Optimering af de økonomiske fordele ved ekstrudere: En kort analyse af faktorer, der påvirker kapacitetseffektiviteten

Samæltning dobbeltskrueekstruder (herefter benævnt ekstruder) er blevet kerneudstyret i forarbejdningen af ​​modificeret plast på grund af dets fremragende blandingsevne, personlige skruekombinationer og gode selvrensende ydeevne.

Ekstruderens produktionseffektivitet er en parameter, som modifikationsvirksomheder værdsætter meget, når de vælger udstyr. Det er en generel opfattelse, at ekstrudere med større diameter har større produktionseffektivitet, men faktisk er store diametre ikke den eneste faktor til at forbedre ekstruderens produktionseffektivitet. Faktorer, der påvirker ekstruderens produktionseffektivitet, omfatter ekstruderens hastighed, volumenforhold, specifikt drejningsmoment, skruekombinationens design, formuleringsmaterialets tilstand, blødgøringstilstand, udstyrsslid osv.

I det følgende vil vi analysere de påvirkende faktorer én efter én i henhold til materialets tilstand i forskellige processer i ekstruderen og designet af skruekombinationen. I denne artikel vil vi uddybe dette i detaljer fra ekstruderingstransportmekanismens perspektiv.

Ekstruderingstransportørmekanisme

Forskningen i transportmekanismen i enkeltskrueekstruderen er grundlaget for udviklingen af ​​dobbeltskrueekstruderen. Den tidligste teori om transport med enkeltskrue blev foreslået af Darnel og Mol. Dens kernepoint er, at materialernes fremadrettede transportkraft i en enkeltskrueekstruder er baseret på transport af fast materiale under friktionsmodstand. Når forspringet i ekstruderens skrueelement gradvist aftager, eller ekstruderingskraften fra æltemodstandselementet påføres, bliver det oprindeligt luftige og dispergerede materiale til en fast prop uden relativ forskydning, og friktionen mellem den faste prop og overfladen af ​​snekken og den faste prop. Sammen med friktionskraften mellem snekkecylinderens indre overflade transporteres den faste prop fremad langs snekkerillen.

Den klassiske transportteori har sine begrænsninger, når den fremsættes. Den antager, at der ikke er nogen relativ forskydning inde i den massive prop, og at den friktionskraft, den modtager, er konstant. Den faktiske situation er dog helt anderledes, så den teoretiske beregningsformel er ofte forskellig fra den faktiske store afvigelse. Ikke desto mindre fremlægger denne teori essensen af ​​ekstruderens snegletransport, dvs. at friktionskomponentkraften fra sneglecylinderen på materialet langs snekkens kant af snekkerillen er kilden til materialetransport, og friktionen mellem overfladen af ​​den roterende snekke og materialet er det begrænsende materiale. Progressiv modstand. Med andre ord er forskellen mellem friktionskoefficienten fi mellem det materiale, der transporteres, og snekkens metaloverflade og friktionskoefficienten fb mellem materialet og metaloverfladen inde i sneglecylinderen kilden til den drivende kraft for friktionstræk. Bevægelses- og kraftanalysen af ​​materialets fremadrettede transport er vist på billede 1.

Selvom den tidligste og mest detaljerede teori om faststoftransport baseret på faststoftribostatik blev foreslået af Darnel og Mol, er der flere grundlæggende antagelser:
1. I ekstruderens skruekanal findes harpiksmaterialet i en fast props tilstand, og det har en fast leveringshastighed, og retningen af ​​trykket på den faste prop er kun i overensstemmelse med materialets bevægelse;
2. Den massive prop og enhver overflade i skruerillen interagerer med hinanden, og dens friktionskoefficient vil ikke ændre sig med trykudsving, men kun med temperaturændringer;
3. Idet der ikke tages hensyn til ændringen i den faste props bulkdensitet og indflydelsen fra jordens tyngdekraft, og det antages, at der ikke er noget mellemrum mellem ekstruderens cylinder og snekken;
4. Skruen er stationær i forhold til skruecylinderen, og det ses som om skruecylinderen bevæger sig.
Potente et al. mener, at materialets bulkdensitet/bulkdensitet er forskellig i forskellige områder i skruens sporområde på skruens akse. I nogle områder er materialet i en løs tilstand, og i nogle områder vil materialet blive presset til at danne en fast prop. Transportmekanismen for den faste propdel er relateret til Darnell-Mol transportteorien er konsistent, og følgende formel opnås ved at analysere den faste props bevægelsestilstand og kraft:

Det kan ses ud fra formlen (1), at leveringsvolumenet G er positivt korreleret med rotationshastigheden n, volumenforholdet H og skruediameteren Db. Da antagelserne i Darnel og Mols teori om enkeltskruetransport ikke stemmer overens med virkeligheden, er der en stor afvigelse mellem de data, der er beregnet af senere generationer, og de faktiske produktionsdata. Siden da har et stort antal forskere udført mere detaljeret forskning i denne teori. I et stort antal undersøgelser er de to teorier, der anerkendes af mange forskere, den viskøse trækkraftteori foreslået af Chung et al. og den viskøse trækkraftteori foreslået af Tedder, energibalanceteori.

