การออกแบบสกรูอัดรีดแบบสกรูคู่

การออกแบบสกรูควบคุมอะไรบ้างในกระบวนการอัดขึ้นรูป

ในเครื่องอัดรีดแบบสกรูคู่หมุนร่วม การออกแบบสกรูเป็นกลไกหลักในการแปลงกำลังมอเตอร์และอุณหภูมิของกระบอกสูบไปเป็นการเปลี่ยนแปลงวัสดุอย่างควบคุมได้ วิธีที่คุณจัดเรียงองค์ประกอบของสกรูไม่เพียงแต่กำหนดปริมาณการผลิตที่ทำได้เท่านั้น แต่ยังกำหนดวิธีการหลอม การผสม การกำจัดสารระเหย และการเพิ่มแรงดันของพอลิเมอร์หรือสารประกอบอีกด้วย.

ในระดับพื้นฐานที่สุด การออกแบบสกรูควบคุมสิ่งต่อไปนี้:

• ปริมาณการไหลผ่านและระดับการบรรจุตามลำกล้อง
• โปรไฟล์แรงดันตั้งแต่ป้อนวัสดุจนถึงแม่พิมพ์
• อัตราการหลอมเหลวและความสม่ำเสมอของเนื้อหลอมเหลว
• การผสมแบบกระจายและแบบแยกส่วนของสารเติมแต่งและอนุภาค
• ระยะเวลาพำนักและการกระจายตัว (RTD)
• การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจากแรงเฉือนและแรงเสียดทานหนืด
• ประสิทธิภาพการไล่แก๊สที่ช่องระบายอากาศ
• คุณภาพและความเสถียรของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ณ แม่พิมพ์

ผลลัพธ์เหล่านี้เกิดขึ้นจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างองค์ประกอบการลำเลียง บล็อกนวด และองค์ประกอบสกรูพิเศษอื่นๆ กับวัสดุ การเปลี่ยนแปลงระยะห่างของเกลียว ความลึกของเกลียว ความกว้างของแผ่นนวด และมุมการเหลื่อมของเกลียว จะเปลี่ยนแปลงรูปแบบการไหลเฉพาะที่ ระดับแรงเฉือน และการสะสมแรงดัน ซึ่งส่งผลต่อพฤติกรรมของวัสดุในที่สุด.

โดยทั่วไปแล้ว สกรูคู่สำหรับเครื่องอัดรีดสามารถมองได้ว่าเป็นลำดับของโซนกระบวนการ ซึ่งแต่ละโซนถูกกำหนดโดยองค์ประกอบของสกรู:

• โซนป้อนวัสดุ / ลำเลียงของแข็ง – ชิ้นส่วนลำเลียงที่มีระยะห่างระหว่างเกลียวหยาบจะจับเม็ดหรือผงและเคลื่อนย้ายไปข้างหน้าโดยมีการบีบอัดน้อยที่สุด.
• โซนหลอมเหลว/ทำให้เป็นพลาสติก – การเปลี่ยนผ่านอย่างค่อยเป็นค่อยไปจากการลำเลียงของแข็งไปสู่การหลอมเหลวที่บรรจุไม่เต็ม โดยใช้ชิ้นส่วนลำเลียงและการนวดเบาๆ เพื่อป้องกันการกระฉอก.
• โซนผสมแรก – แท่งนวดและองค์ประกอบการผสมแบบกระจายจะช่วยกระจายเม็ดสี สารเติมแต่ง และสารปรุงแต่งต่างๆ เมื่อวัสดุส่วนใหญ่หลอมเหลวแล้ว.
• การระเหย / บริเวณช่องระบายอากาศ - การลำเลียงองค์ประกอบต่างๆ และบางครั้งการใช้บล็อกนวดแบบย้อนกลับ จะช่วยลดแรงดันและเพิ่มการหมุนเวียนพื้นผิวเพื่อขจัดความชื้นหรือตัวทำละลาย.
• โซนการผสมขั้นสุดท้าย / การทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน – ส่วนประกอบการผสมเพิ่มเติมจะช่วยให้การผสมแบบกระจายตัวหรือแบบแยกส่วนสมบูรณ์ โดยมักใช้แรงเฉือนที่ต่ำกว่าเพื่อหลีกเลี่ยงความร้อนสูงเกินไป.
• โซนการวัดและการเพิ่มแรงดัน - การลำเลียงชิ้นส่วนด้วยระยะห่างที่เหมาะสมจะสร้างแรงดันที่คงที่ ณ แม่พิมพ์ ส่งผลให้ได้ผลผลิตที่สม่ำเสมอและควบคุมขนาดได้อย่างแม่นยำ.

ดังนั้น อุปกรณ์เครื่องอัดรีดแบบเดียวกันจึงอาจทำงานแตกต่างกันอย่างมาก ขึ้นอยู่กับการออกแบบสกรู สำหรับวิศวกรกระบวนการ การทำความเข้าใจว่าองค์ประกอบแต่ละประเภทส่งผลต่อการไหลและแรงเฉือนอย่างไร เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการขยายขนาดและการแก้ไขปัญหาอย่างเป็นระบบและคาดการณ์ได้.

เหตุใดการเลือกส่วนผสมจึงมีความสำคัญ

ภายในบริเวณเหล่านี้ องค์ประกอบการผสมจะเป็นตัวกำหนดว่าส่วนประกอบต่างๆ จะกระจายตัวได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงใด และการจับตัวเป็นก้อนและการรวมกลุ่มของอนุภาคจะแตกตัวออกหรือไม่ การเลือกที่ไม่เหมาะสมจะนำไปสู่ข้อบกพร่องที่เห็นได้ชัด การทำงานที่ไม่เสถียร และแม้กระทั่งการเสื่อมสภาพเรื้อรัง.

