Thiết kế vít đùn đôi

Thiết kế vít điều khiển những gì trong quá trình ép đùn

Trong máy đùn trục vít đôi quay cùng chiều, thiết kế trục vít là yếu tố chính để chuyển đổi công suất động cơ và nhiệt độ thùng máy thành quá trình biến đổi vật liệu được kiểm soát. Cách bạn cấu hình các bộ phận trục vít không chỉ quyết định năng suất đạt được mà còn ảnh hưởng đến cách polymer hoặc hợp chất được nóng chảy, trộn, khử khí và nén.

Ở mức độ cơ bản nhất, thiết kế vít kiểm soát:

• Lưu lượng dòng chảy và mức độ đầy dọc theo thùng
• Biểu đồ áp suất từ khâu cấp liệu đến khuôn
• Tốc độ nóng chảy và độ đồng nhất của chất nóng chảy
• Trộn phân phối và phân tán các chất phụ gia và hạt.
• Thời gian lưu trú và sự phân bố của nó (RTD)
• Sự phát sinh nhiệt độ do ma sát và biến dạng nhớt
• Hiệu quả thoát khí tại các cửa thông hơi
• Chất lượng và độ ổn định của sản phẩm cuối cùng tại khuôn đúc

Những kết quả này xuất phát từ cách các bộ phận truyền tải, khối nhào trộn và các bộ phận vít đặc biệt khác tương tác với vật liệu. Sự thay đổi về bước ren, độ sâu cánh vít, chiều rộng đĩa nhào trộn và góc lệch tâm làm thay đổi mô hình dòng chảy cục bộ, mức độ cắt và sự tích tụ áp suất, từ đó ảnh hưởng đến hành vi của vật liệu.

Có thể coi một trục vít đùn đôi điển hình như một chuỗi các vùng xử lý, mỗi vùng được xác định bởi các bộ phận trục vít của nó:

• Khu vực cấp liệu / vận chuyển chất rắn – Các phần tử truyền động có bước răng thô kẹp chặt các viên nén hoặc bột và di chuyển chúng về phía trước với lực nén tối thiểu.
• Vùng nóng chảy / hóa dẻo – Chuyển đổi dần dần từ vận chuyển chất rắn sang quá trình nóng chảy một phần, sử dụng các bộ phận vận chuyển và nhào trộn nhẹ nhàng để tránh hiện tượng dâng trào.
• Khu vực trộn đầu tiên – Các khối nhào trộn và các bộ phận trộn phân tán giúp phân tán chất tạo màu, chất độn và phụ gia sau khi hầu hết nguyên liệu đã tan chảy.
• Vùng khử khí / thông gió – Các bộ phận vận chuyển và đôi khi là các khối nhào ngược giúp giảm áp suất và tăng cường quá trình làm mới bề mặt để loại bỏ độ ẩm hoặc dung môi.
• Khu vực trộn/đồng nhất cuối cùng – Các phần tử trộn bổ sung hoàn thiện quá trình trộn phân phối hoặc phân tán, thường ở lực cắt thấp hơn để tránh quá nhiệt.
• Khu vực đo lường và điều áp – Việc sử dụng các chi tiết có bước răng phù hợp giúp tạo áp suất ổn định tại khuôn, đảm bảo sản lượng đầu ra nhất quán và kiểm soát kích thước.

Do đó, cùng một loại phần cứng máy đùn có thể hoạt động rất khác nhau tùy thuộc vào thiết kế trục vít. Đối với một kỹ sư quy trình, việc hiểu cách mỗi loại phần tử định hình dòng chảy và lực cắt là điều cần thiết để mở rộng quy mô và khắc phục sự cố một cách có thể dự đoán được.

Tại sao việc lựa chọn nguyên tố pha trộn lại quan trọng?

Trong các khu vực này, các yếu tố trộn quyết định hiệu quả phân phối các thành phần và liệu các khối kết tụ và cụm hạt có bị phá vỡ hay không. Lựa chọn sai lầm sẽ dẫn trực tiếp đến các khuyết tật có thể nhìn thấy, hoạt động không ổn định và thậm chí là sự xuống cấp mãn tính.

