผลิตที่เข้มงวดมากขึ้น เมื่อ L/D เพิ่มขึ้น ความเสี่ยงของการโก่งตัวของสกรูและการสัมผัสกับกระบอกจะเพิ่มขึ้นที่ความเร็วของสกรูสูง
L/D ที่เหมาะสมจะขึ้นอยู่กับโพลีเมอร์ โพลีเมอร์อสัณฐาน เช่น โพลีสไตรีนและโพลีคาร์บอเนตได้รับประโยชน์จากอัตราส่วน L/D ที่ยาวขึ้นเพื่อการขึ้นรูปพลาสติกที่สมบูรณ์ โพลีเมอร์กึ่งผลึก เช่น PP และ PE สามารถแปรรูปได้อย่างมีประสิทธิภาพที่ 28:1 ถึง 30:1 PET ซึ่งมีหน้าต่างการประมวลผลที่แคบ โดยทั่วไปจะได้รับการประมวลผลที่ 30:1 ถึง 33:1 L/D ที่ยาวขึ้นไม่ได้เพิ่มเอาท์พุตโดยธรรมชาติ มันเพิ่มความสามารถในการหลอมทำให้ความเร็วของสกรูสูงขึ้นก่อนที่การหลอมจะไม่สมบูรณ์
อัตรากำลังอัด: เรขาคณิตของการหลอมละลาย
อัตราการบีบอัดคืออัตราส่วนของความลึกของช่องในส่วนป้อนต่อความลึกของช่องในส่วนการวัดแสง สกรูที่มีความลึกในการป้อน 12 มม. และความลึกของการสูบจ่าย 4 มม. มีอัตราส่วนการอัดที่ 3:1 อัตราส่วนการอัดจะบีบอัดเบดแข็ง เร่งการหลอมด้วยอัตราเฉือนที่เพิ่มขึ้น และสร้างแรงดันที่จำเป็นในการสูบของเหลวที่หลอมผ่านแม่พิมพ์
อัตราส่วนการอัดที่เหมาะสมจะขึ้นอยู่กับความหนาแน่นรวมของโพลีเมอร์เทียบกับความหนาแน่นของหลอมละลาย โพลีโอเลฟินส์ต้องการอัตราส่วนกำลังอัดเล็กน้อยที่ 2.5:1 ถึง 3.5:1 โพลีเมอร์อสัณฐาน เช่น โพลีสไตรีน อาจต้องการ 2:1 ถึง 3:1 ผงพีวีซีอาจต้องใช้อัตราส่วนการอัดสูงถึง 4:1 แม้ว่าการอัดรีดแผ่น PVC มักใช้กับเครื่องอัดรีดแบบสกรูคู่ก็ตาม
อัตราการบีบอัดที่สูงขึ้นจะทำให้ฟิล์มหลอมเหลวบางลงและมีอัตราเฉือนที่สูงขึ้น ซึ่งจะเพิ่มการกระจายตัวของความหนืดและทำให้อุณหภูมิหลอมเหลวสูงขึ้น สำหรับวัสดุที่ไวต่อแรงเฉือน อุณหภูมิหลอมละลายในฟิล์มบางที่ผนังถังอาจเกินอุณหภูมิการย่อยสลายของโพลีเมอร์ แม้ว่าอุณหภูมิหลอมละลายจำนวนมากจะปรากฏเป็นปกติก็ตาม ความร้อนสูงเกินไปเฉพาะที่นี้มองไม่เห็นด้วยเทอร์โมคัปเปิลแบบบาร์เรล แต่ทำให้เกิดวัสดุที่เสื่อมสภาพซึ่งปรากฏเป็นจุดสีดำหรือเส้นสีเปลี่ยนไปในแผ่น
อัตราการบีบอัดจะดำเนินการผ่านโปรไฟล์ความลึกของช่อง โดยทั่วไปจะเป็นการเปลี่ยนแปลงแบบเรียวคงที่ โดยที่ความลึกของช่องจะลดลงเป็นเส้นตรงจากความลึกของฟีดไปจนถึงความลึกของการสูบจ่าย การเปลี่ยนผ่านอย่างกะทันหันในระยะสั้น (เส้นผ่านศูนย์กลาง 2-3 เส้น) ทำให้เกิดอัตราการเฉือนที่สูงและการหลอมเหลวอย่างรวดเร็ว แต่อาจทำให้เบดแข็งแตกตัวและความไม่เสถียรของแรงดันได้ การเปลี่ยนผ่านแบบค่อยเป็นค่อยไปนานขึ้น (เส้นผ่านศูนย์กลาง 5-8) ให้แรงอัดที่เบากว่าและการหลอมเหลวที่เสถียรยิ่งขึ้น แต่ต้องใช้ L/D ที่นานกว่า
ประเภทรูปทรงของสกรู: การออกแบบแผงกั้น การวัดแสง และการผสม
สกรูสามโซนมาตรฐาน ได้แก่ การป้อน การบีบอัด และการสูบจ่าย ยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการอัดขึ้นรูปแผ่นทั่วไป ซึ่งเพียงพอสำหรับโพลีโอเลฟินส์ที่ไม่ได้บรรจุในปริมาณปานกลาง อย่างไรก็ตาม การออกแบบมาตรฐานมีข้อจำกัดพื้นฐาน: Solid Bed และ Melt Pool อยู่ร่วมกันในช่องเดียวกัน และในขณะที่การหลอมละลายดำเนินไป Solid Bed อาจแตกตัวออก ส่งผลให้อนุภาคที่ยังไม่ละลายเข้าสู่โซนสูบจ่าย