องค์ประกอบการผสมแบบกระจายได้รับการออกแบบมาเพื่อแยก ยืด และรวมการไหลซ้ำ ๆ โดยไม่จำเป็นต้องใช้แรงเฉือนสูงมากนัก ช่วยส่งเสริมการกระจายตัวที่ดีของสี สารเติมแต่ง และสารตัวเติมทั่วทั้งเนื้อโลหะหลอมเหลว ตัวอย่างเช่น:

• บล็อกนวดแป้งแบบเหลื่อมต่ำ
• องค์ประกอบการผสมแบบกระจายพิเศษที่มีช่องหรือกลีบแบบเยื้องศูนย์
• องค์ประกอบการลำเลียงแบบไม่ต่อเนื่องหรือแบบ "หวี" ที่แบ่งการไหลของโลหะหลอมเหลวออกเป็นส่วนๆ ซ้ำๆ

เครื่องผสมแบบกระจายตัวใช้เมื่อจำเป็นต้องแยกกลุ่มอนุภาคหรือสลายกลุ่มอนุภาคละเอียด เครื่องผสมเหล่านี้จะสร้างแรงเฉือนและแรงดึงเฉพาะที่สูงกว่า ทำให้กลุ่มอนุภาคแตกออก ตัวเลือกทั่วไปได้แก่:

• บล็อกนวดแป้งแบบเหลื่อมสูงพร้อมแผ่นดิสก์แคบ
• บล็อกที่มีระยะห่างปลายแคบและช่องว่างเล็ก
• องค์ประกอบการผสมแรงเฉือนสูงบางชนิดที่ออกแบบมาเพื่อสร้างความผันผวนของความดันอย่างรุนแรง

ข้อเสียคือ การผสมแบบกระจายตัวที่รุนแรงขึ้นจะทำให้เกิดความร้อนจากความหนืดมากขึ้นและอุณหภูมิหลอมเหลวสูงขึ้น ซึ่งอาจไม่เหมาะสมสำหรับโพลิเมอร์ที่ไวต่อความร้อนหรือสารตัวเติมที่บอบบาง การใช้ส่วนประกอบการผสมที่รุนแรงเกินไปอาจทำให้เวลาในการคงอยู่ในบริเวณปลายทางสั้นลงมากเกินไป และนำไปสู่แรงบิดและแรงดันสูงสุดที่สูงได้.

ด้วยเหตุนี้ การออกแบบสกรูจึงมักผสมผสานทั้งโซนการผสมแบบกระจายและแบบแยกส่วนเข้าด้วยกัน การทำความเข้าใจความแตกต่างระหว่างโหมดการผสมเหล่านี้เป็นพื้นฐานสำหรับการกำหนดค่าสกรูอย่างมีเหตุผล.

การผสมแบบกระจายตัวเทียบกับการผสมแบบแยกส่วน

คำจำกัดความที่ชัดเจนของโหมดการผสมทั้งสองแบบ

ในกระบวนการอัดรีดแบบสกรูคู่ “การผสม” ไม่ใช่แนวคิดเดียว วิศวกรกระบวนการมักจะแยกแยะความแตกต่างระหว่าง การกระจาย และ กระจาย การผสม:

• การผสมแบบกระจาย ความกังวล การกระจายเชิงพื้นที่ ประกอบด้วยส่วนประกอบต่างๆ โดยมีเป้าหมายเพื่อแบ่งและกระจายกระแสของวัสดุหลอมเหลวใหม่ เพื่อให้วัสดุแต่ละส่วนมีองค์ประกอบที่เหมือนกัน ขนาดของอนุภาคหรือหยดอาจไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ แต่จะกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งเมทริกซ์.
• การผสมแบบกระจาย ความกังวล การลดขนาด โดยมีเป้าหมายเพื่อสลายกลุ่มก้อนหรือหย droplets ของเม็ดสี สารเติมเต็ม หรือเฟสที่ไม่สามารถผสมกันได้ ด้วยการใช้แรงกดดันที่มากพอที่จะเอาชนะแรงยึดเหนี่ยวภายในกลุ่มก้อนเหล่านั้น.

เมื่อพิจารณาจากมุมมองด้านการไหลเวียน:

• การผสมแบบกระจายตัวอาศัยการแยก การยืด การพับ และการรวมตัวกันใหม่ซ้ำๆ ของวัสดุหลอมเหลว โดยหลักแล้วเกี่ยวข้องกับการจัดเรียงและการกระจายตัวของกระแสการไหล.
• การผสมแบบกระจายตัวอาศัยแรงเฉือนเฉพาะที่สูง และบางครั้งก็มีการไหลแบบยืดตัว ควบคู่ไปกับการเปลี่ยนแปลงความดันและความเร็วอย่างรวดเร็ว เพื่อสร้างจุดสูงสุดของความเค้นที่ทำให้กลุ่มอนุภาคแตกตัวออก.

โดยทั่วไปแล้ว การออกแบบระบบสกรูที่ดีจะช่วยให้เกิดการผสมแบบกระจายตัวอย่างเพียงพอในช่วงแรกเพื่อให้ได้ส่วนประกอบที่สม่ำเสมอ จากนั้นจึงค่อยใช้การผสมแบบกระจายตัวเฉพาะจุดเมื่อต้องการสลายการจับตัวเป็นก้อน.

