Optimalisering av de økonomiske fordelene med ekstrudere: En kort analyse av faktorer som påvirker kapasitetseffektiviteten

Samelting dobbeltskrueekstruder (heretter referert til som ekstruder) har blitt kjerneutstyret i behandlingen av modifisert plast på grunn av sin utmerkede blandingsytelse, personlige skruekombinasjon og gode selvrensende ytelse.

Ekstruderens produksjonseffektivitet er en parameter som modifikasjonsselskaper verdsetter høyt når de velger utstyr. Det antas generelt at ekstrudere med større diameter har større produksjonseffektivitet, men faktisk er ikke store diametre nøkkelen til å forbedre ekstruderens produksjonseffektivitet den eneste faktoren. Faktorer som påvirker ekstruderens produksjonseffektivitet inkluderer ekstruderhastighet, volumforhold, spesifikt dreiemoment, skruekombinasjonsdesign, formuleringsmaterialets tilstand, mykgjøringstilstand, slitasje på utstyr, etc.

Det følgende vil analysere påvirkningsfaktorene én etter én i henhold til materialets tilstand i ulike prosesser i ekstruderen og utformingen av skruekombinasjonen. I denne artikkelen vil vi utdype dette i detalj fra perspektivet til ekstruderingstransportmekanismen.

Ekstruderingstransportørmekanisme

Forskningen på transportmekanismen til enkeltskrueekstruderen er grunnlaget for utviklingen av dobbeltskrueekstruderen. Den tidligste teorien om enkeltskruetransport ble foreslått av Darnel og Mol. Kjernepoenget er at den fremoverrettede transportkraften til materialer i en enkeltskrueekstruder er basert på fast transport under friksjonsmotstand. Når forspranget til skrueelementet i ekstruderen gradvis avtar eller ekstruderingskraften til eltemotstandselementet påføres, blir det i utgangspunktet luftige og dispergerte materialet en fast plugg uten relativ forskyvning, og friksjonen mellom den faste pluggen og overflaten av skruen og den faste pluggen. Sammen med friksjonskraften mellom den indre overflaten av skruesylinderen, transporteres den faste pluggen fremover langs skruesporet.

Den klassiske transportteorien har sine begrensninger når den foreslås. Den antar at det ikke er noen relativ forskyvning inne i den solide pluggen, og at friksjonskraften den mottar er konstant. Imidlertid er den faktiske situasjonen ganske annerledes, så den teoretiske beregningsformelen er ofte forskjellig fra det faktiske store avviket. Likevel legger denne teorien frem essensen av ekstruderskruetransport, det vil si at friksjonskomponentkraften til skruesylinderen på materialet langs skruekanten av skruerillen er kilden til materialtransport, og friksjonen mellom overflaten til den roterende skruen og materialet er det begrensende materialet. Progressiv motstand. Med andre ord er forskjellen mellom friksjonskoeffisienten fi mellom materialet som transporteres og metalloverflaten til skruen og friksjonskoeffisienten fb mellom materialet og metalloverflaten inne i skruesylinderen kilden til drivkraften for friksjonssleping. Bevegelses- og kraftanalysen av materialtransport fremover er vist i bilde 1.

Selv om den tidligste og mest detaljerte teorien om fast transport basert på fast tribostatikk ble foreslått av Darnel og Mol, er det flere grunnleggende antagelser:
1 I ekstruderens skruekanal foreligger harpiksmaterialet i en fast pluggs tilstand, og det har en fast leveringshastighet, og trykkretningen på den faste pluggen er kun i samsvar med materialets bevegelse;
2. Den solide pluggen og enhver overflate i skruesporet samhandler med hverandre, og friksjonskoeffisienten vil ikke endres med trykksvingninger, men bare med temperaturendringer;
3. Neglisjering av endringen i den faste pluggens bulktetthet og påvirkningen av jordens tyngdekraft, og antagelse om at det ikke er noe mellomrom mellom tønnen og skruen på ekstruderen;
4. Skruen er stasjonær i forhold til skruehylsen, og det sees som om skruehylsen beveger seg.
Potente et al. mener at i skruesporområdet på skrueaksen er materialets bulktetthet/bulktetthet forskjellig i forskjellige områder. I noen områder er materialet i en løs tilstand, og i noen områder vil materialet bli presset for å danne en solid plugg. Transportmekanismen til den solide pluggdelen er relatert til Darnell-Mol-transportteorien er konsistent, og følgende formel oppnås ved å analysere bevegelsestilstanden og kraften til den solide pluggen:

Det kan sees fra formel (1) at leveringsvolumet G er positivt korrelert med rotasjonshastigheten n, volumforholdet H og skruediameteren Db. Siden antagelsene i Darnel og Mols teori om enkeltskruetransport ikke stemmer overens med virkeligheten, er det et stort avvik mellom dataene beregnet av senere generasjoner og de faktiske produksjonsdataene. Siden den gang har et stort antall forskere utført mer detaljert forskning på denne teorien. I et stort antall studier er de to teoriene som er anerkjent av mange forskere, den viskøse trekkraftteorien foreslått av Chung et al. og den viskøse trekkraftteorien foreslått av Tedder, energibalanseteori.

