Technologie des extrusions multi-plastiques
Le domaine des extrusions multi-plastiques a évolué de manière significative au cours des dernières décennies, tirée par la demande croissante de capacités de traitement complexe des polymères et une qualité accrue du produit. Les extrudeurs de vis Twin -, en particulier le compteur - Rotation et CO - Configurations rotatives, sont devenus un équipement fondamental dans les opérations de traitement des polymères modernes.
Ces machines sophistiquées permettent un contrôle précis sur le flux de matériaux, l'efficacité de mélange et la gestion thermique, ce qui les rend indispensables pour le traitement d'une large gamme de matériaux thermoplastiques.
Compteur - Twin rotatif - Structure géométrique de vis
1.4.1.1 Géométrie fondamentale du compteur - Twin rotation - Vis
Dans le compteur - Rotation Twin - Systèmes de vis, la relation de mouvement entre les deux vis ressemble à celle d'une paire de vitesses de maillage qui roulent les unes contre les autres. Dans les conditions de maintien de la transmission constante des vis et du moi mutuel - essuyage, compteur - Rotation d'intermeshing Twin - Les profils de filetage à vis peuvent avoir d'innombrables variations, offrant une plus grande flexibilité de conception pour les applications d'extrusions multi-plastiques multiples.
Du point de vue du principe de maillage, quelle que soit la forme du thread sectionnelle croix -, ils peuvent être maillés sans interférence.
Contrairement à CO - rotatif intermeshing twin - vis, le compteur - Les conceptions rotatives ne sont pas limitées par les contraintes de distance centrale. Cela signifie que pour une distance centrale fixe, un vol unique -, un vol double - ou des threads de vol Triple - peuvent être sélectionnés.
De plus, la profondeur du canal peut être relativement importante, allant généralement de 15% à 21% du diamètre extérieur de la vis, entraînant une capacité de transport en conséquence plus élevée. Dans le compteur - tourne-twin -, les directions de filetage sont opposées, avec les vols à vis des deux vis incorporées et parallèles les unes avec les autres dans la zone de maillage, comme illustré à la figure 1-54.
La structure géométrique crée plusieurs dégagements critiques qui ont un impact significatif sur le traitement des extrusions multi-plastiques:
Clairance radiale (Δ₃)
Ce dégagement existe entre la crête d'un filetage à vis et la racine de l'autre canal à vis, similaire à l'écart entre les rouleaux de calendrie, donc également appelé l'espace de calendrier.
Cette autorisation joue un rôle crucial dans la détermination de la capacité de génération de pression et de l'efficacité de mélange du système.
Clairance latérale (Δ₂)
Dans le plan formé par les deux axes de vis, cela représente le dégagement entre les flancs de vol des deux vis.
Ce dégagement est essentiel pour prévenir les interférences mécaniques tout en maintenant un échange de matériaux efficace entre les vis.
Clairance tétraédrique (Δ₁)
Lorsque les flancs de vol ne sont pas perpendiculaires au fond du canal, un dégagement approximativement tétraédrique se forme entre les flancs de vol des deux vis.
Pour les fils rectangulaires, seule le dégagement latéral existe sans dégagement tétraédrique lorsque les deux vis se réunissent.
Référence technique
Équations clés
R² + ρ² - 2 rρcos (π / 2 + θ)=a²
Application du théorème du cosinus pour le calcul du point de maillage (équation 1-25)
ρ=√ (a² - r²cos²θ) - Rsinθ
Calcul du rayon polaire pour 0 inférieur ou égal à θ inférieur ou égal à π / 2 (équation 1-26)
A=2 rcos (π / 4)
Distance centrale pour l'angle de crête zéro (équation 1-27)
A=2 rcos (π / 4 - / 2)
Distance centrale avec non - Angle de crête zéro (équation 1-28)
A=2 rcos (π / (2n) - / 2)
Équation de distance centrale généralisée (équation 1-29)
Glossaire des termes
Clairance radiale (Δ₃)
Le jeu entre la crête d'un filetage à vis et la racine de l'autre canal à vis.
Clairance latérale (Δ₂)
Le dégagement entre les flancs de vol des deux vis dans le plan formé par leurs axes.
Clairance tétraédrique (Δ₁)
Le dégagement approximativement tétraédrique s'est formé entre les flancs de vol lorsqu'ils ne sont pas perpendiculaires au fond du canal.
Angle de crête ()
Angle central correspondant à l'arc de la crête de filetage (s₁s₂).
Angle de racine ()
Angle central correspondant à l'arc racine du thread (s₃s₄), où=dans les systèmes rotatifs CO -.
Self - essuyage
Caractéristique où les vis rotatives se nettoient les surfaces, empêchant l'accumulation de matériau.
Conception modulaire
Bâtiment - Approche de bloc de la conception de vis permettant la personnalisation à travers des éléments interchangeables.