เมื่อจำเป็นต้องใช้แต่ละประเภท

คุณสามารถพิจารณาประเภทการผสมที่ต้องการโดยอิงจากระบบวัสดุและความท้าทายที่เกี่ยวข้องได้:

• การผสมแบบกระจายมีความสำคัญอย่างยิ่งในกรณีต่อไปนี้:
• คุณกำลังผสมโพลิเมอร์ที่มีความหนืดใกล้เคียงกันและแรงตึงผิวระหว่างเฟสปานกลาง.
• สารเติมแต่งต่างๆ ถูกบดเป็นผงละเอียดอยู่แล้ว และไม่จับตัวเป็นก้อนแข็ง.
• คุณกำลังผลิตมาสเตอร์แบทช์ที่กลุ่มก้อนของสีถูกสลายไปแล้วในกระบวนการผลิตต้นน้ำ.
• คุณต้องการรักษารูปทรงของวัสดุอุด (เช่น หลีกเลี่ยงการแตกหักมากเกินไปของเส้นใยแก้วหรือเกล็ดแก้ว).

ในกรณีเหล่านี้ การผสมแบบกระจายตัวที่รุนแรงไม่เพียงแต่ไม่จำเป็นเท่านั้น แต่ยังอาจเป็นอันตรายได้เนื่องจากความร้อนที่เพิ่มขึ้นและการเสื่อมสภาพทางกล โดยทั่วไปแล้ว การออกแบบที่เน้นองค์ประกอบการผสมแบบกระจายตัวและบล็อกนวดที่มีการเหลื่อมน้อยจะมีความทนทานมากกว่า.

• การผสมแบบกระจายตัวเป็นสิ่งจำเป็นเมื่อ:
• เม็ดสีหรือผงคาร์บอนแบล็กจะมีลักษณะเป็นก้อนแข็ง.
• สารเติมแต่ง เช่น ซิลิกาหรือออกไซด์ของโลหะ มักจะรวมตัวกันเป็นกลุ่มอนุภาคที่แข็งแรง.
• คุณกำลังผสมโพลิเมอร์ที่ไม่เข้ากันเข้าด้วยกันจนได้เป็นส่วนผสมหรือโลหะผสมที่มีความละเอียดสูง.
• กระบวนการสลายกลุ่มอนุภาคมีผลโดยตรงต่อคุณสมบัติทางกลหรือทางแสงขั้นสุดท้าย.

ในที่นี้ การออกแบบสกรูต้องมีโซนที่สร้างแรงเฉือนและแรงดันผันผวนมากพอที่จะทำลายก้อนรวมตัว บล็อกนวดที่มีการจัดเรียงแบบเหลื่อมสูงและองค์ประกอบการผสมแบบกระจายตัวเฉพาะทางถูกวางไว้ในตำแหน่งที่มีความหนืดสูงพอที่จะส่งผ่านแรงเค้นได้ แต่ไม่สูงเกินไปจนเกินขีดจำกัดแรงบิด.

ในทางปฏิบัติ เครื่องอัดรีดแบบเดียวกันอาจต้องการการออกแบบสกรูที่แตกต่างกันสำหรับสูตรการผลิตที่แตกต่างกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเปลี่ยนจากส่วนผสมที่มีสารเติมแต่งสูงและส่วนผสมที่ไม่มีสารเติมแต่งหรือมีสารเติมแต่งน้อย.

แรงเฉือนและระยะเวลาการคงอยู่ส่งผลต่อผลลัพธ์อย่างไร

โหมดการผสมทั้งสองแบบขึ้นอยู่กับปริมาณ เฉือน ปัจจัยที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงาน ได้แก่ การนำสารไปใช้ และระยะเวลาที่วัสดุสัมผัสกับสารนั้น (ระยะเวลาคงอยู่) อย่างไรก็ตาม วัสดุแต่ละชนิดตอบสนองต่อปัจจัยเหล่านี้แตกต่างกัน.

สำหรับ การผสมแบบกระจาย, คุณต้องการ:

• ใช้แรงเฉือนในระดับปานกลางเพื่อให้โลหะหลอมเหลวไหลได้ต่อเนื่องและช่วยยืดรอยต่อระหว่างชั้นต่างๆ.
• ระยะเวลาการคงอยู่เพียงพอเพื่อให้สารหลอมเหลวถูกแยกและรวมตัวกันใหม่หลายครั้ง.
• การกระจายเวลาการไหลเวียนของอากาศในวงกว้างแต่มีการควบคุม เพื่อหลีกเลี่ยงพื้นที่อับอากาศและการไหลเวียนที่ผิดพลาด.

บล็อกนวดแบบเหลื่อมต่ำและองค์ประกอบการผสมแบบกระจายตัวนั้นเหมาะสมที่สุดในกรณีนี้ เพราะสามารถสร้างการจัดเรียงการไหลใหม่ได้มากที่ระดับความเครียดที่ค่อนข้างต่ำ เวลาในการสัมผัสที่สั้นเกินไปหรือส่วนการผสมที่น้อยเกินไปจะทำให้เกิดรอยด่างและสีไม่สม่ำเสมอ.