Các phần tử trộn phân phối được thiết kế để liên tục chia nhỏ, kéo giãn và kết hợp lại dòng chảy mà không nhất thiết phải tạo ra ứng suất cắt cực cao. Chúng thúc đẩy sự phân bố đều các chất tạo màu, phụ gia và chất độn trong toàn bộ hỗn hợp nóng chảy. Ví dụ bao gồm:

• Khối nhào bột có độ lệch thấp
• Các phần tử trộn phân phối đặc biệt với các kênh hoặc thùy lệch tâm.
• Các phần tử truyền tải gián đoạn hoặc "lược" liên tục chia nhỏ dòng chảy nóng chảy.

Các phần tử trộn phân tán được sử dụng khi cần phá vỡ các cụm hạt hoặc phân tách các hạt mịn. Các phần tử này tạo ra ứng suất cắt và ứng suất kéo cục bộ cao hơn, buộc các cụm hạt phải vỡ ra. Các lựa chọn điển hình bao gồm:

• Khối nhào bột xếp lệch cao với đĩa hẹp
• Các khối có khe hở đầu hẹp và khoảng cách nhỏ.
• Một số bộ phận trộn tốc độ cao được thiết kế để tạo ra sự dao động áp suất mạnh.

Nhược điểm là việc trộn phân tán mạnh hơn sẽ tạo ra hiện tượng gia nhiệt nhớt hơn và nhiệt độ nóng chảy cao hơn, điều này có thể không thể chấp nhận được đối với các polyme nhạy nhiệt hoặc chất độn dễ vỡ. Việc lạm dụng các phần tử trộn mạnh cũng có thể làm giảm quá mức thời gian lưu trú trong các vùng phía hạ lưu và dẫn đến mô-men xoắn và áp suất cực đại cao.

Vì lý do đó, thiết kế trục vít hầu như luôn kết hợp cả vùng trộn phân phối và vùng trộn tán xạ. Hiểu được sự khác biệt giữa các chế độ trộn này là nền tảng cho việc cấu hình trục vít hợp lý.

Trộn phân phối so với trộn phân tán

Định nghĩa rõ ràng về cả hai chế độ trộn.

Trong ép đùn trục vít đôi, "trộn" không phải là một khái niệm duy nhất. Các kỹ sư quy trình thường phân biệt giữa... phân phối Và phân tán trộn:

• Trộn phân phối liên quan đến phân bố không gian của các thành phần. Mục tiêu của nó là chia và phân phối lại các dòng chảy nóng chảy sao cho mỗi thể tích nhỏ vật liệu đều có thành phần như nhau. Kích thước của các hạt hoặc giọt có thể không thay đổi đáng kể, nhưng chúng được phân bố đều khắp ma trận.
• Trộn phân tán liên quan đến giảm kích thước của các cụm hoặc giọt. Mục tiêu của nó là phá vỡ các cụm sắc tố, chất độn hoặc các pha không hòa tan bằng cách tạo ra các ứng suất đủ lớn để vượt qua các lực liên kết bên trong các cụm.

Xét từ góc độ dòng chảy:

• Quá trình trộn phân phối dựa trên việc lặp đi lặp lại quá trình chia nhỏ, kéo giãn, gấp lại và kết hợp lại chất nóng chảy. Về cơ bản, nó liên quan đến việc sắp xếp lại và phân phối dòng chảy.
• Quá trình trộn phân tán dựa vào lực cắt cục bộ cao và đôi khi là dòng chảy giãn nở, cùng với sự chênh lệch áp suất và vận tốc nhanh, để tạo ra các đỉnh ứng suất làm phân mảnh các cụm.

Các cấu hình trục vít được thiết kế tốt thường cung cấp đủ sự trộn phân phối ban đầu để đạt được thành phần đồng nhất, sau đó áp dụng sự trộn phân tán có mục tiêu tại những nơi cần phá vỡ sự kết tụ.

