Ko-rotiranje u odnosu na Protu-rotirajući ekstruderi s dvostrukim{3}}vijcima: koliko smjerovi rotacije utječu na učinak?

U svijetu spajanja materijala i ekstruzije, ekstruderi s dvo-pužom srce su proizvodnje. Njegova izvedba izravno diktira kvalitetu miješanja, učinkovitost proizvodnje i mehanička svojstva konačnog proizvoda.

NaJWELL, razumijemo da odabir prave tehnologije-Ko-rotiranjeiliProtu{0}}okretanje-je ključno za vašu specifičnu aplikaciju. Iako se može činiti da je razlika samo u smjeru rotacije, naše simulacije računalne dinamike fluida (CFD) i testovi na terenu otkrivaju značajne razlike u karakteristikama obrade, mogućnostima miješanja i prilagodljivosti proizvoda.

Ovaj članak rastavlja te tehničke razlike kako bi vam pomogao da donesete informiranu odluku za svoju proizvodnu liniju.

Glavna razlika leži u tome kako vijci djeluju s materijalom:

Ko-rotirajući dvopužni ekstruderi:

• Rotacija: Oba vijka okreću se u istom smjeru.

• Mehanizam: Potisak iz letvica vijka je superponiran. Materijal se transportira u "∞" (slika - osam) putanji, stvarajući efekt pojačanog prijenosa.

Ko-rotirajući dvo-način spajanja vijka

Suprotno{0}}rotirajući dvopužni ekstruderi:

Rotacija: Vijci se okreću u suprotnim smjerovima.

Mehanizam: Sile potiska se međusobno kompenziraju. Materijal putuje putanjom u obliku slova "C"- unutar zatvorenih komora, podvrgavajući se opetovanom miješanju i reakciji.

Suprotno{0}}rotirajući dvo-način spajanja vijka

Na temelju karte oblaka tlaka (Slika. 3) i krivulje varijacije tlaka (Slika. 4), napravljena su sljedeća opažanja:

• Ko-rotirajući dvostruki vijak:Tlak unutar kanala protoka pokazuje ritmičke fluktuacije. Ove fluktuacije odgovaraju položaju letvica vijaka (kao što se vidi na slici . 4). Budući da su letve vijaka uzdignuti grebeni, materijal prolazi kroz intenzivnu kompresiju i sile smicanja dok prolazi preko njih, što rezultira višim vršnim tlakovima na mjestima letvica.

• Suprot{0}}rotirajući dvostruki vijak:Tlak u početku raste, a zatim opada duž smjera ekstruzije, karakteriziran značajnim lokaliziranim fenomenom visokog-tlaka u srednjem dijelu. Ovaj visoki tlak javlja se u zoni ispreplitanja (poziva se na sliku . 2). Suprotna rotacija vijaka uzrokuje neravnomjerno strujanje materijala ili se blokira, što dovodi do nakupljanja materijala u središtu, što stvara ovaj lokalizirani visoki tlak.

Dijagram oblaka tlaka u klizaču tijekom procesa ekstruzije

povijest tlaka

Na temelju konture brzine smicanja (Slika. 5) i krivulje varijacije (Slika. 6), zapažanja su sljedeća:

• Općenito ponašanje (oba tipa):I u ko-rotirajućim i u suprotno-rotirajućim procesima, brzina smicanja dosljedno je viša na kretnjama vijaka i niža u kanalima vijaka. To se događa jer je razmak između letvice vijka i stijenke bačve minimalan, ubrzavajući protok materijala i izazivajući velike posmične sile. Nasuprot tome, veći razmak u vijčanim kanalima rezultira manjim brzinama smicanja.

• Suprot{0}}rotirajući dvostruki vijak:Ovaj tip pokazuje lokalizirane skokove u brzini smicanja. Ovaj fenomen posebno je uzrokovan protokom curenja (obično se javlja kroz uske zazore u području ispreplitanja).

Grafikon oblaka brzine smicanja tijekom procesa ekstruzije

Krivulja varijacije brzine smicanja

Miješanje je podijeljeno u dvije osnovne kategorije: distributivno i disperzivno.

Distributivno miješanje:Proces preraspodjele i preusmjeravanja materijala radi postizanja homogenosti.

Disperzivno miješanje:Proces smanjenja veličine čestica materijala silama istezanja i smicanja.

Metoda praćenja čestica koristi se za kvantifikaciju, analizu parametara putanje kao što su vrijeme zadržavanja (RT), skala razdvajanja i maksimalni smični napon za procjenu razlika u miješanju.

Učinak aksijalnog miješanja: Distribucija vremena boravka (RTD)

Distribucija vremena zadržavanja (RTD) kritična je metrika za aksijalno miješanje, koja opisuje statistički raspon vremena koje materijal provede unutar ekstrudera. Predstavlja se funkcijama vjerojatnosti i gustoće vjerojatnosti.

Krivulja raspodjele kumulativnog vremena zadržavanja (Slika. 7) ilustrira kumulativnu vjerojatnost da tekućina ili materijal ostanu unutar ekstrudera.

U ko-rotirajućem dvo-sustavu vijka, čestice tragača počinju izlaziti iz kanala na1.00 si potpuno izaći po54.82 s, dajući vremenski raspon od53.82 s.

U protu{0}}sustavu s dvostrukim{1}}vijčanim vijcima, čestice tragača prvo izlaze na1.48 si potpuno izaći po59.80 s, što rezultira vremenskim rasponom boravka od58.32 s.

Kumulativna krivulja ko-rotirajućeg dvostrukog-vijka ostaje iznad krivulje protu-sustava, što ukazuje na veći udio čestica koje izlaze iz kanala u bilo kojem trenutku.