สำหรับ การผสมแบบกระจาย, สิ่งสำคัญคือการไปให้ถึง ระดับความเครียด เหนือกว่าความแข็งแรงในการยึดเกาะของกลุ่มก้อน แม้จะเป็นเพียงช่วงเวลาสั้นๆ ก็ตาม:

• อัตราการเฉือนต้องสูงพอที่จะสร้างยอดความเค้นที่รุนแรงและเกิดขึ้นในช่วงเวลาสั้นๆ.
• ช่องว่างเล็กๆ ระหว่างแผ่นนวดกับแกน หรือระหว่างแผ่นนวดที่อยู่ติดกัน จะกลายเป็นปัญหาสำคัญ.
• การผสมย้อนกลับในระดับหนึ่งนั้นมีประโยชน์ เพราะเป็นการทำให้กลุ่มอนุภาคสัมผัสกับบริเวณที่มีความเครียดสูงซ้ำๆ.

มุมการจัดเรียงของบล็อกนวด ความกว้างของแผ่นดิสก์ และระยะห่างระหว่างปลายลูกกลิ้ง ล้วนมีอิทธิพลอย่างมากต่อแรงเค้นเหล่านี้ โดยทั่วไปแล้ว มุมที่ใหญ่ขึ้นและแผ่นดิสก์ที่แคบลงจะเพิ่มความแปรผันของแรงเฉือนและแรงดันในบริเวณนั้น ซึ่งจะช่วยกระตุ้นการกระจายตัว แต่ก็ทำให้เพิ่มอุณหภูมิหลอมเหลวและแรงบิดด้วย.

ความท้าทายในการออกแบบคือการให้แรงเฉือนและระยะเวลาการคงอยู่พอเหมาะเพื่อให้ได้การกระจายตัวและคุณสมบัติที่ต้องการโดยไม่ทำให้วัสดุทำงานหนักเกินไป.

บล็อกนวดแป้งในโซนผสม

ความกว้าง ความยาว และมุมการเรียงตัวของแผ่นดิสก์

บล็อกนวดเป็นหนึ่งในเครื่องมือผสมที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในเครื่องอัดรีดแบบสกรูคู่ ประกอบด้วยแผ่นดิสก์หลายแผ่นเรียงซ้อนกันบนเพลาแบบมีร่อง โดยแต่ละแผ่นจะเยื้องไปจากตำแหน่งที่กำหนดไว้ มุมเหลื่อม. ตัวแปรการออกแบบหลักสามประการเป็นตัวกำหนดพฤติกรรมของบล็อกนวดแป้ง:

• ความกว้างของแผ่นดิสก์ – ความหนาของแต่ละแผ่นตามแนวแกนของสกรู.
• ความยาวของบล็อก (จำนวนแผ่นดิสก์) - มีการนำแผ่นดิสก์มาต่อกันกี่แผ่น.
• มุมเหลื่อม – ค่าการเบี่ยงเบนเชิงมุมระหว่างแผ่นดิสก์ที่อยู่ติดกัน.

ความกว้างของแผ่นดิสก์และการผสมแบบกระจาย:
แผ่นนวดที่แคบกว่ามักจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของรูปแบบการไหลตามแนวขวางของสกรูบ่อยขึ้น ซึ่งนำไปสู่:

• มีส่วนต่อประสานเพิ่มเติมที่การหลอมเหลวเร่งตัวและชะลอตัวลง.
• ความผันผวนของความดันในพื้นที่สูงขึ้นในระยะทางสั้นๆ.
• มีโอกาสมากขึ้นที่จะเกิดแรงเฉือนเฉพาะที่สูงและการไหลแบบยืดตัว.

ดังนั้น โดยทั่วไปแล้วแผ่นดิสก์ที่แคบกว่าจะมีขนาดใหญ่ขึ้น ความเข้มของการผสมแบบกระจาย, ช่วยปรับปรุงการสลายกลุ่มอนุภาคที่จับตัวกันเป็นก้อนได้ดีขึ้น แผ่นดิสก์ที่กว้างกว่าจะอ่อนโยนกว่า ทำให้เกิดทางเดินการไหลที่ราบรื่นกว่า และโดยทั่วไปแล้วจะนิยมใช้ในกรณีที่ต้องการการผสมแบบกระจายตัวมากขึ้นโดยมีความเครียดต่ำกว่า.

ความยาวของบล็อกและระยะเวลาการคงอยู่:
บล็อกนวดแป้งที่ยาวกว่า (มีแผ่นแป้งเรียงกันหลายแผ่น) ให้ประโยชน์ดังนี้:

• มีการแยกและรวมวัสดุซ้ำๆ กันมากขึ้น.
• การผสมย้อนกลับที่มากขึ้นและการกระจายเวลาการคงอยู่ที่กว้างขึ้น.
• มีการใช้พลังงานโดยรวมมากขึ้นและอุณหภูมิสูงขึ้น.

บล็อกที่สั้นกว่าจะมีผลกระทบเฉพาะจุดมากกว่า และใส่เข้าไประหว่างชิ้นส่วนลำเลียงได้ง่ายกว่า โดยไม่ทำให้แรงบิดหรืออุณหภูมิหลอมเหลวเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว.

มุมเหลื่อมและแรงเฉือน:
มุมเหลื่อมเป็นหนึ่งในตัวแปรหลักที่ใช้ปรับความสัมพันธ์ระหว่างการลำเลียงไปข้างหน้าและความเข้มของการเฉือน:

• มุมต่ำ (เช่น การเหลื่อมแบบ "อ่อน") ส่งเสริมการสูบส่งไปข้างหน้าด้วยแรงเฉือนปานกลาง ซึ่งเอื้อต่อการผสมแบบกระจายตัว.
• มุมสูง (เช่น การจัดเรียงแบบ "ชัน") จะลดปริมาณการไหลผ่านสุทธิ เพิ่มการผสมย้อนกลับ และเพิ่มความแตกต่างของแรงเฉือนและความดันอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งเอื้อต่อการผสมแบบกระจายตัว.