Khi nào cần từng loại

Bạn có thể xem xét loại hỗn hợp cần thiết dựa trên hệ thống vật liệu và những thách thức của nó:

• Việc trộn phân phối là rất quan trọng khi:
• Bạn đang trộn các polyme có độ nhớt tương tự và sức căng bề mặt vừa phải.
• Các chất phụ gia đã được nghiền mịn và không tạo thành các cục vón cứng.
• Bạn đang sản xuất các hạt màu tổng hợp (masterbatch) mà các cụm chất tạo màu đã được phá vỡ trong quá trình xử lý trước đó.
• Bạn cần duy trì hình thái của chất làm đầy (ví dụ: tránh làm vỡ quá mức các sợi thủy tinh hoặc tiểu cầu).

Trong những trường hợp này, việc trộn phân tán mạnh không chỉ không cần thiết mà còn có thể gây hại do sinh nhiệt quá mức và làm hư hỏng cơ học. Một thiết kế chủ yếu dựa vào các phần tử trộn phân phối và các khối nhào có độ lệch thấp thường bền vững hơn.

• Trộn phân tán là cần thiết khi:
• Bột màu hoặc muội than thường được vận chuyển dưới dạng các khối cứng.
• Các chất độn như silica hoặc oxit kim loại có xu hướng tạo thành các cụm hạt bền chắc.
• Bạn đang trộn các polyme không tương thích thành hỗn hợp hoặc hợp kim mịn.
• Quá trình phân tách các cụm hạt quyết định trực tiếp các tính chất cơ học hoặc quang học cuối cùng.

Tại đây, thiết kế trục vít phải bao gồm các vùng tạo ra đủ ứng suất cắt và biến động áp suất để phá vỡ các khối kết tụ. Các khối nhào trộn có độ lệch cao và các phần tử trộn phân tán chuyên dụng được bố trí có chủ đích ở những nơi độ nhớt đủ cao để truyền ứng suất nhưng không quá cao đến mức vượt quá giới hạn mô-men xoắn.

Trên thực tế, cùng một máy đùn có thể cần các thiết kế trục vít khác nhau cho các công thức khác nhau, đặc biệt là khi chuyển đổi giữa các loại hợp chất có hàm lượng chất độn cao và các loại không chứa chất độn hoặc chứa hàm lượng chất độn thấp.

Ảnh hưởng của lực cắt và thời gian lưu trú đến kết quả.

Cả hai chế độ trộn đều phụ thuộc vào lượng... lực cắt Phương pháp này ảnh hưởng đến vật liệu và thời gian tác dụng (thời gian lưu trú). Tuy nhiên, chúng phản ứng khác nhau với các thông số này.

Vì trộn phân phối, Bạn muốn:

• Tốc độ cắt vừa phải để giữ cho chất nóng chảy tiếp tục chảy và kéo giãn các bề mặt tiếp xúc.
• Thời gian lưu đủ để hỗn hợp nóng chảy được tách ra và kết hợp lại nhiều lần.
• Phân bổ thời gian lưu trú rộng rãi nhưng được kiểm soát để tránh các vùng chết và hiện tượng bỏ qua đường truyền.

Các khối nhào trộn có độ lệch thấp và các phần tử trộn phân phối hoạt động hiệu quả ở đây vì chúng tạo ra sự sắp xếp lại dòng chảy lớn ở mức ứng suất tương đối thấp. Thời gian lưu quá ngắn hoặc quá ít phần trộn sẽ để lại các vệt rõ rệt và sự phân bố màu kém.

Vì trộn phân tán, Điều quan trọng là phải đạt được mức độ căng thẳng vượt trên độ bền liên kết của các khối kết tụ, dù chỉ trong thời gian ngắn:

• Tốc độ biến dạng cắt phải đủ cao để tạo ra các đỉnh ứng suất ngắn và mạnh.
• Các khe hở cục bộ giữa các đĩa nhào bột và thùng trộn hoặc giữa các đĩa liền kề trở nên rất quan trọng.
• Một mức độ trộn ngược nhất định là hữu ích vì nó liên tục cho các khối kết tụ tiếp xúc với các vùng có ứng suất cao.

