Extruderschnecke

Die Schnecke ist das Herzstück des Extruders und eine Schlüsselkomponente des Extruders. Die Leistung der Schnecke bestimmt die Produktivität, Plastifizierungsqualität, Dispersion von Füllstoffen, Schmelztemperatur, Stromverbrauch usw. eines Extruders. Sie ist die wichtigste Komponente des Extruders, die den Anwendungsbereich und die Produktionseffizienz des Extruders direkt beeinflussen kann. Die Drehung der Schnecke übt extremen Druck auf den Kunststoff aus, sodass sich der Kunststoff bewegen, unter Druck setzen und durch Reibung im Zylinder etwas Wärme gewinnen kann. Der Kunststoff wird während der Bewegung im Zylinder gemischt und plastifiziert. Wenn die viskose Schmelze extrudiert wird und durch die Düse fließt, erhält sie die gewünschte Form und wird geformt. Wie der Zylinder besteht auch die Schnecke aus hochfesten, hitzebeständigen und korrosionsbeständigen Legierungen.
Da es viele Arten von Kunststoffen gibt, sind auch ihre Eigenschaften unterschiedlich. Daher sind im tatsächlichen Betrieb zur Anpassung an unterschiedliche Anforderungen der Kunststoffverarbeitung unterschiedliche Arten von Schrauben erforderlich, und auch die Strukturen sind unterschiedlich. Damit der Kunststoff mit höchster Effizienz transportiert, extrudiert, gemischt und plastifiziert werden kann.
Zu den grundlegenden Parametern, die die Eigenschaften der Schnecke darstellen, gehören: Durchmesser, Längenverhältnis, Kompressionsverhältnis, Steigung, Nuttiefe, Spiralwinkel, Abstand zwischen Schnecke und Zylinder usw.
Der gängigste Schneckendurchmesser D beträgt etwa 45 bis 150 mm. Mit zunehmendem Schneckendurchmesser erhöht sich auch die Verarbeitungskapazität des Extruders entsprechend, und die Produktivität des Extruders ist proportional zum Quadrat des Schneckendurchmessers D. Das Verhältnis der effektiven Länge des Arbeitsteils der Schnecke zum Durchmesser (abgekürzt als Längenverhältnis, ausgedrückt als L/D) beträgt normalerweise 18 bis 25. Ein großes L/D kann die Temperaturverteilung des Materials verbessern, das Mischen und Plastifizieren des Kunststoffs erleichtern und Leckagen und Rückflüsse verringern. Verbessert die Produktionskapazität des Extruders. Die Schnecke mit einem großen L/D ist stark anpassungsfähig und kann zum Extrudieren einer Vielzahl von Kunststoffen verwendet werden. Wenn das L/D jedoch zu groß ist, wird der Kunststoff länger erhitzt und zersetzt sich. Gleichzeitig verbiegt sich das freie Ende aufgrund des erhöhten Gewichts der Schnecke und hängt durch, was leicht zu Kratzern zwischen Zylinder und Schnecke führen kann und die Herstellung und Verarbeitung erschwert; der Stromverbrauch des Extruders steigt. Eine zu kurze Schnecke führt wahrscheinlich zu einer mangelhaften Plastifizierung der Mischung.
Die Hälfte der Differenz zwischen dem Innendurchmesser des Zylinders und dem Durchmesser der Schnecke wird als Spalt δ bezeichnet und kann die Produktionskapazität des Extruders beeinflussen. Mit zunehmendem δ nimmt die Produktivität ab. Normalerweise ist es angemessen, δ auf etwa {{0}},1 bis 0,6 mm zu steuern. Wenn δ klein ist, ist die Scherwirkung auf das Material groß, was der Plastifizierung förderlich ist. Wenn δ jedoch zu klein ist, führt die starke Scherwirkung wahrscheinlich zu einer thermomechanischen Verschlechterung des Materials und die Schnecke wird wahrscheinlich an der Zylinderwand festgehalten oder reibt daran. Darüber hinaus gibt es bei zu kleinem δ fast keine Leckage und keinen Rückfluss des Materials, was die Mischung der Schmelze bis zu einem gewissen Grad beeinträchtigt.
Der Steigungswinkel Φ ist der Winkel zwischen dem Gewinde und dem Querschnitt der Schnecke. Mit zunehmendem Φ erhöht sich die Produktionskapazität des Extruders, aber die Scherwirkung und die Extrusionskraft auf den Kunststoff nehmen ab. Normalerweise liegt der Steigungswinkel zwischen 10 und 30 Grad und ändert sich entlang der Schneckenlänge. Oft wird eine äquidistante Schnecke verwendet, bei der die Steigung dem Durchmesser entspricht. Der Wert von Φ beträgt etwa 17 Grad 41′
Je höher das Kompressionsverhältnis, desto höher das Extrusionsverhältnis, das der Kunststoff erhält. Wenn die Schneckennut flach ist, kann dies zu einer höheren Schergeschwindigkeit des Kunststoffs führen, was sich positiv auf die Wärmeübertragung zwischen der Zylinderwand und dem Material auswirkt. Je höher die Materialmischung und Plastifizierungseffizienz, desto geringer die Produktivität. Im Gegenteil, wenn die Schneckennut tief ist, ist die Situation genau umgekehrt. Daher sind Schnecken mit tiefer Schneckennut für wärmeempfindliche Materialien (wie Polyvinylchlorid) geeignet; während Schnecken mit flacher Schneckennut für Kunststoffe mit niedriger Schmelzviskosität und hoher thermischer Stabilität (wie Polyamid) geeignet sind.