Canaux d'écoulement asymétriques
Design de vis où les vis ont des géométries différentes, améliorant le mélange à travers des modèles d'écoulement complexes.
Dévolalisation
Processus d'élimination des composants volatils de la fonte du polymère pendant l'extrusion.
Relations géométriques avancées dans les systèmes rotatifs CO -
"La géométrie des extrudeurs de vis rotatives de CO- - détermine fondamentalement leur efficacité de mélange, la zone d'intermèse créant une figure -} Huit formes de motif d'écoulement. Par rapport aux systèmes de vis - simples, ce qui le rend particulièrement adapté au traitement de la chaleur - des polymères sensibles et à la réalisation de la qualité de fusion homogène dans les mélanges de polymère de composant multi-{8}} "
Kohlgrüber, K., "Co - Twin rotatif - Extrudeurs de vis: fondamentaux, technologie et applications"
Lorsque les deux vis tournent dans le sens des aiguilles d'une montre à la même vitesse, la relation de mouvement relative révèle que lorsque les principaux axes des deux vis pointent vers l'intersection des deux barils cylindriques, la relation entre le rayon de vis R et la distance centrale A devient:
A=2 rcos (π / 4)
Équation 1-27
De plus, lorsque l'angle de crête du fil n'est pas égal à zéro, la distance centrale se transforme en:
A=2 rcos (π / 4 - / 2)
Équation 1-28
Cela peut être généralisé à:
A=2 rcos (π / (2n) - / 2)
Équation 1-29
Analyse des relations géométriques
Cette relation démontre que dans Self - essuyage CO - Rotation Twin - Extrudeuses, la distance centrale est liée à la fois au nombre de vols et à l'angle de crête. Plus de vols entraînent des distances centrales plus grandes, tandis que les angles de crête plus importants augmentent également la distance centrale, conduisant à des canaux moins profonds et réduit le volume de transport.
| Nombre de vols (n) | Angle de crête () | Distance centrale relative | Profondeur du canal |
|---|---|---|---|
| 2 | 15 degrés | 1.0x | Profond |
| 3 | 15 degrés | 1.2x | Moyen |
| 2 | 30 degrés | 1.3x | Peu profond |
| 3 | 30 degrés | 1.5x | Très peu profond |
Concepts de conception modulaire dans les systèmes de vis Twin -
Co - Modern Rotation Twin - Les extrudeurs de vis utilisent couramment des conceptions de blocs de construction modulaire -, permettant une personnalisation pour des exigences d'extrusions multi-plastiques multiples spécifiques. Une notation de configuration typique telle que "36/36" indique un élément de thread avec une hauteur de 36 mm (premier numéro) et une longueur de 36 mm (deuxième numéro), avec des threads de main droite -, sauf indication contraire. De même, "45 degrés / 5/48 gauche" désigne cinq blocs de pétrissage à gauche -, chaque décalage de 45 degrés, avec une longueur totale de 48 mm.
Élément de thread "36/36"
Pitch de 36 mm × longueur de 36 mm, à droite - Fil à main
Bloc de pétrissage "45 degrés / 5/48 à gauche"
5 éléments, décalage de 45 degrés, longueur totale de 48 mm, gauche -
Assemblage modulaire
Combinaison d'éléments de fil et de blocs de pétrissage
Implications pour le traitement des extrusions multi-plastiques
Les considérations géométriques discutées ci-dessus ont des implications profondes pour les opérations d'extrusions multipastiques. La profondeur du canal dans les systèmes rotatifs Co - modernes atteint généralement 9% du diamètre extérieur, les technologies avancées atteignant des profondeurs jusqu'à environ 17% du diamètre extérieur de la vis. Cette profondeur accrue du canal offre plusieurs avantages:
Capacité de transmission améliorée
Les canaux plus profonds permettent des taux de débit plus élevés, essentiels pour la production de volume - élevée dans les installations d'extrusions multiples.
Amélioration des performances de mélange
La zone intermeshing crée une action de mélange intensive à travers le modèle d'écoulement "Figure -, assurant une qualité de fusion homogène.
Fenêtre de traitement flexible
La flexibilité géométrique permet aux processeurs d'optimiser les configurations de vis pour des matériaux et des applications spécifiques.
Innovation de canal de flux asymétrique
Les progrès récents de la simulation numérique ont permis le développement de canaux d'écoulement asymétriques dans les systèmes de vis rotatifs CO - -. Ces conceptions présentent des vis A et B tournant à la même vitesse, mais avec différentes géométries, provoquant la transition du matériau à travers des espaces de mouvement variables pendant la transmission vers l'avant.
Cette configuration asymétrique améliore considérablement les capacités de mélange et de ventilation par rapport aux conceptions symétriques traditionnelles.