Góc lệch của các khối nhào trộn, chiều rộng đĩa và khe hở đầu trục đều ảnh hưởng mạnh mẽ đến các ứng suất này. Góc lớn hơn và đĩa hẹp hơn thường làm tăng biến thiên áp suất và lực cắt cục bộ, thúc đẩy quá trình phân tán nhưng cũng làm tăng nhiệt độ nóng chảy và mô-men xoắn.

Thách thức trong thiết kế là tạo ra lực cắt và thời gian lưu vừa đủ để đạt được sự phân tán và phân bố mong muốn mà không làm quá tải vật liệu.

Khối nhào bột trong khu vực trộn

Chiều rộng, chiều dài và góc lệch của đĩa

Khối nhào trộn là một trong những công cụ trộn mạnh mẽ nhất trong máy đùn trục vít đôi. Chúng bao gồm nhiều đĩa xếp chồng lên nhau trên một trục có khía, mỗi đĩa được đặt lệch nhau một khoảng xác định. góc lệch. Ba biến số thiết kế chủ yếu quyết định cách hoạt động của khối nhào bột:

• Chiều rộng đĩa – Độ dày của mỗi đĩa dọc theo trục vít.
• Chiều dài khối (số lượng đĩa) – Có bao nhiêu đĩa được kết hợp theo trình tự.
• Góc lệch – Độ lệch góc giữa các đĩa liền kề.

Độ rộng đĩa và sự trộn phân tán:
Các đĩa nhào bột hẹp hơn có xu hướng tạo ra sự thay đổi thường xuyên hơn về mô hình dòng chảy mặt cắt ngang dọc theo trục vít. Điều này dẫn đến:

• Nhiều giao diện hơn, nơi quá trình nóng chảy tăng tốc và giảm tốc.
• Biến động áp suất cục bộ cao hơn trên khoảng cách ngắn.
• Nhiều cơ hội hơn cho sự biến dạng cục bộ mạnh và dòng chảy giãn nở.

Do đó, đĩa hẹp hơn thường làm tăng cường độ trộn phân tán, Cải thiện khả năng phân tán các cụm hạt cứng đầu. Các đĩa rộng hơn sẽ nhẹ nhàng hơn; chúng tạo ra các đường dẫn dòng chảy mượt mà hơn và thường được ưa chuộng khi bạn muốn trộn đều hơn với ứng suất thấp hơn.

Chiều dài khu nhà và thời gian lưu trú:
Khối nhào bột dài hơn (nhiều đĩa hơn trong một hàng) mang lại:

• Quá trình phân tách và kết hợp lại vật liệu diễn ra lặp đi lặp lại nhiều lần hơn.
• Sự trộn lẫn ngược mạnh hơn và sự phân bố thời gian lưu trú rộng hơn.
• Tổng lượng năng lượng tiêu thụ và nhiệt độ tăng lên.

Các khối ngắn hơn có tác dụng cục bộ hơn và dễ dàng lắp đặt giữa các bộ phận vận chuyển mà không làm tăng đột ngột mô-men xoắn hoặc nhiệt độ nóng chảy.

Góc lệch và lực cắt:
Góc lệch là một trong những yếu tố chính để điều chỉnh mối quan hệ giữa quá trình vận chuyển về phía trước và cường độ cắt:

• Góc nghiêng nhỏ (ví dụ: độ lệch "vừa phải") thúc đẩy quá trình bơm hướng về phía trước với lực cắt vừa phải, tạo điều kiện thuận lợi cho sự trộn lẫn phân tán.
• Góc nghiêng lớn (ví dụ: độ nghiêng "dốc") làm giảm lưu lượng tịnh, tăng hiện tượng trộn ngược và làm tăng đáng kể độ dốc áp suất và lực cắt, tạo điều kiện thuận lợi cho sự trộn phân tán.

