Como todos sabemos, os parafusos gêmeos co-rotativos entrelaçados são modulares. Se os vários tipos e números de elementos de parafuso são pequenos blocos de construção que compõem o parafuso, então as configurações locais de parafuso de vários segmentos funcionais são grandes blocos de construção que compõem o parafuso.
Portanto, para resolver o projeto combinado de todo o parafuso, além de ter uma compreensão clara do desempenho e da estrutura de vários elementos do parafuso,também é necessário ter uma compreensão e compreensão profundas de cada segmento funcional e sua configuração local correspondente.
A seguir, vamos dar uma olhada no design combinado de diferentes segmentos funcionais do parafuso extrusor.
O processo de extrusão de parafuso duplo co-rotativo entrelaçado geralmente consiste em seções funcionais como alimentação, transporte de sólidos, fusão, transporte de fusão, mistura e exaustão. Diferentes seções funcionais exigem diferentes configurações de parafuso locais para se adaptar a elas a fim de completar diferentes funções.
Configuração do parafuso da seção de alimentação
A seção de alimentação mencionada aqui se refere à seção de parafuso voltada para a parte inferior da primeira porta de alimentação principal, bem como a seção de parafuso voltada para a porta de alimentação a jusante. O principal requisito para a seção de alimentação é ser capaz de adicionar vários materiais de forma suave e adaptável, incluindo materiais granulares de vários formatos, pós de baixa densidade a granel, aditivos fibrosos, etc. Esta seção geralmente usa grandes elementos de transporte de parafuso de chumbo e positivo.
Quando a profundidade da ranhura do parafuso permanece inalterada, o grande avanço significa um grande volume de ranhura do parafuso. Para a seção de alimentação voltada para a primeira porta de alimentação, ela pode acomodar e adicionar grandes volumes de materiais. Para a seção de alimentação voltada para a porta de alimentação a jusante, ela pode criar um baixo grau de enchimento do material transportado a montante para acomodar os materiais recém-adicionados.
A maioria das extrusoras de parafuso duplo usa elementos de parafuso padrão de avanço grande com a mesma profundidade que seus elementos de parafuso de seção. Alguns parafusos duplos também usam elementos de parafuso não padrão com profundidade de ranhura de parafuso aumentada para obter grande capacidade de alimentação e capacidade de transporte.
Configuração de parafuso para seção de transporte de sólidos
A função da seção de transporte de sólidos é transportar o material sólido adicionado ao longo do parafuso em direção à matriz e, ao mesmo tempo, compactar o material pulverulento solto de baixa densidade ou aumentar o grau de preenchimento do material granular na ranhura do parafuso durante este processo de transporte, de modo a promover a fusão e a plastificação do material a jusante.
A configuração do parafuso desta seção é: o elemento de parafuso conectado ao elemento de parafuso da seção de alimentação deve adotar um elemento de parafuso positivo de grande avanço e, em seguida, um elemento de parafuso positivo que reduz o volume da ranhura do parafuso deve ser adotado, principalmente usando uma seção de parafuso composta de elementos de parafuso com avanço menor segmentado. A Figura 1 mostra esta situação. Pode ser visto na Figura 1 que o grau de preenchimento da ranhura do parafuso aumenta gradualmente ao longo da direção de transporte, e o material é comprimido e compactado.
1: Configuração do parafuso para seção de transporte sólido
Para materiais pulverulentos de baixa densidade, combinar elementos roscados de diferentes avanços para formar uma configuração de parafuso que densifique o material geralmente não causa problemas. No entanto, se materiais granulares estiverem sendo transportados e a temperatura de aquecimento da seção do cilindro correspondente for relativamente baixa, mudanças excessivas e rápidas no avanço dos elementos roscados adjacentes podem, às vezes, causar sobrecarga da máquina. Portanto, deve-se tomar cuidado ao determinar o grau de mudança no avanço dos elementos roscados adjacentes.
Configuração do parafuso na seção de plastificação por fusão
A configuração de parafuso local ideal para plastificar por fusão um dado polímero depende do calor específico do material, ponto de fusão, viscosidade de fusão e tamanho das partículas do polímero no estado sólido. O objetivo do projeto de configuração de parafuso local para fusão e plastificação é fundir o material de forma uniforme e rápida a uma temperatura definida sem inserir muita energia no material.
