Ve světě spojování a vytlačování materiálů jsou dvojité-šnekové extrudéry srdcem výroby. Jeho výkon přímo určuje kvalitu míchání, efektivitu výroby a mechanické vlastnosti konečného produktu.
NaJWELL, chápeme, že výběr správné technologie-Společné{0}}rotováníneboPočítadlo-rotující-je rozhodující pro vaši konkrétní aplikaci. I když se může zdát, že rozdíl je pouze ve směru rotace, naše simulace CFD (Computational Fluid Dynamics) a testy v terénu odhalují významné rozdíly ve zpracovatelských charakteristikách, schopnostech míchání a přizpůsobivosti produktu.
Tento článek rozebírá tyto technické rozdíly, aby vám pomohl učinit informované rozhodnutí pro vaši výrobní linku.
Základní rozdíl: Pracovní princip
Hlavní rozdíl spočívá v tom, jak šrouby interagují s materiálem:
Společné-rotační dvoušnekové extrudéry:
• Rotace: Oba šrouby se otáčejí stejným směrem.
• Mechanismus: Tah ze šroubů je superponován. Materiál je přepravován po dráze "∞" (obrázek - osm), což vytváří vynucený dopravní účinek.
Režim vzájemného spojení-dvojitého{1}}šroubu
Proti{0}}rotační dvoušnekové extrudéry:
Rotace: Šrouby se otáčejí v opačných směrech.
Mechanismus: Přítlačné síly se vzájemně kompenzují. Materiál se pohybuje po trajektorii ve tvaru "C"- v uzavřených komorách a prochází opakovaným mícháním a reakcí.
Režim proti{0}}otočného dvojitého{1}}šroubu
Analýza výsledků simulace: Tlakové pole
Na základě mapy tlakové oblačnosti (obr. 3) a křivky změny tlaku (obr. 4) byla provedena následující pozorování:
• Společný-rotační dvoušroub:Tlak v průtokovém kanálu vykazuje rytmické kolísání. Tyto výkyvy odpovídají poloze šroubů (jak je vidět na obr. 4). Vzhledem k tomu, že lopatky šneku jsou vyvýšené hřebeny, materiál podléhá intenzivnímu stlačení a smykovým silám, když přes ně prochází, což má za následek vyšší tlakové špičky v místech unašeče.
• Proti{0}}otočný dvojitý šroub:Tlak zpočátku stoupá a poté klesá ve směru vytlačování, což se vyznačuje významným lokalizovaným jevem vysokého{0}}tlaku ve střední části. K tomuto vysokému tlaku dochází v oblasti vzájemného záběru (viz obr. . 2). Opačná rotace šneků způsobuje, že materiál proudí nerovnoměrně nebo se zablokuje, což vede k hromadění materiálu ve středu, což vytváří tento lokalizovaný vysoký tlak.
Diagram tlakového mraku v běhounu během procesu vytlačování
historie tlaku
Analýza výsledků simulace: Pole smykové rychlosti
Na základě obrysu smykové rychlosti (obr. 5) a křivky variace (obr. 6) jsou pozorování následující:
• Obecné chování (oba typy):V obou -procesech rotace i proti{1}}otáčení je smyková rychlost konzistentně vyšší na lopatkách šroubů a nižší v kanálech šroubů. K tomu dochází, protože vůle mezi unášečem šneku a stěnou hlavně je minimální, což zrychluje tok materiálu a vyvolává vysoké smykové síly. Naproti tomu větší mezera ve šroubových kanálech má za následek nižší smykové rychlosti.
• Proti{0}}otočný dvojitý šroub:Tento typ vykazuje lokalizované špičky ve smykové rychlosti. Tento jev je specificky způsoben netěsným prouděním (typicky se vyskytující přes těsné vůle v oblasti záběru).
Oblačný graf smykové rychlosti během procesu vytlačování
Křivka změny smykové rychlosti
Analýza účinnosti míchání materiálů
Míchání je rozděleno do dvou primárních kategorií: Distributivní a Disperzní.
Distribuční míchání:Proces materiálového přerozdělování a přeorientování k dosažení homogenity.
Disperzní míchání:Proces zmenšování velikosti částic materiálu prostřednictvím natahovacích a střižných sil.
Metoda Tracer Particle Method se používá pro kvantifikaci, analýzu parametrů trajektorie, jako je doba setrvání (RT), separační měřítko a maximální smykové napětí, aby se vyhodnotily rozdíly ve míchání.
Výkon axiálního míchání: Distribuce času pobytu (RTD)
Distribuce doby zdržení (RTD) je kritickou metrikou pro axiální míchání, popisující statistické rozložení času, který materiál stráví v extrudéru. Je reprezentován pravděpodobnostmi a funkcemi hustoty pravděpodobnosti.
Kumulativní rozložení doby pobytu
Křivka distribuce kumulativní doby zdržení (obr.{0}}) znázorňuje kumulativní pravděpodobnost, že tekutina nebo materiál zůstane uvnitř extrudéru.
Ve společně-rotujícím dvoušroubovém{1}}systému začnou stopovací částice opouštět kanál v1.00 sa úplně odejít54.82 ss uvedením doby pobytu53.82 s.
V proti{0}}otočném dvojitém-šnekovém systému opouštějí stopovací částice nejprve v1.48 sa úplně odejít59.80 s, což má za následek dobu zdržení58.32 s.