Selv om det er uenigheter mellom teoriene, er det sentrale utgangspunktet for Darnell-Mol-teorien og Tedder-teorien i hovedsak det samme, det vil si den dynamiske friksjonskraften mellom materialet i enkeltskrue ekstruder og den indre veggen av skruefatet er den viktigste faktoren for transport av faste materialer. Kilden til essensen. Forskjellen er at Chung mener at materialet først vil gni mot metallveggen inne i fatet for å produsere et tynt lag med smelte, og det er den viskøse trekkraften som genereres av dette tynne laget med smelte som påvirker ytelsen til transport av faste materialer. Det som har til felles for de tre teoriene ovenfor er at det faste materialet i ekstruderen antas å være en fast plugg, materialet i den faste transportseksjonen anses som tett, det er ingen relativ forskyvning mellom de faste partiklene.

Zhu Fuhua og andre la merke til i hele prosessen med visuell ekstruderarbeid at før materialet kommer inn i smelteseksjonen, er de faste partiklene i utgangspunktet i ferd med gjensidig utveksling og glidning, og skruesporet er ikke fullstendig fylt. Dette fenomenet forsvinner ikke gradvis før det kommer inn i smelteseksjonen. I tillegg kan det tydelig observeres at det er en skinnende smelte mellom harpikspartiklene under den fremovergående transportprosessen. Etter hvert som plassen som opptas av smelten i det senere stadiet blir større, blir grensen mellom partiklene og smelten mindre tydelig. Dette beviser visuelt diskontinuiteten i den faste pluggen og uunngåeligheten av forskyvningsendring av den faste pluggen. Basert på et stort antall observasjoner og eksperimenter foreslo Zhu Fuhua teorien om ikke-pluggflytende faststofftransport for første gang.

Dessverre kunne teorien om ikke-pluggstrøms faststofftransport i lang tid etter at den ble foreslått, ikke brukes til å håndtere praktiske problemer i inn- og utland på grunn av teoriens kompleksitet. Selv om beregningsnøyaktigheten til teorien om ikke-pluggstrøms faststofftransport har blitt betydelig forbedret, finnes det ingen eksplisitt formel for beregning av produksjon og trykk, og det er i seg selv et ikke-lineært kontaktproblem. Det er mange og kompliserte formler, og endelig elementmetoden er nødvendig for beregning. Dette medfører store vanskeligheter ved praktisk anvendelse. Carrot studerte geometrien til sammengripende, samroterende dobbeltskruer og laget en modell av materialtransportprosessen i en dobbeltskrueekstruder som grunnlag for forskning. De påpekte enstemmig at transportprosessen for materialer i ekstruderen er kompleks og mangfoldig, og det er hovedsakelig to transportmekanismer, det vil si positiv forskyvningstransport langs skruens akse i det øvre inngrepsområdet og friksjonsmotstandstransport i skruens sporområde. Liu Tinghua et al. har gjort mange eksperimenter med den komplette treveis visuelle ekstruderen, og delt den faste transportseksjonen inn i positiv fortrengningstransport i nettingområdet og friksjonstransport av granulære partikler i sideskruesporområdet. Transportvolumet med positiv fortrengning i nettingområdet beregnes som formel (2):

Hvordan man maksimerer de økonomiske fordelene med ekstruderen er uatskillelig fra ekstruderens produksjonseffektivitet. Produksjonseffektiviteten bestemmes ikke bare av ekstruderens fysiske parametere og prosessbetingelsene, men også materialtilstanden påvirker produksjonseffektiviteten. Jo lavere materialets bulktetthet er, desto høyere er luftinnholdet i materialet. For prosessen med å transportere materialet med skruen, beveger det seg faktisk fremover med samme volum av materiale. Jo lavere bulktetthet, desto lavere transportkapasitet.

Under smelteblandingen i ekstruderen komprimeres et stort antall partikler og pulver og omdannes til smelte. Den eneste måten å forlate det indre av ekstruderen på er å strømme tilbake til halen, noe som vil forhindre kontinuerlig pulvermating. Når trykk og hastighet på motstrømmen overstiger en viss kritisk verdi, vil den returnere kraften. Når skruens tverrsnittsrom blir mindre, vil luftmotstrømmen. Jo høyere trykket er, desto høyere vil hastigheten være. På dette tidspunktet kan det ha en negativ innvirkning på matingen, fordi hastighetsoverløpspunktet avtar med økende hastighet, det vil si at jo høyere hastighet, desto mer fluidisert blir matingen. Som nevnt tidligere er friksjon nøkkelen til materialtransport. Transporteffektiviteten er direkte proporsjonal med den "dynamiske" friksjonskoeffisienten. Jo høyere friksjonskoeffisienten til skruesylinderen er, desto høyere transporteffektivitet. Endringen i friksjonskraften vil også påvirke transporteffektiviteten. I tillegg vil forskjellige skruekombinasjoner og strukturer også påvirke den "dynamiske" friksjonskoeffisienten.