Existem duas fontes de calor para derreter o material: uma é o calor externo fornecido pelo aquecedor do cilindro e a outra é o calor de cisalhamento introduzido pelo parafuso, este último é o principal.Para introduzir calor de cisalhamento, blocos de amassamento, elementos de rosca reversa e elementos de rosca não padronizados do tipo rotor do misturador reverso (Figura 2) devem ser colocados na seção de plastificação de fusão, e esses elementos devem ser efetivamente combinados com os elementos de rosca positiva a montante em uma posição axial de parafuso predeterminada, conforme mostrado na Figura 3.
RGS - destro
LGS - canhoto
S chauffl - canhoto e destro
2: Elemento de rosca de chumbo grande tipo rotor do misturador interno
(a) Elemento de parafuso reverso (b) Bloco de amassamento para frente + elemento de parafuso reverso
(c) Bloco de amassamento para frente (d) Elemento de parafuso de avanço longo assimétrico reverso
3: Configuração de parafuso local para fusão
O padrão para avaliar a qualidade da configuração do parafuso local usado na seção de fusão e plastificação deve ser que ele possa converter energia de cisalhamento mecânico em energia térmica, de modo que o material derreta mais rápido e completamente sem aumentar a temperatura do material, ou seja, a utilização de energia mais razoável.
Experimentos descobriram que na configuração b na Figura 3, quando o parafuso está funcionando em alta velocidade, o material derrete muito rapidamente e o comprimento da zona de fusão é muito curto. No entanto, o aumento de temperatura do material nesta seção e sua área a montante é muito alto, excedendo em muito a temperatura definida original e a energia necessária para a fusão do material, e a pressão de fusão também é muito alta.
Isso mostra que essa configuração de parafuso dissipa muita energia mecânica e, além de derreter o material, também aumenta muito a temperatura de fusão. Obviamente, isso não é o melhor.
Quando a proporção de materiais adicionados precisa ser ajustada (a proporção de ajuste é 1-5), é obviamente irracional usar o mesmo parafuso. Para remontar o parafuso, a máquina deve ser desligada, a cabeça deve ser removida e a máquina auxiliar a jusante deve ser removida. A recuperação do ciclo de trabalho normal da máquina é longa, o que não é economicamente rentável (especialmente para máquinas grandes). Neste momento, a válvula reguladora de processo intermediária (radial, axial, rotativa) pode ser usada para ajustar o fluxo e a entrada de energia de cisalhamento para se adaptar a diferentes proporções.
A melhor configuração de parafuso para fusão é a configuração de parafuso d combinada com elementos de rosca de avanço grandes assimétricos, conforme mostrado na Figura 3. Ela pode fazer com que a maioria dos materiais sofra cisalhamento e pressão constantes controláveis, de modo que a temperatura do material não seja alta.
Para evitar gradientes excessivos de temperatura na zona de fusão e plastificação, o elemento de cisalhamento e o elemento de transporte de rosca para frente podem ser combinados alternadamente para que a entrada total de energia seja distribuída em uma determinada ordem dentro de um determinado comprimento axial, conforme mostrado na Figura 4 (c).
(a) Bloco de amassamento para frente + elemento de parafuso reverso (b) Bloco de amassamento reverso
(c) O bloco de amassamento dianteiro e o elemento de parafuso dianteiro são dispostos alternadamente na porta de exaustão
Figura 4 Configuração do parafuso de Berstorff para fusão
Configuração local do parafuso na zona de exaustão
A extrusora de parafuso duplo co-rotativo interligado é fornecida com uma zona de exaustão para remover umidade, ar arrastado e componentes voláteis no material. Um elemento de vedação deve ser ajustado no parafuso a montante da porta de exaustão para selar o fundido para estabelecer alta pressão; na zona de exaustão, ou seja, a seção do parafuso oposta à porta de exaustão, o material deve ser preenchido em um grau baixo na ranhura do parafuso e conectado à atmosfera ou bomba de vácuo.
Para selar o fundido e estabelecer alta pressão, elementos de rosca reversa, blocos de amassamento reverso ou válvulas reguladoras de pressão podem ser usados. Na zona de exaustão, elementos de rosca de grande avanço (Figura 5) devem ser usados para formar um baixo grau de enchimento e uma fina camada de fundido, de modo que o material tenha uma grande superfície livre que pode ser exposta e um longo tempo de residência para facilitar a exaustão.
