Optimalizace ekonomických přínosů extruderů: Stručná analýza faktorů ovlivňujících efektivitu kapacity

Společné hnětení dvoušnekový extruder (dále jen extruder) se stal klíčovým zařízením pro zpracování modifikovaných plastů díky svému vynikajícímu míchacímu výkonu, personalizované kombinaci šneků a dobrému samočisticímu výkonu.

Výrobní účinnost extruderu je parametr, kterého si modifikační společnosti při výběru zařízení velmi cení. Obecně se má za to, že extrudery s větším průměrem mají vyšší výrobní účinnost, ale ve skutečnosti velké průměry nejsou klíčem ke zlepšení výrobní účinnosti extruderů. Mezi faktory, které ovlivňují výrobní účinnost extruderu, patří rychlost extruderu, objemový poměr, specifický točivý moment, konstrukce kombinace šneků, stav materiálu formulace, stav plastifikace, opotřebení zařízení atd.

Následující část bude analyzovat ovlivňující faktory jeden po druhém v závislosti na stavu materiálu v různých procesech v extruderu a konstrukci kombinace šneků. V tomto článku se podrobněji zaměříme na dopravníkový mechanismus pro extruzi.

Mechanismus extruzního dopravníku

Výzkum dopravního mechanismu jednošnekového extruderu je základem pro vývoj dvoušnekového extruderu. Nejstarší teorii jednošnekové dopravy navrhli Darnel a Mol. Jejím jádrem je, že dopředná dopravní síla materiálů v jednošnekovém extruderu je založena na dopravě pevných látek za třecího odporu. S postupným snižováním stoupání šnekového prvku extruderu nebo s působením vytlačovací síly hnětacího prvku se původně nadýchaný a dispergovaný materiál stává pevným kolíkem bez relativního posunu a tření mezi pevným kolíkem a povrchem šneku. Spolu s třecí silou mezi vnitřním povrchem válce šneku je pevný kolík dopravován dopředu podél drážky šneku.

Klasická teorie dopravy má svá omezení, když je navržena. Předpokládá, že uvnitř pevné zátky nedochází k žádnému relativnímu posunu a že třecí síla, kterou přijímá, je konstantní. Skutečná situace je však zcela odlišná, takže teoretický výpočetní vzorec se často liší od skutečné velké odchylky. Tato teorie nicméně zdůrazňuje podstatu šnekové dopravy extrudérem, tj. že zdrojem dopravy materiálu je třecí složka síly válce šneku na materiál podél okraje drážky šneku a tření mezi povrchem rotujícího šneku a materiálem je omezujícím materiálem. Progresivní odpor. Jinými slovy, rozdíl mezi součinitelem tření fi mezi dopravovaným materiálem a kovovým povrchem šneku a součinitelem tření fb mezi materiálem a kovovým povrchem uvnitř válce šneku je zdrojem hnací síly pro třecí tažení. Analýza pohybu a síly při dopravě materiálu vpřed je znázorněna na obrázku 1.

Ačkoli nejstarší a nejpodrobnější teorii transportu pevných látek založenou na tribostatice pevných látek navrhli Darnel a Mol, existuje několik základních předpokladů:
1Ve šnekovém kanálu extruderu se pryskyřičný materiál nachází ve stavu pevné zátky a má pevnou rychlost dodávání, přičemž směr tlaku na pevnou zátku je shodný pouze se směrem pohybu materiálu;
2. Pevná zátka a jakýkoli povrch v drážce šroubu na sebe vzájemně působí a jejich koeficient tření se nemění s kolísáním tlaku, ale pouze se změnami teploty;
3. Zanedbání změny objemové hmotnosti pevné látky a vlivu zemské gravitace a předpoklad, že mezi válcem a šnekem extruderu není mezera;
4. Šroub je vzhledem k válci šneku nehybný a je vidět, jak se válce šneku pohybují.
Potente a kol. se domnívají, že v oblasti drážky šroubu na ose šroubu se objemová hustota/objemová hustota materiálu v různých oblastech liší. V některých oblastech je materiál v sypkém stavu a v jiných oblastech je materiál stlačen a tvoří pevnou zátku. Dopravní mechanismus pevné části zátky souvisí s Darnell-Molovou transportní teorií, která je konzistentní a analýzou pohybového stavu a síly pevné zátky se získá následující vzorec:

Z vzorce (1) je patrné, že objem dodávaného materiálu G pozitivně koreluje s rychlostí otáčení n, objemovým poměrem H a průměrem šneku Db. Vzhledem k tomu, že předpoklady teorie jednošnekové dopravy Darnela a Mola neodpovídají realitě, existuje velká odchylka mezi údaji vypočítanými pozdějšími generacemi a skutečnými údaji o výrobě. Od té doby provedlo mnoho vědců podrobnější výzkum této teorie. V mnoha studiích jsou dvěma uznávanými teoriemi teorie viskózní trakce navržená Chungem a kol. a teorie viskózní trakce navržená Tedderem.