Kumulativní křivka souběžně se otáčejícího dvojčete-šneku zůstává nad křivkou protiběžně rotujícího-systému, což ukazuje na vyšší podíl částic opouštějících kanál v daném okamžiku.
Kumulativní rozložení doby pobytu
Rozdělení doby pobytu
Křivka hustoty pravděpodobnosti doby setrvání{0}} ukazuje, s jakou pravděpodobností materiál zůstane uvnitř extruderu během různých časových intervalů. Vyšší hustota indikuje větší pravděpodobnost, že materiál zůstane v daném časovém okně, zatímco nižší hustota odráží méně výskytů.
Podle funkce hustoty pravděpodobnosti (obr. 8):
Většina částic v souběžně se otáčejícím dvoušnekovém extrudéru-spadá dovnitř1.00–1.99 s, zatímco v proti{0}}rotačním systému se soustředí uvnitř1.48–2.97 s. Křivka společného otáčení se posouvá dále doleva a vykazuje vyšší vrchol, což naznačuje silnější přenosový výkon. Je to pravděpodobně způsobeno vynucenou transportní dráhou „∞-tvaru“ charakteristickou pro společně rotující šrouby.
Naproti tomu proti{0}}rotující extrudér pohání materiál po trajektorii „C-tvaru“, kde opakované míchání a re{2}}cirkulace v C-komoře prodlužují dobu zdržení.
rozložení doby pobytu
Výkon distribučního míchání
Distribuční index
Distribuční index odráží reologické chování a tokové charakteristiky materiálu během extruze. Jak je znázorněno na křivce distributivního indexu (obr. 9), proti-dvojitý{3}}šnekový extrudér s protisměrným otáčením vykazuje lepší rovnoměrnost distribuce ve srovnání se společným-systémem.
Distribuční index
Separační stupnice
Separační stupnice charakterizuje postup distributivního míchání. Jak je znázorněno na obr. . 10, počáteční měřítko separace je velké, protože dva typy částic vstupují z opačných stran. Jak míchání postupuje, usazeniny oddělování se zmenšují v důsledku disperzního působení-vyvolaného šroubem, což ukazuje na hlubší-povrchové míchání. Pozorované výkyvy jsou způsobeny agregací částic během proudění.
Separační-křivka měřítka společně se otáčejícího dvoušnekového extrudéru-setrvává konzistentně pod křivkou protiběžného-systému, což dokazuje jeho silnější distribuční schopnost míchání.
Při ko-rotačním dvoušnekovém vytlačování{1}} se oba šrouby otáčejí stejným směrem a vytvářejí silný smyk v oblasti záběru. To podporuje častou výměnu materiálu mezi šneky a zajišťuje rovnoměrnější rozdělovací míchání.
Naproti tomu proti{0}}rotující vytlačování zadržuje většinu materiálu v komoře ve tvaru C-. Pouze malá část vstupuje do oblasti mezery, kde dochází ke smyku a prodloužení. Vyšší stupeň uzavření snižuje nepravidelný průtok, ale také snižuje celkovou rovnoměrnost míchání.
Výkon disperzního míchání
Disperzní míchání je definováno progresivním zmenšováním velikosti částic, poháněným hlavně smykovým a elongačním napětím. Maximální smykové napětí, kterému jsou částice indikátoru vystaveny, odráží intenzitu disperzního procesu. Vyšší podíl částic vystavených vysokému střihu ukazuje na silnější disperzní schopnost.
Jak je znázorněno na obr. 11, proti-otočný dvojitý-šnek vykazuje vyšší pravděpodobnostní křivku, což naznačuje, že vystavuje více částic zvýšeným úrovním smyku.
Pravděpodobnost maximálního smykového napětí
Obr. 12 ukazuje hustotu pravděpodobnosti maximálního smykového napětí, kde vrchol udává úroveň napětí, kterou částice nejčastěji zažívají.
Charakteristiky křivky pro oba systémy potvrzují, že proti{0}}rotující dvojitý-šnek poskytuje větší smykové a protahovací síly, což vede k vynikajícímu disperznímu míchání ve srovnání se spolu-rotačním designem.
Analýza rázové zkoušky tahem
Obrázky. 13 a 14 shrnují výsledky tahových a rázových zkoušek.
Materiál vytlačovaný společně{0}}rotujícím dvojitým-šnekem vykazuje mírně vyšší pevnost v tahu a prodloužení při přetržení.
Naopak vzorky z proti{0}}rotačního systému vykazují nepatrně vyšší absorpci nárazové energie a nárazovou pevnost.
Údaje o tahové zkoušce
Údaje o nárazovém testu
Výhody ko-otočných dvojitých{1}}šnekových extrudérů:
Stabilnější průtokové pole, zejména z hlediska regulace tlaku.
Silný distribuční-výkon při míchání s vysokou rovnoměrností materiálu.
Kratší doba zdržení a vyšší účinnost dopravy, ideální pro formulace citlivé na teplo- a minimalizující tepelnou degradaci.
Extrudáty vykazují lepší tahové vlastnosti.
Výhody protiběžných-dvojitých{1}}šnekových extrudérů:
Schopnost vytváření vyššího tlaku- (s ohledem na lokalizované tlakové špičky).
Silnější smykové a natahovací účinky, poskytující vynikající disperzní míchání.
Delší a širší rozložení doby zdržení-, vhodné pro procesy vyžadující delší dobu reakce nebo míchání.
Extrudáty vykazují vyšší rázovou houževnatost a nižší viskozitu taveniny v důsledku rozsáhlejšího štěpení řetězu.