Figura 5 Configuração do parafuso na zona de exaustão
Configuração de parafuso para transporte de fusão
O transporte de fusão geralmente usa elementos de parafuso de direção para frente. No entanto, às vezes, blocos de amassamento ou elementos de parafuso de direção reversa são usados na zona de transporte de fusão do parafuso, e a pressão precisa ser construída a montante desses elementos para que o material passe; para que o material passe pela matriz, a pressão também deve ser construída na seção de transporte de fusão na extremidade do parafuso.
A pressão só pode ser acumulada na seção do parafuso que está completamente preenchida com material, portanto, o acúmulo de pressão dos parafusos gêmeos corrotativos de engrenamento vem da capacidade do material de preencher continuamente a ranhura do parafuso. O preenchimento de 100% permite que a configuração do parafuso com um canal axial acumule pressão em uma curta distância.
O comprimento do parafuso preenchido com o fundido depende da viscosidade do material, do avanço do parafuso, do número de revoluções do parafuso, da quantidade de avanço e da resistência da matriz. O avanço da rosca e o número de cabeças de rosca afetam a capacidade de acumulação de pressão.
O aumento da pressão é acompanhado pelo aumento da temperatura, que se deve ao baixo coeficiente de transferência de calor do polímero e à proporção relativamente baixa da superfície de resfriamento do parafuso em relação ao volume de extrusão do fundido.
Para minimizar a temperatura causada pelo acúmulo de pressão, a configuração do parafuso de acúmulo de pressão deve ser otimizada para reduzir o comprimento da zona de contrapressão e minimizar a energia do material de entrada. O encurtamento da zona de contrapressão significa que, a uma pressão predeterminada, o gradiente de pressão da seção de transporte de fusão com um certo valor da taxa de convecção deve atingir o valor máximo.
Deve-se ressaltar que se a configuração do parafuso ou as condições operacionais da seção de transporte de fusão forem selecionadas incorretamente, isso pode levar à extrusão instável, como flutuações de fluxo; o comprimento total da zona de transporte de fusão a jusante da porta de exaustão não deve se estender apenas até a pressão de exaustão, caso contrário, causará exaustão do material.
Configuração do parafuso na seção de mistura
A função de mistura da extrusora de parafuso duplo co-rotativo interligado é a mais importante, portanto, o design da configuração do parafuso na seção de mistura é de grande importância. Recentemente, descobriu-se que na seção de fusão do parafuso duplo, o tamanho da fase dispersa da mistura de polímero diminui drasticamente, das partículas macroscópicas iniciais de nível milimétrico ou pó para dezenas de mícrons após a fusão ser concluída.
Após o estágio inicial de mistura, as partículas maiores da fase dispersa da mistura são reduzidas ainda mais ao nível final de mícron sob a ação do cisalhamento.
Comparado com o efeito da seção de fusão na estrutura morfológica da mistura, o efeito da seção de transporte de fusão na mistura é muito menor. Em outras palavras, o tamanho de partícula da fase dispersa muda muito durante o estágio de amolecimento (para polímeros amorfos) ou o estágio de fusão (para polímeros semicristalinos), enquanto o tamanho de partícula da fase dispersa não muda muito depois que o polímero é completamente derretido.
TM E - Elemento de mistura da turbina LH - Canhoto
KB - Bloco de amassar SB - Elemento de parafuso reverso de partida única
Figura 6 Configuração do parafuso W&P com mistura distributiva adicional
Figura 7 Seção de mistura com intensidade de mistura aumentada, composta por blocos de amassamento de duas e três cabeças
Figura 8 Configuração de parafuso composta por blocos de amassamento e elementos espirais para mistura distributiva e mistura dispersiva
A Figura 6 mostra a configuração do parafuso do projeto de combinação de parafuso duplo, que é composto de elementos dentados e outros elementos para aumentar a força de mistura de distribuição, enquanto a Figura 7 é uma configuração de parafuso composta de blocos de amassamento de duas e três cabeças adequados para aumentar a força de mistura de fusão, e a Figura 8 é uma configuração de parafuso composta de blocos de amassamento e elementos de parafuso para mistura de distribuição e mistura de dispersão.
Deve-se observar que a seleção da configuração do parafuso de cada seção funcional deve ser combinada com a tarefa da operação de mistura a ser realizada (modificação da mistura ou modificação do enchimento) e o processo de mistura.