Selvom der er uenigheder mellem teorierne, er det centrale udgangspunkt for Darnell-Mol-teorien og Tedder-teorien i bund og grund det samme, dvs. den dynamiske friktionskraft mellem materialet i enkeltskruet ekstruder og den indre væg af sneglecylinderen er den vigtigste faktor for transport af faste materialer. Kilden til essensen. Forskellen er, at Chung mener, at materialet først vil gnide mod metalvæggen inde i cylinderen for at producere et tyndt lag smelte, og det er den viskøse trækkraft, der genereres af dette tynde lag smelte, der påvirker ydeevnen af ​​​​transport af faste materialer. Det, der har ovenstående tre teorier til fælles, er, at det faste materiale i ekstruderen antages at være en fast prop, materialet i den faste transportsektion betragtes som tæt, og der er ingen relativ forskydning mellem de faste partikler.

Zhu Fuhua og andre bemærkede i hele processen med visuel ekstruderarbejde, at før materialet kommer ind i smeltesektionen, er de faste partikler grundlæggende i gang med gensidig udveksling og glidning, og skruerillen er ikke helt fyldt. Dette fænomen forsvinder ikke gradvist, før det kommer ind i smeltesektionen. Derudover kan det under den fremadrettede transportproces af harpikspartiklerne tydeligt observeres, at der er en skinnende smelte mellem harpikspartiklerne. Efterhånden som den plads, der optages af smelten i det senere trin, bliver større, bliver grænsen mellem partiklerne og smelten mindre tydelig. Dette beviser visuelt diskontinuiteten i den faste prop og uundgåeligheden af ​​​​forskydningsændringen af ​​​​den faste prop. Baseret på et stort antal observationer og eksperimenter foreslog Zhu Fuhua for første gang teorien om ikke-prop-flow faststoftransport.

Desværre kunne teorien om ikke-plug-flow faststoftransport i lang tid efter at den blev foreslået, ikke bruges til at håndtere praktiske problemer i hverken hjemlandet eller i udlandet på grund af teoriens kompleksitet. Selvom beregningsnøjagtigheden af ​​ikke-plug-flow faststoftransportteorien er blevet betydeligt forbedret, er der ingen eksplicit formel til beregning af produktion og tryk, og det er i sig selv et ikke-lineært kontaktproblem. Der er mange og komplicerede formler, og finite element-metoden er nødvendig til beregning. Dette medfører store vanskeligheder i den praktiske anvendelse. Carrot studerede geometrien af ​​indbyrdes indgribende, samroterende dobbeltskruer og skabte en model af materialetransportprocessen i en dobbeltskrueekstruder som grundlag for forskning. De påpegede enstemmigt, at transportprocessen af ​​materialer i ekstruderen er kompleks og forskelligartet, og at der primært er to transportmekanismer, nemlig positiv forskydningstransport langs skruens akse i det øvre indgrebsområde og friktionsmodstandstransport i skruens sporområde. Liu Tinghua et al. har udført en masse eksperimenter med den komplette trevejs visuelle ekstruder og opdelt den faste transportsektion i positiv fortrængningstransport i indgrebsområdet og friktionstransport af granulære partikler i sideskruesporområdet. Transportvolumenet for positiv fortrængning i indgrebsområdet beregnes som formel (2):

Hvordan man maksimerer de økonomiske fordele ved ekstruderen er uadskilleligt fra ekstruderens produktionseffektivitet. Produktionseffektiviteten bestemmes ikke kun af ekstruderens fysiske parametre og procesforhold, men materialets tilstand påvirker også produktionseffektiviteten. Jo lavere materialets bulkdensitet er, desto højere er luftindholdet i materialet. Ved transport af materialet med snekken bevæger det sig faktisk fremad med den samme mængde materiale. Jo lavere bulkdensitet, desto lavere er transportkapaciteten.

Under smelteblandingen i ekstruderen komprimeres et stort antal partikler og pulvere og omdannes til smelte. Den eneste måde at forlade ekstruderens indre på er at strømme tilbage til halen, hvilket forhindrer kontinuerlig pulvertilførsel. Når tryk og hastighed af modstrømmen overstiger en vis kritisk værdi, vil den returnere kraften. Når snekkens tværsnitsrum bliver mindre, vil luftmodstrømmen. Jo højere trykket er, desto højere vil hastigheden være. På dette tidspunkt kan det have en negativ indvirkning på tilførslen, fordi hastighedsoverløbspunktet falder med stigende hastighed, det vil sige, jo højere hastigheden er, desto mere fluidiseret er tilførslen. Som tidligere nævnt er friktion nøglen til materialetransport. Transporteffektiviteten er direkte proportional med den "dynamiske" friktionskoefficient. Jo højere friktionskoefficienten for snekkecylinderen er, desto højere er transporteffektiviteten. Ændringen i friktionskraften vil også påvirke dens transporteffektivitet. Derudover vil forskellige snekkekombinationer og strukturer også påvirke dens "dynamiske" friktionskoefficient.