Ačkoli mezi teoriemi existují spory, základní východisko Darnell-Molovy teorie a Tedderovy teorie je v podstatě stejné, a to dynamická třecí síla mezi materiálem jednošnekový extrudér A vnitřní stěna šnekového válce je nejdůležitějším faktorem pro přepravu pevných materiálů. Zdrojem podstaty. Rozdíl spočívá v tom, že Chung se domnívá, že materiál se nejprve tře o kovovou stěnu uvnitř válce, čímž vzniká tenká vrstva taveniny, a právě viskózní trakční síla generovaná touto tenkou vrstvou taveniny ovlivňuje výkon přepravy pevných látek. Společným rysem výše uvedených tří teorií je, že pevný materiál v extruderu se předpokládá jako pevná zátka, materiál v sekci přepravy pevných látek se považuje za hustý a mezi pevnými částicemi nedochází k žádnému relativnímu posunu.

Zhu Fuhua a další si všimli, že v celém procesu vizuálního provozu extruderu se před vstupem materiálu do tavicí sekce pevné částice v podstatě vzájemně vyměňují a prokluzují a drážka šneku není zcela vyplněna. Tento jev postupně nezmizí až do vstupu do tavicí sekce. Během procesu dopředného pohybu částic pryskyřice lze navíc jasně pozorovat, že mezi částicemi pryskyřice je lesklá tavenina. Jak se prostor zabíraný taveninou v pozdější fázi zvětšuje, hranice mezi částicemi a taveninou se stává méně zřetelnou. To vizuálně dokazuje diskontinuitu pevné zátky a nevyhnutelnost změny jejího posunutí. Na základě velkého počtu pozorování a experimentů Zhu Fuhua poprvé navrhl teorii transportu pevných látek bez zátky.

Bohužel, po dlouhou dobu po navržení teorie transportu pevných látek bez zátkového proudění nebylo možné ji použít k řešení praktických problémů doma i v zahraničí kvůli její složitosti. Přestože se přesnost výpočtů teorie transportu pevných látek bez zátkového proudění výrazně zlepšila, neexistuje žádný explicitní vzorec pro výpočet produkce a tlaku a sama o sobě se jedná o nelineární kontaktní problém. Existuje mnoho složitých vzorců a pro výpočet je nutná metoda konečných prvků. To přináší velké obtíže při praktické aplikaci. Pan Carrot studoval geometrii vzájemně zabírajících dvoušnekových motorů a na základě výzkumu vytvořil model procesu dopravy materiálu ve dvoušnekovém extruderu. Jednomyslně poukázali na to, že proces dopravy materiálů v extruderu je složitý a rozmanitý a existují hlavně dva dopravní mechanismy, a to posuvný transport podél osy šneku v horní oblasti záběru a třecí transport v oblasti drážky šneku. Liu Tinghua a kol. Provedli jsme mnoho experimentů s plně trojcestným vizuálním extruderem a rozdělili jsme sekci pro dopravu pevných částic na objemovou dopravu v oblasti záběru a třecí dopravu granulovaných částic v oblasti drážky boční šnekové trubky. Objem objemové dopravy v oblasti záběru se vypočítá podle vzorce (2):

Maximalizace ekonomických výhod extruderu je neoddělitelná od efektivity výroby extruderu. Efektivitu výroby neurčují pouze fyzikální parametry a procesní podmínky extruderu, ale také stav materiálu ovlivňuje efektivitu výroby. Čím nižší je objemová hmotnost materiálu, tím vyšší je obsah vzduchu v materiálu. V procesu dopravy materiálu šnekem se ve skutečnosti pohybuje vpřed se stejným objemem materiálu. Čím nižší je objemová hmotnost, tím nižší je dopravní kapacita.

Během míchání taveniny v extruderu se velké množství částic a prášků stlačí a přemění na taveninu. Jediný způsob, jak opustit vnitřek extruderu, je proudit zpět do zadní části, což zabrání nepřetržitému podávání prášku. Když tlak a rychlost protiproudu překročí určitou kritickou hodnotu, vrátí se výkon. Když se průřez šneku zmenší, bude protiproud vzduchu v protiproudu. Čím vyšší je tlak, tím vyšší je rychlost. V tomto případě to může mít negativní vliv na podávání, protože bod přetečení rychlosti se s rostoucí rychlostí snižuje, tj. čím vyšší je rychlost, tím fluidnější je vstupní materiál. Jak již bylo zmíněno, tření je klíčem k dopravě materiálu. Účinnost dopravy je přímo úměrná „dynamickému“ koeficientu tření. Čím vyšší je koeficient tření válce šneku, tím vyšší je účinnost dopravy. Změna třecí síly také ovlivní jeho účinnost dopravy. Kromě toho různé kombinace a struktury šneků také ovlivní jeho „dynamický“ koeficient tření.