Do đó, với cùng một loại vật liệu và lưu lượng, bạn có thể chuyển từ phương pháp trộn chủ yếu theo kiểu phân tán sang phương pháp trộn theo kiểu phân tán mạnh mẽ chỉ bằng cách giảm chiều rộng đĩa, tăng chiều dài khối và tăng góc lệch.

Khối nhào bột tiến, trung tính và lùi

Ngoài góc nghiêng so le, các khối nhào bột có thể được phía trước, trung lập, hoặc đảo ngược Vận chuyển. Điều này mô tả cách hình dạng hình học của chúng ảnh hưởng đến sự vận chuyển vật chất ròng:

• Khối nhào bột phía trước Chúng có hiệu ứng bơm dương tổng thể tương tự như các phần tử vận chuyển nhưng với khả năng trộn mạnh hơn và lực cắt cao hơn. Chúng hữu ích khi bạn cần trộn mà không làm giảm quá nhiều lưu lượng hoặc khi bạn muốn tránh sự tích tụ áp suất mạnh.
• Khối nhào bột trung tính Chúng có khả năng vận chuyển vật liệu gần như bằng không. Vật liệu có xu hướng dao động qua lại trên khối, làm tăng đáng kể thời gian lưu trú và sự trộn ngược. Chúng thường được sử dụng trong các khu vực trộn mạnh, nơi áp suất có thể được xử lý bởi các bộ phận ở phía thượng nguồn và hạ nguồn.
• Khối nhào bột ngược Chúng có tác động tiêu cực đến quá trình vận chuyển. Chúng đẩy vật liệu ngược chiều quay của trục vít trong khi toàn bộ máy đùn vẫn di chuyển vật liệu về phía trước. Điều này gây ra sự tích tụ áp suất mạnh ở phía thượng nguồn và tạo ra ứng suất cao cũng như thời gian lưu trú dài trong vùng trộn.

Khối đảo ngược đặc biệt hiệu quả trong các trường hợp sau:

• Trộn phân tán cường độ cao để phá vỡ các cụm hạt.
• Tăng mức chất lỏng và áp suất phía trước các khu vực thông hơi hoặc cấp liệu bên hông.
• Tạo lớp niêm phong nóng chảy chắc chắn để khử khí.

Tuy nhiên, chúng cũng làm tăng mô-men xoắn và nhiệt độ nóng chảy đáng kể, do đó việc sử dụng chúng phải được cân bằng cẩn thận với độ ổn định nhiệt của vật liệu và giới hạn cơ học của máy đùn.

Hình học ảnh hưởng đến cường độ trộn như thế nào?

Nhìn chung, hình dạng khối nhào trộn cho phép kiểm soát cường độ trộn một cách chính xác trong máy đùn trục vít đôi:

• Đĩa hẹp, khối dài, góc lệch lớn và hướng ngược lại. Đẩy mạnh thiết kế theo hướng trộn phân tán mạnh mẽ với lực cắt lớn và trộn ngược.
• Đĩa rộng, khối ngắn, góc lệch thấp và hướng về phía trước. Thúc đẩy thiết kế hướng tới sự trộn đều nhẹ nhàng hơn với dòng chảy mượt mà hơn và ứng suất thấp hơn.

Khe hở giữa đĩa và thân máy, cũng như giữa các vít đối diện, cũng rất quan trọng. Khe hở nhỏ hơn sẽ làm tăng lực cắt và độ chênh lệch áp suất, thúc đẩy sự trộn lẫn phân tán nhưng làm tăng mài mòn và nguy cơ quá nhiệt.

Khi bạn tăng cường độ khuấy trộn, bạn sẽ phải đánh đổi:

• Cải thiện khả năng phân tán và phát triển màu sắc.
• Điều này dẫn đến nhiệt độ nóng chảy cao hơn, mô-men xoắn lớn hơn và nguy cơ suy thoái polymer và phụ gia cao hơn.