1. Segmentierung der Schraube
Wenn sich das Material entlang der Schnecke vorwärts bewegt, erfährt es Veränderungen in Temperatur, Druck, Viskosität usw. Diese Veränderung ist innerhalb der gesamten Länge der Schnecke unterschiedlich. Entsprechend den Eigenschaften der Materialveränderungen kann die Schnecke in einen Zuführabschnitt (Zuführungsabschnitt), einen Kompressionsabschnitt und einen Homogenisierungsabschnitt unterteilt werden.
①, Kunststoffe und drei Zustände von Kunststoffen
Kunststoffe werden in zwei Kategorien unterteilt: Duroplaste und Thermoplaste. Nachdem Duroplaste geformt und verfestigt wurden, können sie nicht mehr erhitzt und geschmolzen werden. Die aus Thermoplasten geformten Produkte können jedoch erhitzt und geschmolzen werden, um andere Produkte zu bilden.
Bei Temperaturänderungen wechselt der thermoplastische Kunststoff in drei Zustände: glasartiger Zustand, hochelastischer Zustand und viskoser Fließzustand. Bei wiederholten Temperaturänderungen ändern sich die drei Zustände wiederholt.
a. Unterschiedliche Eigenschaften von Polymerschmelzen in den drei Zuständen:
Glasartiger Zustand – Kunststoff erscheint als starrer Feststoff; die thermische kinetische Energie ist gering, die intermolekulare Kraft ist groß und die Verformung wird hauptsächlich durch die Verformung des Bindungswinkels verursacht; die Verformung erholt sich sofort, nachdem die äußere Kraft entfernt wurde, was zur allgemeinen elastischen Verformung gehört.
Hochelastischer Zustand – Kunststoff erscheint als gummiartige Substanz; die Verformung wird durch die Dehnung der makromolekularen Konformation verursacht, die durch die Ausrichtung der Kettensegmente bedingt ist, und der Verformungswert ist groß; die Verformung kann nach Entfernen der äußeren Kraft wiederhergestellt werden, ist jedoch zeitabhängig, was zu einer hochelastischen Verformung gehört.
Viskoser Fließzustand - Kunststoff erscheint als hochviskose Schmelze; thermische Energie stimuliert zusätzlich die relative Gleitbewegung der Kettenmoleküle; die Verformung ist irreversibel, was zur plastischen Verformung gehört
b. Kunststoffverarbeitung und die drei Zustände von Kunststoffen:
Kunststoffe können im glasartigen Zustand geschnitten werden. Im hochelastischen Zustand können sie gedehnt werden, beispielsweise durch Drahtziehen, Rohrextrusion, Blasformen und Thermoformen. Im viskosen Fließzustand können sie durch Beschichten, Rotationsformen und Spritzgießen verarbeitet werden.
Wenn die Temperatur höher als der viskose Fließzustand ist, wird der Kunststoff thermisch zersetzt, und wenn die Temperatur niedriger als der glasartige Zustand ist, wird der Kunststoff spröde. Wenn die Kunststofftemperatur höher als der viskose Fließzustand oder niedriger als der glasartige Zustand ist, neigt der thermoplastische Kunststoff dazu, sich zu verschlechtern und ernsthaft beschädigt zu werden, daher sollten diese beiden Temperaturbereiche bei der Verarbeitung oder Verwendung von Kunststoffprodukten vermieden werden.
②, dreistufige Schraube
Kunststoffe kommen im Extruder in drei physikalischen Zuständen vor – dem Veränderungsprozess vom glasartigen Zustand, über den hochelastischen Zustand bis hin zum viskosen Fließzustand, und jeder Zustand stellt unterschiedliche Anforderungen an die Schneckenstruktur.
c. Um den Anforderungen verschiedener Staaten gerecht zu werden, wird die Schnecke des Extruders üblicherweise in drei Abschnitte unterteilt:
Zuführabschnitt L1 (auch Feststoffförderabschnitt genannt)
Schmelzabschnitt L2 (Kompressionsabschnitt genannt)
Homogenisierungsabschnitt L3 (Dosierabschnitt genannt)
Dies ist das, was man üblicherweise als dreistufige Schnecke bezeichnet. Der Extrusionsprozess von Kunststoffen in diesen drei Abschnitten ist unterschiedlich.
Die Funktion des Zuführabschnitts besteht darin, das vom Trichter gelieferte Material an den Kompressionsabschnitt zu senden. Der Kunststoff bleibt während der Bewegung im Allgemeinen in einem festen Zustand und wird durch Hitze teilweise geschmolzen. Die Länge des Zuführabschnitts variiert je nach Kunststoffart und kann von nicht weit vom Trichter bis zu 75 % der Gesamtlänge des Schneckenbechers reichen.
Im Allgemeinen dauert die Extrusion kristalliner Polymere am längsten, gefolgt von harten amorphen Polymeren und am kürzesten von weichen amorphen Polymeren. Da der Zuführabschnitt nicht unbedingt eine Kompression erzeugt, kann das Volumen seiner Schraubennut unverändert bleiben. Die Größe des Spiralwinkels hat einen größeren Einfluss auf die Zuführkapazität dieses Abschnitts und beeinflusst tatsächlich die Produktivität des Extruders. Normalerweise beträgt der Spiralwinkel von pulverförmigen Materialien etwa 30 Grad und die Produktivität ist am höchsten. Der Spiralwinkel von Blockmaterialien sollte etwa 15 Grad betragen und der Spiralwinkel von kugelförmigen Materialien sollte etwa 17 Grad betragen.