ดังนั้น สำหรับวัสดุและปริมาณการผลิตที่กำหนด คุณสามารถเปลี่ยนจากการผสมแบบกระจายตัวเป็นหลักไปเป็นการผสมแบบกระจายตัวอย่างเข้มข้นได้ง่ายๆ โดยการลดความกว้างของจานผสม เพิ่มความยาวของบล็อก และเพิ่มมุมการจัดเรียง.

บล็อกนวดแบบเดินหน้า กลาง และถอยหลัง

นอกเหนือจากมุมเอียงแล้ว บล็อกนวดแป้งยังสามารถ... ซึ่งไปข้างหน้า, เป็นกลาง, หรือ ย้อนกลับ การลำเลียง นี่คือคำอธิบายว่ารูปทรงเรขาคณิตส่งผลต่อการเคลื่อนย้ายวัสดุสุทธิอย่างไร:

• บล็อกนวดไปข้างหน้า มีผลในการสูบจ่ายสุทธิเป็นบวกคล้ายกับองค์ประกอบการลำเลียง แต่มีการผสมที่แรงกว่าและแรงเฉือนสูงกว่า มีประโยชน์เมื่อต้องการผสมโดยไม่สูญเสียปริมาณการไหลมากเกินไป หรือเมื่อต้องการหลีกเลี่ยงการสะสมแรงดันสูง.
• บล็อกนวดแบบเป็นกลาง มีกำลังการลำเลียงสุทธิเกือบเป็นศูนย์ วัสดุมีแนวโน้มที่จะแกว่งไปมาเหนือบล็อก ทำให้เวลาในการอยู่ในระบบและการผสมย้อนกลับเพิ่มขึ้นอย่างมาก มักใช้ในโซนการผสมที่เข้มข้นซึ่งสามารถรับแรงดันได้จากองค์ประกอบต้นน้ำและปลายน้ำ.
• บล็อกนวดแบบย้อนกลับ มีผลเสียต่อการลำเลียงวัสดุ โดยจะผลักวัสดุไปด้านหลังเมื่อเทียบกับการหมุนของสกรู ในขณะที่เครื่องอัดรีดโดยรวมยังคงเคลื่อนวัสดุไปข้างหน้า ซึ่งทำให้เกิดแรงดันสูงสะสมอยู่ด้านต้นน้ำ และก่อให้เกิดความเครียดสูงและระยะเวลาการคงอยู่ในโซนผสมนานขึ้น.

การบล็อกแบบย้อนกลับมีประสิทธิภาพเป็นพิเศษในกรณีต่อไปนี้:

• การผสมแบบกระจายความเข้มสูงเพื่อสลายการจับตัวเป็นก้อน.
• เพิ่มระดับการเติมและแรงดันก่อนถึงบริเวณช่องระบายอากาศหรือช่องป้อนด้านข้าง.
• สร้างซีลหลอมเหลวที่แข็งแรงเพื่อการระเหยของสารระเหย.

อย่างไรก็ตาม การใช้วัสดุที่มีแรงบิดสูงและอุณหภูมิหลอมเหลวที่สูงขึ้นก็ส่งผลให้แรงบิดและอุณหภูมิหลอมเหลวเพิ่มขึ้นอย่างมาก ดังนั้นจึงต้องพิจารณาอย่างรอบคอบถึงความเสถียรทางความร้อนของวัสดุและขีดจำกัดทางกลของเครื่องอัดรีดด้วย.

รูปทรงเรขาคณิตส่งผลต่อความเข้มข้นของการผสมอย่างไร

โดยรวมแล้ว รูปทรงของบล็อกนวดช่วยให้สามารถควบคุมความเข้มข้นของการผสมในเครื่องอัดรีดแบบสกรูคู่ได้อย่างละเอียด:

• แผ่นดิสก์แคบ บล็อกยาว มุมเอียงสูง และการวางแนวกลับด้าน ผลักดันการออกแบบไปสู่การผสมแบบกระจายตัวเชิงรุกด้วยแรงเฉือนและการผสมย้อนกลับที่รุนแรง.
• แผ่นดิสก์กว้าง บล็อกสั้น มุมเอียงต่ำ และการวางแนวไปข้างหน้า ผลักดันการออกแบบไปสู่การผสมแบบกระจายที่นุ่มนวลยิ่งขึ้น ด้วยการไหลที่ราบรื่นและแรงดันที่ต่ำลง.

ระยะห่างระหว่างปลายใบมีดกับกระบอก รวมถึงระหว่างสกรูที่อยู่ตรงข้ามกัน ก็มีความสำคัญเช่นกัน ระยะห่างที่แคบเกินไปจะทำให้แรงเฉือนและแรงดันเพิ่มขึ้น ส่งเสริมการผสมแบบกระจาย แต่ก็เพิ่มการสึกหรอและความเสี่ยงต่ออุณหภูมิที่สูงเกินไป.