Đây là lý do tại sao thiết kế trục vít hiếm khi chỉ dựa vào các khối nhào trộn. Chúng được kết hợp với các bộ phận vận chuyển và đôi khi là các bộ phận trộn phân phối chuyên dụng để tạo ra một cấu hình tổng thể đáp ứng hiệu suất trộn cần thiết đồng thời kiểm soát nhiệt độ và thời gian lưu giữ.

Vận chuyển các yếu tố và vật liệu

Độ dốc và thông lượng

Các bộ phận truyền động là "ngựa chiến" trong việc vận chuyển vật liệu trong máy đùn trục vít đôi. Chúng có hình dạng giống như các trục vít xoắn ốc truyền thống, với hình dạng xác định. sân bóng đá và độ sâu kênh.

Sân bóng đá là khoảng cách trục giữa các chuyến bay liên tiếp. Với đường kính và tốc độ vít nhất định:

• Bước răng lớn hơn Nó làm tăng khả năng vận chuyển lý thuyết và có xu hướng đẩy vật liệu đi nhanh hơn. Điều này hỗ trợ năng suất cao hơn nhưng thường với áp suất tích tụ thấp hơn.
• Khoảng cách nhỏ hơn Giảm khả năng vận chuyển nhưng tăng cường khả năng nén và tạo áp suất, đặc biệt là trong các hệ thống có hàm lượng chất độn cao hoặc độ nhớt cao.

Các kỹ sư quy trình điều chỉnh bước ren dọc theo trục vít để:

• Đảm bảo vận chuyển chất rắn hiệu quả trong khu vực cấp liệu và khu vực nóng chảy ban đầu.
• Giảm dần lượng nhựa đường để hỗ trợ quá trình nóng chảy và tăng áp suất khi cần thiết.
• Sử dụng khoảng cách giữa các chân chip nhỏ hơn gần chip để đảm bảo quá trình định lượng ổn định.

Mặc dù các bộ phận vận chuyển tạo ra một số lực cắt, nhưng chúng không phải là các bộ phận trộn chính. Đóng góp chính của chúng vào quá trình trộn là thông qua việc kiểm soát lượng nguyên liệu nạp và sự phát triển áp suất, điều này ảnh hưởng đến cách thức hoạt động của các khối nhào bột và các bộ phận trộn khác.

Mức độ đầy và sự phát triển áp suất

Các yếu tố truyền tải ảnh hưởng mạnh mẽ mức độ đầy trong mỗi phần của máy đùn, từ đó kiểm soát sự biến dạng cục bộ và sự phát triển nhiệt độ:

• TRONG các khu vực được lấp đầy một phần, Các viên nén hoặc mảnh vụn rắn trượt và lăn lộn, với sự tạo thành chất nóng chảy hạn chế. Lực cắt tương đối thấp và không liên tục.
• TRONG các khu vực được lấp đầy hoàn toàn, Chất lỏng nóng chảy có độ nhớt cao được ép qua các kênh xoắn ốc, tạo ra lực cắt liên tục hơn và gia nhiệt do độ nhớt.

Bằng cách chọn đúng cao độ và độ sâu kênh, bạn có thể tạo ra:

• Một vùng vận chuyển chất rắn hầu như không có chất rắn, giúp giảm thiểu hiện tượng dâng trào.
• Một vùng nóng chảy được kiểm soát, nơi lớp vật liệu dần dần chuyển sang trạng thái nóng chảy hoàn toàn.
• Các phần được lấp đầy hoàn toàn ở phía trước các khối nhào trộn để đảm bảo chúng hoạt động ở giai đoạn nóng chảy liên tục.
• Giảm lượng vật liệu gần các lỗ thông hơi để cho phép khí thoát ra ngoài mà không làm hao hụt vật liệu nóng chảy.

Sự phát triển áp suất cũng phần lớn phụ thuộc vào các yếu tố vận chuyển. Khoảng cách giữa các rãnh hẹp hơn và độ sâu kênh giảm sẽ làm tăng áp suất, điều này có thể dẫn đến:

• Cải thiện độ ổn định của khuôn và chất lượng bề mặt.
• Giúp thúc đẩy quá trình nóng chảy qua các bộ lọc hạn chế hoặc khuôn mẫu tinh xảo.
• Nhưng đồng thời cũng làm tăng nhiệt độ nóng chảy và tải trọng cơ học.