Lorsque vous fonctionnez à différentes vitesses, des conceptions de canaux d'écoulement asymétriques peuvent également être obtenues. Dans une configuration, la vis B tourne à deux fois la vitesse de la vis A, créant des modèles d'écoulement complexes qui profitent aux applications d'extrusions multipastiques spécifiques nécessitant un mélange distributif et dispersif intensif.
Modèles d'écoulement symétrique vs asymétrique
Conception symétrique
Chemins d'écoulement uniformes avec une intensité de mélange limitée
Conception asymétrique
Modèles d'écoulement complexes améliorant l'efficacité de mélange
Traitement des avantages dans les systèmes de composants multi -
La flexibilité géométrique des extrudeuses à vis jumelles - les rend particulièrement adaptées aux extrusions multipastiques impliquant:
Mélange de polymère
L'action de mélange intensive assure une distribution uniforme de plusieurs composants polymères, essentiels pour réaliser des propriétés mécaniques cohérentes.
Opérations de composition
La capacité d'incorporer uniformément divers additifs, charges et renforts dans toute la matrice polymère.
Extrusion réactive
Le temps de séjour contrôlé et l'intensité de mélange permettent des réactions chimiques pendant le traitement.
Dévolalisation
Élimination efficace des volatils grâce à la géométrie des vis optimisée et aux zones de ventilation.
Effets de dégagement sur le traitement des performances
Les différents dégagements dans les systèmes de vis Twin - ont un impact significatif sur les performances de traitement dans les extrusions multipastiques:
Impact de la clairance radiale
Ce dégagement détermine l'effet de calendrier entre les vis, influençant la génération de pression et le mélange dispersif. Des dégagements plus faibles augmentent les taux de cisaillement mais peuvent provoquer une production de chaleur excessive, tandis que les dégagements plus importants réduisent l'efficacité du mélange mais améliorent la stabilité du transport.
Avantages de dégagement de petites:
- Taux de cisaillement plus élevés
- Mieux mélange dispersif
- Amélioration de la génération de pression
Avantages de dédouanement importants:
- Réduction de la génération de chaleur
- Amélioration de la stabilité de la transmission
- Moins d'usure mécanique
Considérations de dégagement latéral
Le dégagement latéral approprié empêche l'usure mécanique tout en maintenant un échange de matériaux efficace. Ce dégagement doit être optimisé en fonction de la température de traitement, de la viscosité du matériau et de la vitesse de vis pour obtenir des performances optimales.
Effets de dégagement tétraédrique
Dans les profils de threads rectangulaires non -, les dégagements tétraédriques créent des chemins d'écoulement supplémentaires qui peuvent améliorer le mélange distributif mais peuvent également augmenter le flux de fuite, affectant l'efficacité globale de transmission.
Gestion de la température dans Twin - Traitement des vis
Le contrôle efficace de la température est crucial pour les opérations d'extrusions multi-plastiques réussies. La conception géométrique influence directement la génération de chaleur et la dissipation:
Dissipation visqueuse
Les taux de cisaillement dans les dégagements génèrent une chaleur qui doit être gérée par le refroidissement et la conception de vis.
Efficacité de transfert de chaleur
Le grand surface - à - rapport du rapport dans les systèmes de vis Twin - améliore le transfert de chaleur par rapport aux conceptions de vis simples -.
Uniformité de la température
L'action de mélange intensive favorise l'homogénéité de la température tout au long de la fusion, critique pour une qualité de produit cohérente.
Échelle - Considérations
Lors de la mise à l'échelle des extrudeurs de vis Twin - pour les applications industrielles des extrusions multi-plastiques, les principes de similitude géométrique doivent être soigneusement appliqués:
Mise à l'échelle géométrique
Le maintien des rapports dimensionnels assure des modèles d'écoulement similaires à travers différentes tailles de machines. Les dégagements critiques doivent évoluer proportionnellement pour maintenir les caractéristiques de traitement.
Similitude dynamique
Ajustement des paramètres de fonctionnement pour maintenir des taux de cisaillement et des temps de séjour similaires. La vitesse et le débit doivent être mis à l'échelle de manière appropriée pour préserver l'intensité de mélange.
Échelle thermique
Compenser les différents rapports de volume surface - à - pour maintenir les conditions de traitement thermique. Les plus grandes machines nécessitent souvent des systèmes de refroidissement améliorés.
Twin - Evolution de la technologie d'extrusion de vis
1980s
Introduction de CO modulaire - Rotation Twin - Design de vis avec des capacités de mélange améliorées pour le traitement du polymère.
1990s
Développement de soi-même - La technologie d'essuyage et des systèmes de contrôle des processus améliorés.
2000s
Intégration de la modélisation de calcul pour l'optimisation de la conception de vis et les simulations CFD des modèles d'écoulement.
2010s
Design de vis asymétriques et l'intégration de l'industrie 4.0 avec la surveillance du temps réelle -.
2020 et au-delà
AI - Optimisation de conception axée, innovations de traitement durable et capacités avancées de traitement des matériaux.