สกรูกั้นแก้ปัญหานี้โดยการแยกเฟสของแข็งและเฟสละลาย การบินขั้นที่สองจะสร้างช่องขนานสองช่อง ได้แก่ ช่องของแข็งที่หน้าตัดลดลงเมื่อการหลอมละลายดำเนินไป และช่องการหลอมที่เพิ่มขึ้น การกวาดล้างของสิ่งกีดขวางช่วยให้ของเหลวที่ละลายไหลผ่านได้ในขณะที่ยังคงรักษาเตียงแข็งเอาไว้ การแยกนี้ป้องกันการแยกตัวของฐานแข็งและทำให้แน่ใจว่าเฉพาะโพลีเมอร์ที่หลอมละลายทั้งหมดเท่านั้นที่จะไปถึงโซนสูบจ่าย สกรูกั้นมีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับโพลีเมอร์กึ่งผลึกและการใช้งานที่มีปริมาณงานสูง
ส่วนการผสม เช่น เครื่องผสมแบบกระจายตัวแบบ Maddock และเครื่องผสมแบบกระจายแบบพิน จะถูกรวมไว้หลังโซนสูบจ่ายเพื่อปรับปรุงความเป็นเนื้อเดียวกันของการหลอม ที่ การคำนวณ ความสามารถในการอัดขึ้นรูปเส้นผ่านศูนย์กลางของสกรู เป็นจุดเริ่มต้นในการปรับขนาดสกรูตามปริมาณงานที่ต้องการ
การจับคู่การออกแบบสกรูกับประเภทโพลีเมอร์
โพรพิลีนและโพลีเอทิลีนเป็นวัสดุที่ให้อภัยได้มากที่สุด สกรูสามโซนมาตรฐานที่มีอัตราส่วนการอัด 2.5:1 ถึง 3.5:1 และอัตราส่วน L/D 28:1 ถึง 30:1 ให้คุณภาพการหลอมที่ยอมรับได้สำหรับการใช้งานแผ่นโลหะส่วนใหญ่ สกรูกั้นช่วยเพิ่มความเป็นเนื้อเดียวกันของการหลอมและให้ปริมาณงานสูงขึ้น
PET ต้องใช้การออกแบบสกรูระบายอากาศแบบสองขั้นตอน ขั้นตอนแรกจะละลายและเพิ่มแรงดันให้กับโพลีเมอร์ ส่วนช่องระบายอากาศช่วยให้ความชื้นและสารระเหยระเหยออกไปได้ ขั้นตอนที่สองจะอัดแรงดันการหลอมละลายอีกครั้ง โดยทั่วไปสกรู PET จะใช้อัตราส่วน L/D 30:1 ถึง 33:1 โดยมีอัตราส่วนแรงอัด 2.5:1 ถึง 3:1
การอัดรีดแผ่น PVC เกือบจะเฉพาะขอบเขตของเครื่องอัดรีดแบบสกรูคู่ ดังที่กล่าวไว้ใน เครื่องอัดรีดแผ่นสกรูเดี่ยวกับคู่ การเปรียบเทียบ สำหรับสารประกอบเติม การออกแบบสกรูเน้นที่ความต้านทานการสึกหรอและการผสม ที่ การเลือกวัสดุ ไนไตรด์ไบเมทัลลิกแบบกระบอกสกรู ส่งผลโดยตรงต่ออายุการใช้งานของสกรูและกระบอกในการใช้งานที่มีฤทธิ์กัดกร่อน
ปฏิสัมพันธ์ระหว่างการออกแบบสกรูและพารามิเตอร์กระบวนการ
สกรูตัวเดียวกันสร้างคุณภาพการหลอมที่แตกต่างกันที่ความเร็วของสกรู โปรไฟล์อุณหภูมิกระบอกปืน และแรงดันแม่พิมพ์ที่แตกต่างกัน การเพิ่มความเร็วของสกรูจะเพิ่มปริมาณงาน แต่ยังทำให้เกิดความร้อนจากแรงเฉือนและลดระยะเวลาการตกค้าง หากความสามารถในการหลอมของสกรูมีน้อย ปริมาณงานที่สูงขึ้นจะเกินกว่านั้น และของแข็งที่ยังไม่ละลายจะปรากฏขึ้น โปรไฟล์อุณหภูมิลำกล้องมักจะถูกปรับเพื่อชดเชยข้อจำกัดในการออกแบบสกรู—เพิ่มขึ้นเมื่อการให้ความร้อนด้วยแรงเฉือนไม่เพียงพอ และลดลงเมื่อมีมากเกินไป แม้ว่าการปรับเปลี่ยนเหล่านี้จะทำให้สายการผลิตดำเนินต่อไปได้ แต่จะชดเชยความไม่ตรงกันขั้นพื้นฐานระหว่างการออกแบบสกรูและวัสดุ