Hiểu rõ cách các bộ phận vận chuyển kiểm soát mức độ đầy và áp suất là rất quan trọng để đảm bảo các khối nhào trộn hoạt động một cách ổn định, đặc biệt là đối với các vật liệu nhạy cảm.

Các yếu tố dẫn truyền hỗ trợ quá trình nóng chảy và thoát khí như thế nào?

Mặc dù vít tải không phải là các bộ phận trộn cường độ cao, nhưng chúng đóng vai trò trung tâm trong quá trình này. tan chảy Và khử khí:

• Trong vùng nóng chảy, Các bộ phận vận chuyển được thiết kế đúng cách đảm bảo các viên nén tiếp xúc tốt với thùng nóng và với phần nóng chảy hình thành sớm. Điều này thúc đẩy quá trình truyền nhiệt hiệu quả và kiểm soát được các mặt trận nóng chảy, giảm thiểu các hạt chưa tan chảy tại các bộ phận trộn ở phía hạ lưu.
• Xung quanh cổng thông gió, Các bộ phận truyền tải được sử dụng để:
• Giảm áp suất để khí có thể thoát ra ngoài.
• Duy trì lớp bịt kín nóng chảy ổn định ở phía hạ lưu để ngăn chất nóng chảy thoát ra khỏi cổng.
• Đảm bảo bề mặt được làm mới đủ để các chất dễ bay hơi khuếch tán ra ngoài mà không cần lực cắt quá mạnh.

Những hạn chế của chúng cũng quan trọng không kém:

• Các bộ phận vận chuyển cung cấp khả năng trộn phân phối hạn chế và khả năng trộn phân tán yếu so với các khối nhào bột và các bộ phận trộn chuyên dụng.
• Việc chỉ dựa vào các thành phần vận chuyển để trộn thường dẫn đến sự phân bố chất phụ gia không đồng đều và các khuyết tật có thể nhìn thấy được.
• Việc thay đổi bước ren quá đột ngột có thể tạo ra hiện tượng điền đầy không ổn định, hoặc gây nứt vỡ tại khuôn đúc.

Trong một máy ép đùn trục vít được thiết kế tốt, các bộ phận vận chuyển, khối nhào trộn và các bộ phận trộn khác được kết hợp để tạo ra một chuỗi vận chuyển – nóng chảy – trộn – khử khí – đo lường phù hợp với hệ thống vật liệu cụ thể.

Sự đánh đổi trong thiết kế và lựa chọn thực tế

Cân bằng lực cắt, nhiệt độ và thời gian lưu trú

Mỗi thiết kế ốc vít đều là sự thỏa hiệp giữa các yếu tố sau: lực cắt, sự gia tăng nhiệt độ, Và thời gian cư trú:

• Việc sử dụng nhiều khối nhào trộn hơn và góc nghiêng lớn hơn sẽ làm tăng lực cắt và khả năng trộn, nhưng đồng thời cũng làm tăng nhiệt độ nóng chảy và mô-men xoắn.
• Các đoạn trộn dài hơn kéo dài thời gian lưu lại, cải thiện sự phân bố nhưng có khả năng làm tăng sự xuống cấp và thay đổi màu sắc.
• Các phần tử đảo chiều mạnh mẽ giúp cải thiện khả năng trộn phân tán và khử khí của các gioăng nhưng có nguy cơ gây ra áp suất quá cao và điểm nóng.

Trên thực tế, các kỹ sư quy trình làm việc theo phương pháp ngược từ yêu cầu sản phẩm:

• Nếu việc phân tán các cụm vật liệu là rất quan trọng, thiết kế sẽ bao gồm một hoặc nhiều vùng phân tán mạnh với các khối nhào trộn có độ lệch cao, chấp nhận một mức tăng nhiệt độ nhất định.
• Nếu tính ổn định nhiệt là yếu tố quan trọng, quá trình trộn cần dựa nhiều hơn vào các cơ chế phân phối với lực cắt vừa phải và kiểm soát cẩn thận thời gian lưu trú.
• Nếu việc thông gió và loại bỏ hơi ẩm là yếu tố then chốt, các chi tiết vít phải tạo ra sự chênh lệch áp suất thích hợp và làm chảy các mối hàn xung quanh lỗ thông hơi mà không gây ra lực cắt quá mức.