Kumulativna raspodjela vremena boravka

Krivulja vjerojatnosti gustoće-vremena zadržavanja pokazuje koliko je vjerojatno da će materijal ostati unutar ekstrudera tijekom različitih vremenskih intervala. Veća gustoća ukazuje na veću vjerojatnost da će materijal ostati unutar tog određenog vremenskog okvira, dok niža gustoća odražava manje pojava.

Prema funkciji gustoće vjerojatnosti (Slika . 8):

Većina čestica u ko-rotirajućem dvo-pužnom ekstruderu pada unutar1.00–1.99 s, dok se u protu-rotirajućem sustavu koncentriraju unutar1.48–2.97 s. Ko-rotirajuća krivulja pomiče se dalje ulijevo i pokazuje viši vrh, što ukazuje na bolje performanse prijenosa. To je vjerojatno zbog prisilnog "∞-oblikovanog" transportnog puta karakterističnog za ko-rotirajuće vijke.

Suprotno tome, kontra{0}}ekstruder pokreće materijal duž putanje "C-oblika", gdje ponovljeno miješanje i -re-kruženje unutar C-komore produžuje vrijeme zadržavanja.

distribucija vremena boravka

Distributivni indeks

Indeks distribucije odražava reološko ponašanje i karakteristike protoka materijala tijekom ekstruzije. Kao što je prikazano na krivulji indeksa distribucije (Slika. 9), ekstruder s dva-puža s kontra-rotirajućim-pužovima pokazuje bolju uniformnost distribucije u usporedbi s ko-rotirajućim sustavom.

Indeks distribucije

Skala razdvajanja

Skala razdvajanja karakterizira napredak distributivnog miješanja. Kao što je prikazano na slici . 10, početna skala razdvajanja je velika jer dvije vrste čestica ulaze sa suprotnih strana. Kako miješanje napreduje, skala odvajanja se smanjuje zbog disperzivnog djelovanja -potaknutog vijkom, što ukazuje na dublje površinsko-miješanje. Uočene fluktuacije uzrokovane su agregacijom čestica tijekom protoka.

Krivulja-razmjera ko-rotirajućeg dvo-pužnog ekstrudera ostaje dosljedno ispod one suprotno{3}}sustava, pokazujući njegovu veću sposobnost distribucijskog miješanja.

U ko-ekstruziji s dvostrukim{1}}vijkom, oba se vijka okreću u istom smjeru i stvaraju snažno smicanje u zoni isprepletenosti. Ovo potiče čestu izmjenu materijala između vijaka, čime se postiže ravnomjernije distribucijsko miješanje.

Suprotno tome, suprotno{0}}ekstruzija zadržava većinu materijala unutar komore u obliku slova C. Samo mali dio ulazi u područje raspora gdje dolazi do smicanja i istezanja. Viši stupanj zatvorenosti smanjuje nepravilan protok, ali također smanjuje ukupnu ujednačenost miješanja.

Performanse disperzivnog miješanja

Disperzivno miješanje definirano je progresivnim smanjenjem veličine čestica, uglavnom potaknutim naprezanjima smicanja i istezanja. Maksimalno smično naprezanje koje doživljavaju čestice tragača odražava intenzitet procesa disperzije. Veći udio čestica podvrgnutih velikom smicanju ukazuje na jaču disperzivnu sposobnost.

Kao što je prikazano na slici. 11, kontra-rotirajući dvostruki-vijak pokazuje veću krivulju vjerojatnosti, što sugerira da izlaže više čestica povišenim razinama smicanja.

Vjerojatnost najvećeg smičnog naprezanja

Slika. 12 prikazuje gustoću vjerojatnosti maksimalnog smičnog naprezanja, gdje vrhunac označava razinu naprezanja koju čestice najčešće doživljavaju.

Karakteristike krivulje za oba sustava potvrđuju da protu-rotirajući dvostruki-puž pruža jače sile smicanja i istezanja, što rezultira superiornim disperzivnim miješanjem u usporedbi s ko-rotirajućim dizajnom.

Slike. 13 i 14 sažimaju rezultate ispitivanja na vlačnost i udar.

Materijal ekstrudiran ko-rotirajućim dvo-pužom pokazuje malo veću vlačnu čvrstoću i istezanje pri prekidu.
Nasuprot tome, uzorci iz kontra{0}}rotirajućeg sustava pokazuju neznatno veću apsorpciju energije udarca i snagu udarca.

Podaci o vlačnom ispitivanju

Podaci o ispitivanju utjecaja

Prednosti ko-rotirajućih dvo-pužnih ekstrudera:

Stabilnije polje protoka, posebno u smislu kontrole tlaka.

Snažna distribucija-izvedba miješanja s visokom ujednačenošću materijala.

Kraće vrijeme zadržavanja i veća učinkovitost prijenosa, idealno za formulacije-osjetljive na toplinu i smanjenje toplinske degradacije.

Ekstrudati pokazuju bolja vlačna svojstva.

Prednosti suprotno{0}}rotirajućih dvo-pužnih ekstrudera:

Mogućnost-izgradnje većeg tlaka (uz pozornost na lokalizirane vršne pritiske).

Jači učinci smicanja i istezanja, čime se postiže vrhunsko disperzivno miješanje.

Dulja i šira distribucija-vremena zadržavanja, pogodna za procese koji zahtijevaju produljeno vrijeme reakcije ili miješanja.

Ekstrudati pokazuju veću udarnu čvrstoću i nižu viskoznost taline zbog opsežnijeg cijepanja lanca.