การออกแบบสกรูจะกำหนดคุณภาพการหลอม ปริมาณงาน และประสิทธิภาพการใช้พลังงานโดยตรง ทำให้เป็นข้อกำหนดที่สำคัญที่สุดประการเดียวในการกำหนดค่าสายการอัดรีดแผ่น ทีมวิศวกรของ JWELL ทำการจำลองการไหลด้วยคอมพิวเตอร์ในระหว่างขั้นตอนการออกแบบสกรูสำหรับการใช้งานโพลีเมอร์แต่ละครั้ง การจับคู่อัตราส่วนการอัด L/D และเรขาคณิตของส่วนการผสมกับโปรไฟล์รีโอโลยีเฉพาะของวัสดุเป้าหมาย ซึ่งเป็นแนวทางการออกแบบที่ลูกค้ารายงานว่าปรับปรุงความเป็นเนื้อเดียวกันของหลอมเหลวได้ 15-20% เมื่อเทียบกับการกำหนดค่าสกรูทั่วไป
คำถามที่พบบ่อย
อัตราส่วน L/D ที่พบบ่อยที่สุดสำหรับสกรูอัดขึ้นรูปแผ่นคือเท่าใด
สำหรับการอัดขึ้นรูปแผ่นโพลีโอเลฟินส์ อัตราส่วน L/D ที่พบบ่อยที่สุดอยู่ที่ 30:1 ซึ่งให้ความสมดุลระหว่างความสามารถในการหลอม ระยะเวลาคงตัว และการใช้งานจริงทางกล โดยทั่วไปการอัดขึ้นรูปแผ่น PET จะใช้ 30:1 ถึง 33:1 เพื่อรองรับการออกแบบที่มีการระบายอากาศแบบสองขั้นตอน อัตราส่วน L/D ที่สูงกว่า 36:1 นั้นหาได้ยากในการอัดขึ้นรูปแผ่นเนื่องจากความท้าทายทางกลของการโก่งตัวของสกรูและผลตอบแทนที่ลดลงในความสามารถในการหลอมละลาย
อัตราส่วนการอัดส่งผลต่ออุณหภูมิหลอมเหลวอย่างไร
อัตราการบีบอัดที่สูงขึ้นจะทำให้ฟิล์มหลอมละลายบางลงและมีอัตราเฉือนที่สูงขึ้น ซึ่งจะเพิ่มการกระจายตัวของความหนืดและเพิ่มอุณหภูมิหลอมละลาย สำหรับความเร็วของสกรูและโปรไฟล์อุณหภูมิกระบอกสูบที่กำหนด การเพิ่มอัตราส่วนการอัดจาก 2.5:1 เป็น 3.5:1 จะทำให้อุณหภูมิหลอมเหลวเพิ่มขึ้น 10-20 องศาเซลเซียส ผลกระทบนี้จะเด่นชัดที่สุดที่ความเร็วสกรูสูง โดยที่การให้ความร้อนด้วยแรงเฉือนจะมีอิทธิพลเหนือการให้ความร้อนแบบนำไฟฟ้าจากกระบอกปืน
อะไรคือความแตกต่างระหว่างสกรูกั้นและสกรูมาตรฐาน?
สกรูกั้นมีชั้นรองที่แยกเตียงแข็งออกจากสระหลอมในระหว่างกระบวนการหลอม ซึ่งจะช่วยป้องกันการแตกหักของฐานแข็งซึ่งเป็นปัญหาทั่วไปในสกรูมาตรฐาน และช่วยให้แน่ใจว่าเฉพาะโพลีเมอร์ที่หลอมละลายทั้งหมดเท่านั้นที่จะเข้าสู่โซนสูบจ่าย สกรูกั้นมีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับโพลีเมอร์กึ่งผลึกและการใช้งานที่มีปริมาณงานสูงที่ต้องการข้อกำหนดด้านคุณภาพหลอมละลาย
สกรูแบบเดียวกันสามารถใช้กับโพลีเมอร์ต่างกันได้หรือไม่
สกรูที่ออกแบบมาสำหรับโพลีโพรพีลีนจะไม่ทำงานได้ดีกับ PET และในทางกลับกัน อัตราการบีบอัด, L/D, โปรไฟล์ความลึกของช่อง และการกำหนดค่าส่วนการผสมจะต้องสอดคล้องกับพฤติกรรมการหลอมเหลว ความหนืด และความไวต่อความร้อนของโพลีเมอร์ การออกแบบสกรูสำหรับใช้งานทั่วไปบางประเภทสามารถประมวลผลโพลีโอเลฟินส์ได้หลายประเภท แต่ประสิทธิภาพจะลดลงเมื่อเทียบกับการออกแบบเฉพาะสำหรับโพลีเมอร์ สำหรับการปฏิบัติงานที่ใช้โพลีเมอร์หลายตัวในสายการผลิตเดียวกัน การเปลี่ยนสกรูเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการรักษาคุณภาพในกลุ่มผลิตภัณฑ์