Các cặp nhiệt điện, cảm biến áp suất và dữ liệu mô-men xoắn từ máy đùn được sử dụng để kiểm tra xem thiết kế trục vít có đạt được sự cân bằng phù hợp hay không. Việc điều chỉnh thường bao gồm những thay đổi nhỏ về chiều dài hoặc góc của khối nhào trộn, hoặc thay thế một phần tử phân tán bằng một phần tử phân phối đều hơn.

Thiết kế vít phù hợp với đặc tính vật liệu

Công nghệ ép đùn trục vít đôi sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau, mỗi loại lại phản ứng khác nhau với lực cắt và nhiệt độ. Việc lựa chọn thiết kế trục vít phù hợp với đặc tính vật liệu là yếu tố then chốt để mở rộng quy mô thành công.

Vì các polyme có độ nhớt cao, giảm độ nhớt khi chịu lực cắt, Ví dụ như nhiều loại nhựa kỹ thuật:

• Chúng chịu được lực cắt cao hơn mà không làm tăng nhiệt độ quá mức.
• Các vùng trộn phân tán có thể khá mạnh, đặc biệt là đối với sự phân tán chất màu và chất độn.
• Việc lựa chọn các bộ phận dẫn hướng vẫn phải đảm bảo tránh tình trạng quá áp tại khuôn.

Vì vật liệu nhạy nhiệt (ví dụ: PVC, một số polyme sinh học):

• Các khối nhào bột nên ngắn hơn và nhẹ nhàng hơn, tập trung vào việc trộn đều bột.
• Sự gia tăng nhiệt độ do lực cắt phải được kiểm soát chặt chẽ; việc gia nhiệt bằng thùng quay tạo ra nhiều công hơn so với năng lượng cơ học.
• Các đoạn trộn dài hơn nhưng nhẹ nhàng hơn có thể bù đắp để duy trì sự phân phối tốt.

Vì hợp chất chứa nhiều chất độn với các hạt cứng:

• Việc trộn phân tán mạnh mẽ ngay từ đầu có thể cần thiết để phá vỡ các khối kết tụ.
• Tuy nhiên, lực cắt cực mạnh có thể làm hỏng hình thái hạt hoặc gây mài mòn quá mức.
• Các bộ phận vít thường được bố trí để trước tiên làm ướt chất độn một cách đồng đều, sau đó mới áp dụng phương pháp trộn phân tán có mục tiêu khi độ nhớt và khả năng làm ướt đạt yêu cầu.

Vì vật liệu gia cường sợi:

• Các chất phân tán mạnh sẽ làm ngắn sợi và làm giảm các tính chất cơ học.
• Nên sử dụng khối nhào bột một cách tiết kiệm và ở góc độ vừa phải; ưu tiên hàng đầu là trộn đều bột.
• Các bộ phận vận chuyển và bộ phận trộn nhẹ nhàng đảm nhiệm phần lớn quá trình phân phối mà không gây ra hiện tượng đứt gãy sợi quá mức.

Bằng cách kết hợp thiết kế trục vít với đặc tính lưu biến, độ ổn định nhiệt và đặc điểm hạt, bạn có thể đạt được phạm vi xử lý rộng và chất lượng sản phẩm nhất quán.

Bằng cách xem xét thiết kế trục vít thông qua lăng kính của những câu hỏi và sự đánh đổi này, các kỹ sư quy trình có thể cấu hình một cách có hệ thống các trục vít máy đùn trục đôi để đạt được sự cân bằng mong muốn giữa việc vận chuyển, trộn và kiểm soát nhiệt độ cho bất kỳ công thức nào.