เมื่อคุณเพิ่มความเข้มข้นของการผสม คุณจะได้ข้อแลกเปลี่ยนดังนี้:

• การแยกตัวของอนุภาคและการพัฒนาสีที่ดีขึ้น
• เมื่อเทียบกับอุณหภูมิหลอมเหลวที่สูงขึ้น แรงบิดที่สูงขึ้น และความเสี่ยงที่มากขึ้นต่อการเสื่อมสภาพของพอลิเมอร์และสารเติมแต่ง

ด้วยเหตุนี้ การออกแบบเครื่องผสมแบบสกรูจึงไม่ค่อยอาศัยเพียงแค่บล็อกนวดเพียงอย่างเดียว แต่จะใช้ร่วมกับองค์ประกอบการลำเลียง และบางครั้งอาจใช้องค์ประกอบการผสมแบบกระจายเฉพาะทาง เพื่อสร้างโครงสร้างโดยรวมที่ให้ประสิทธิภาพการผสมที่ต้องการ พร้อมทั้งควบคุมอุณหภูมิและระยะเวลาการคงตัวของส่วนผสม.

องค์ประกอบการลำเลียงและการขนส่งวัสดุ

ระยะห่างและปริมาณงาน

ชิ้นส่วนลำเลียงเป็นหัวใจสำคัญในการเคลื่อนย้ายวัสดุในเครื่องอัดรีดแบบสกรูคู่ มีลักษณะคล้ายสกรูเกลียวแบบดั้งเดิม โดยมีรูปทรงที่กำหนดไว้ ขว้าง และระดับความลึกของร่องน้ำ.

ขว้าง คือระยะห่างตามแนวแกนระหว่างเกลียวที่ต่อเนื่องกัน สำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางของสกรูและความเร็วที่กำหนด:

• ระยะห่างที่มากขึ้น ช่วยเพิ่มขีดความสามารถในการลำเลียงตามทฤษฎีและมีแนวโน้มที่จะเคลื่อนย้ายวัสดุไปข้างหน้าได้เร็วขึ้น ซึ่งจะช่วยให้ได้ปริมาณงานที่สูงขึ้น แต่โดยทั่วไปแล้วแรงดันที่เกิดขึ้นจะต่ำกว่า.
• ระยะห่างที่เล็กกว่า ลดความสามารถในการลำเลียง แต่เพิ่มแรงอัดและการสร้างแรงดัน โดยเฉพาะในระบบที่มีของเหลวปริมาณมากหรือมีความหนืดสูง.

วิศวกรกระบวนการปรับระยะห่างของเกลียวตามความยาวของสกรูเพื่อ:

• จัดให้มีระบบลำเลียงของแข็งที่มีประสิทธิภาพสูงในบริเวณป้อนวัสดุและบริเวณหลอมเหลวช่วงแรก.
• ค่อยๆ ลดปริมาณน้ำมันดินเพื่อช่วยในการหลอม และเพิ่มแรงดันในจุดที่จำเป็น.
• ใช้ระยะห่างระหว่างเกลียวที่แคบลงบริเวณใกล้กับแม่พิมพ์เพื่อให้การวัดค่ามีความเสถียร.

แม้ว่าชิ้นส่วนลำเลียงจะสร้างแรงเฉือนบ้าง แต่ก็ไม่ใช่ส่วนประกอบหลักในการผสม หน้าที่หลักของชิ้นส่วนลำเลียงในการผสมคือการควบคุมการเติมและการสร้างแรงดัน ซึ่งส่งผลต่อการทำงานของบล็อกนวดและส่วนประกอบการผสมอื่นๆ.

การพัฒนาของระดับการบรรจุและแรงดัน

องค์ประกอบการถ่ายทอดส่งผลกระทบอย่างมาก ระดับการเติม ในแต่ละส่วนของเครื่องอัดรีด ซึ่งจะควบคุมแรงเฉือนและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในแต่ละจุด:

• ใน พื้นที่ที่เติมไม่เต็ม, เม็ดหรือเศษของแข็งจะเลื่อนและหมุนไปมา โดยมีการสร้างของเหลวหลอมเหลวในปริมาณจำกัด แรงเฉือนค่อนข้างต่ำและไม่ต่อเนื่อง.
• ใน โซนที่เต็มแล้ว, เมื่อของเหลวหนืดถูกดันผ่านช่องทางรูปทรงเกลียว จะสร้างแรงเฉือนและความร้อนจากความหนืดอย่างต่อเนื่องมากขึ้น.

ด้วยการเลือกช่วงเสียงและความลึกของช่องสัญญาณที่เหมาะสม คุณสามารถสร้างสิ่งต่อไปนี้ได้:

• บริเวณลำเลียงของแข็งที่ขาดแคลนเป็นส่วนใหญ่ ซึ่งช่วยลดการกระชากของวัสดุ.
• บริเวณหลอมเหลวที่ควบคุมได้ ซึ่งชั้นของวัสดุจะค่อยๆ เปลี่ยนสถานะเป็นหลอมเหลวทั้งหมด.
• เติมวัสดุให้เต็มในส่วนต้นน้ำของบล็อกนวดเพื่อให้มั่นใจว่าทำงานในสภาวะหลอมเหลวอย่างต่อเนื่อง.
• ลดปริมาณวัสดุที่เติมใกล้ช่องระบายอากาศ เพื่อให้ก๊าซระบายออกได้โดยไม่สูญเสียเนื้อโลหะ.

การเกิดแรงดันยังถูกควบคุมอย่างมากโดยองค์ประกอบการลำเลียง ระยะห่างที่แคบลงและความลึกของช่องทางที่ลดลงจะเพิ่มแรงดัน ซึ่งอาจส่งผลให้เกิด:

• ปรับปรุงความเสถียรของแม่พิมพ์และผิวสัมผัสให้เรียบเนียน.
• ช่วยผลักดันโลหะหลอมเหลวให้ไหลผ่านตัวกรองที่มีข้อจำกัดหรือแม่พิมพ์ละเอียด.
• แต่ยังทำให้อุณหภูมิหลอมเหลวและภาระทางกลเพิ่มขึ้นด้วย.

การทำความเข้าใจว่าองค์ประกอบการลำเลียงควบคุมระดับการบรรจุและแรงดันอย่างไร เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำให้บล็อกนวดแป้งทำงานได้อย่างคาดการณ์ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับวัสดุที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลง.

องค์ประกอบการลำเลียงช่วยสนับสนุนการหลอมและการระบายอากาศได้อย่างไร

แม้ว่าสกรูลำเลียงจะไม่ใช่ส่วนประกอบที่ใช้ในการผสมที่มีความเข้มข้นสูง แต่ก็มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในกระบวนการดังกล่าว การหลอมละลาย และ การระเหย:

• ใน เขตหลอมเหลว, องค์ประกอบการลำเลียงที่ได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสมจะช่วยให้เม็ดพลาสติกสัมผัสกับกระบอกร้อนและโลหะหลอมเหลวที่เกิดขึ้นในระยะแรกได้อย่างทั่วถึง ซึ่งจะช่วยส่งเสริมการถ่ายเทความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพและควบคุมแนวการหลอมเหลว ลดปริมาณอนุภาคที่ไม่หลอมเหลวในองค์ประกอบการผสมในขั้นตอนถัดไป.
• รอบๆ ช่องระบายอากาศ, องค์ประกอบการถ่ายทอดข้อมูลใช้เพื่อ:
• ลดความดันเพื่อให้ก๊าซระบายออกได้.
• รักษาความแน่นหนาของซีลหลอมเหลวในบริเวณปลายทางเพื่อป้องกันไม่ให้โลหะหลอมเหลวไหลออกจากพอร์ต.
• จัดให้มีการเติมสารบนพื้นผิวอย่างเพียงพอเพื่อให้สารระเหยแพร่กระจายออกไปได้โดยไม่จำเป็นต้องใช้แรงเฉือนสูง.

ข้อจำกัดของพวกเขาก็มีความสำคัญไม่แพ้กัน:

• ชิ้นส่วนลำเลียงให้การผสมแบบกระจายที่จำกัดและการผสมแบบแยกส่วนที่อ่อนแอเมื่อเทียบกับบล็อกนวดและชิ้นส่วนผสมเฉพาะทาง.
• การอาศัยเพียงองค์ประกอบการลำเลียงในการผสมมักส่งผลให้การกระจายตัวของสารเติมแต่งไม่ดีและเกิดข้อบกพร่องที่เห็นได้ชัด.
• การเปลี่ยนแปลงระยะห่างของเกลียวที่รุนแรงเกินไปอาจทำให้เกิดการกระเพื่อม การเติมที่ไม่เสถียร หรือการแตกร้าวของเนื้อโลหะที่แม่พิมพ์ได้.

ในเครื่องรีดร้อนแบบสกรูที่ได้รับการออกแบบมาอย่างดี องค์ประกอบการลำเลียง บล็อกนวด และองค์ประกอบการผสมอื่นๆ จะถูกรวมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างลำดับการลำเลียง-หลอม-ผสม-ไล่แก๊ส-วัดปริมาณ ที่ปรับให้เหมาะสมกับระบบวัสดุเฉพาะนั้นๆ.

ข้อแลกเปลี่ยนในการออกแบบและการเลือกใช้ที่เหมาะสม

การปรับสมดุลระหว่างแรงเฉือน อุณหภูมิ และระยะเวลาการคงอยู่

การออกแบบสกรูทุกแบบล้วนเป็นการประนีประนอมระหว่าง... เฉือน, อุณหภูมิสูงขึ้น, และ ระยะเวลาพำนัก:

• การใช้บล็อกนวดมากขึ้นและมุมการจัดเรียงที่สูงขึ้นจะเพิ่มแรงเฉือนและการผสม แต่ก็ทำให้เพิ่มอุณหภูมิหลอมเหลวและแรงบิดด้วยเช่นกัน.
• ส่วนผสมที่มีความยาวมากขึ้นจะทำให้เวลาในการผสมนานขึ้น ซึ่งช่วยปรับปรุงการกระจายตัว แต่ก็อาจทำให้เกิดการเสื่อมสภาพและการเปลี่ยนสีได้มากขึ้นด้วย.
• องค์ประกอบย้อนกลับที่มีฤทธิ์กัดกร่อนช่วยปรับปรุงการผสมแบบกระจายและการปิดผนึกเพื่อไล่แก๊ส แต่มีความเสี่ยงที่จะเกิดแรงดันมากเกินไปและจุดร้อน.

ในทางปฏิบัติ วิศวกรกระบวนการจะทำงานโดยเริ่มจากข้อกำหนดของผลิตภัณฑ์เป็นหลัก:

• หากการแยกกลุ่มอนุภาคมีความสำคัญ การออกแบบควรรวมถึงโซนกระจายตัวที่แข็งแกร่งอย่างน้อยหนึ่งโซนที่มีบล็อกนวดที่มีการจัดเรียงแบบเหลื่อมสูง โดยยอมรับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิได้บ้าง.
• หากความเสถียรทางความร้อนเป็นสิ่งสำคัญ การผสมจะต้องอาศัยกลไกการกระจายตัวมากขึ้น โดยใช้แรงเฉือนปานกลางและควบคุมเวลาการคงอยู่ของสารอย่างระมัดระวัง.
• หากการระบายอากาศและการกำจัดความชื้นเป็นสิ่งสำคัญ ชิ้นส่วนเกลียวจะต้องสร้างความแตกต่างของแรงดันที่เพียงพอและหลอมซีลรอบช่องระบายอากาศโดยไม่เกิดแรงเฉือนมากเกินไป.

เทอร์โมคัปเปิล เซ็นเซอร์วัดแรงดัน และข้อมูลแรงบิดจากเครื่องอัดรีดจะถูกนำมาใช้เพื่อตรวจสอบว่าการออกแบบสกรูนั้นให้ความสมดุลที่เหมาะสมหรือไม่ การปรับแต่งมักเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงความยาวหรือมุมของบล็อกนวดทีละน้อย หรือการเปลี่ยนชิ้นส่วนกระจายตัวแบบหนึ่งเป็นอีกแบบหนึ่งที่มีคุณสมบัติการกระจายตัวที่ดีกว่า.

การออกแบบสกรูให้เหมาะสมกับคุณสมบัติของวัสดุ

การอัดขึ้นรูปด้วยสกรูคู่เกี่ยวข้องกับวัสดุหลากหลายชนิด ซึ่งแต่ละชนิดมีปฏิกิริยาต่อแรงเฉือนและอุณหภูมิแตกต่างกัน การออกแบบสกรูให้เหมาะสมกับคุณสมบัติของวัสดุจึงเป็นหัวใจสำคัญของการขยายขนาดการผลิตให้ประสบความสำเร็จ.

สำหรับ โพลิเมอร์ที่มีความหนืดสูงและมีคุณสมบัติลดความหนืดเมื่อถูกแรงเฉือน, เช่น เรซินทางวิศวกรรมหลายชนิด:

• พวกมันสามารถทนต่อแรงเฉือนที่สูงขึ้นได้โดยไม่ทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นมากเกินไป.
• บริเวณการผสมแบบกระจายตัวอาจมีความรุนแรงมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการกระจายตัวของเม็ดสีและสารเติมแต่ง.
• ยังคงต้องเลือกชิ้นส่วนลำเลียงให้เหมาะสมเพื่อหลีกเลี่ยงแรงดันเกินที่แม่พิมพ์.

สำหรับ วัสดุไวต่อความร้อน (เช่น พีวีซี โพลิเมอร์ชีวภาพบางชนิด):

• การนวดแป้งควรใช้เวลาสั้นลงและไม่รุนแรงมากนัก โดยเน้นที่การผสมให้ทั่วถึง.
• การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิอันเนื่องมาจากแรงเฉือนจะต้องได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวด การให้ความร้อนแก่กระบอกสูบช่วยให้เกิดงานได้มากกว่าการใช้พลังงานเชิงกล.
• ช่วงการผสมที่ยาวขึ้นแต่มีความนุ่มนวลกว่า สามารถช่วยชดเชยเพื่อรักษาการกระจายตัวที่ดีได้.

สำหรับ สารประกอบที่มีปริมาณสารเติมเต็มสูง ประกอบด้วยอนุภาคแข็ง:

• อาจจำเป็นต้องมีการผสมแบบกระจายตัวอย่างเข้มข้นในช่วงแรกเพื่อสลายก้อนที่จับตัวเป็นก้อน.
• อย่างไรก็ตาม แรงเฉือนที่สูงมากอาจทำให้โครงสร้างของอนุภาคเสียหายหรือทำให้เกิดการสึกหรอมากเกินไป.
• โดยทั่วไปแล้ว ชิ้นส่วนเกลียวจะถูกจัดเรียงเพื่อให้สารตัวเติมกระจายตัวอย่างทั่วถึงก่อน จากนั้นจึงค่อยใช้การผสมแบบกระจายตัวเฉพาะจุดเมื่อความหนืดและการกระจายตัวเพียงพอแล้ว.

สำหรับ วัสดุเสริมแรงด้วยเส้นใย:

• ธาตุที่มีฤทธิ์กัดกร่อนจะทำให้เส้นใยสั้นลงและลดคุณสมบัติทางกลลง.
• ควรใช้บล็อกนวดแป้งอย่างระมัดระวังและในมุมที่พอเหมาะ การผสมให้ทั่วถึงเป็นสิ่งสำคัญที่สุด.
• องค์ประกอบการลำเลียงและองค์ประกอบการผสมแบบอ่อนโยนช่วยจัดการการกระจายตัวส่วนใหญ่โดยไม่ทำให้เส้นใยแตกหักมากเกินไป.

ด้วยการออกแบบสกรูให้สอดคล้องกับคุณสมบัติทางด้านการไหล ความเสถียรทางความร้อน และลักษณะของอนุภาค คุณจะสามารถบรรลุช่วงการทำงานที่แข็งแกร่งและคุณภาพผลิตภัณฑ์ที่สม่ำเสมอได้.

ด้วยการพิจารณาการออกแบบสกรูผ่านมุมมองของคำถามและข้อแลกเปลี่ยนเหล่านี้ วิศวกรกระบวนการสามารถกำหนดค่าสกรูของเครื่องอัดรีดแบบสกรูคู่ได้อย่างเป็นระบบ เพื่อให้ได้สมดุลที่ต้องการระหว่างการลำเลียง การผสม และการควบคุมอุณหภูมิสำหรับสูตรใดๆ ก็ตาม.