Ekstrüderlerin Ekonomik Faydalarının Optimize Edilmesi: Kapasite Verimliliğini Etkileyen Faktörlerin Kısa Bir Analizi

Birlikte yoğurma çift ​​vidalı ekstruder (Bundan sonra ekstrüder olarak anılacaktır) mükemmel karıştırma performansı, kişiselleştirilmiş vida kombinasyonu ve iyi kendi kendini temizleme performansı sayesinde modifiye plastiklerin işlenmesinde temel ekipman haline gelmiştir.

Ekstrüderin üretim verimliliği, modifikasyon şirketlerinin ekipman seçerken çok değer verdiği bir parametredir. Genellikle daha büyük çaplı ekstrüderlerin daha yüksek üretim verimliliğine sahip olduğuna inanılır, ancak aslında büyük çaplar ekstrüderlerin üretim verimliliğini artırmanın tek anahtarı değildir. Ekstrüderin üretim verimliliğini etkileyen faktörler arasında ekstrüder hızı, hacim oranı, özgül tork, vida kombinasyonu tasarımı, formülasyon malzemesinin durumu, plastikleştirme koşulu, ekipman aşınması vb. yer alır.

Aşağıda, ekstrüderdeki farklı işlemlerdeki malzemenin durumuna ve vida kombinasyonunun tasarımına göre etkileyen faktörler tek tek analiz edilecektir. Bu makalede, ekstrüzyon taşıma mekanizması perspektifinden detaylı bir şekilde ele alınacaktır.

Ekstrüzyon Konveyör Mekanizması

Tek vidalı ekstrüderin taşıma mekanizması üzerine yapılan araştırmalar, çift vidalı ekstrüderin geliştirilmesinin temelini oluşturmaktadır. En eski tek vidalı taşıma teorisi Darnel ve Mol tarafından ortaya atılmıştır. Bu teorinin temel noktası, tek vidalı bir ekstrüderde malzemelerin ileriye doğru taşıma gücünün, sürtünme direnci altında katı taşıma prensibine dayanmasıdır. Ekstrüderin vida elemanının adımı kademeli olarak azaldıkça veya yoğurma direnci elemanının ekstrüzyon kuvveti uygulandıkça, başlangıçta kabarık ve dağılmış malzeme, göreceli yer değiştirme olmaksızın katı bir tıkaç haline gelir ve katı tıkaç ile vida yüzeyi arasındaki sürtünme ve vida gövdesinin iç yüzeyi arasındaki sürtünme kuvveti birlikte, katı tıkacı vida oluğu boyunca ileriye doğru taşır.

Klasik taşıma teorisi, ortaya atıldığında bazı sınırlamalara sahiptir. Katı tıkaç içinde göreceli bir yer değiştirme olmadığını ve aldığı sürtünme kuvvetinin sabit olduğunu varsayar. Ancak gerçek durum oldukça farklıdır, bu nedenle teorik hesaplama formülü genellikle gerçek değerden büyük sapmalar gösterir. Yine de bu teori, ekstrüder vidalı taşımanın özünü ortaya koymaktadır; yani, vida oluğunun vida kenarı boyunca malzemeye uygulanan vida namlusunun sürtünme bileşen kuvveti, malzeme taşımasının kaynağıdır ve dönen vidanın yüzeyi ile malzeme arasındaki sürtünme, malzemenin ilerleyici direncini sınırlayan faktördür. Başka bir deyişle, taşınan malzeme ile vidanın metal yüzeyi arasındaki sürtünme katsayısı fi ile vida namlusunun içindeki malzeme ile metal yüzey arasındaki sürtünme katsayısı fb arasındaki fark, sürtünme sürüklemesi için itici kuvvetin kaynağıdır. Malzemenin ileri taşınmasının hareket ve kuvvet analizi Şekil 1'de gösterilmiştir.

Katı tribostatik prensiplerine dayalı katı madde taşınımının en eski ve en ayrıntılı teorisi Darnel ve Mol tarafından öne sürülmüş olsa da, birkaç temel varsayım bulunmaktadır:
1Ekstrüderin vida kanalında reçine malzemesi katı bir tıkaç halinde bulunur ve sabit bir akış hızına sahiptir; katı tıkaç üzerindeki basıncın yönü yalnızca malzeme hareketinin yönüyle uyumludur;
2. Katı tapa ve vida oluğundaki herhangi bir yüzey birbirleriyle etkileşime girer ve sürtünme katsayısı basınç değişimleriyle değil, yalnızca sıcaklık değişimleriyle değişir;
3. Katı tıkaçın kütle yoğunluğundaki değişimi ve yerçekiminin etkisini ihmal ederek ve ekstrüderin namlusu ile vidası arasında boşluk olmadığını varsayarak;
4. Vida, vida gövdesine göre sabittir ve vida gövdesi hareket ediyormuş gibi algılanır.
Potente ve arkadaşları, vida ekseninin vida oluğu bölgesinde, farklı bölgelerdeki malzemenin yığın yoğunluğunun/yığın yoğunluğunun farklı olduğuna inanmaktadır. Bazı bölgelerde malzeme gevşek haldeyken, bazı bölgelerde malzeme basınç altında katı bir tıkaç oluşturacaktır. Katı tıkaç kısmının taşıma mekanizması, Darnell-Mol taşıma teorisiyle tutarlıdır ve katı tıkaçın hareket durumu ve kuvveti analiz edilerek aşağıdaki formül elde edilmiştir:

Formül (1)'den görülebileceği üzere, taşıma hacmi G, dönme hızı n, hacim oranı H ve vida çapı Db ile pozitif korelasyonludur. Darnel ve Mol'un tek vidalı taşıma teorisinin varsayımları gerçekliğe uymadığı için, sonraki nesiller tarafından hesaplanan veriler ile gerçek üretim verileri arasında büyük bir sapma vardır. O zamandan beri, çok sayıda bilim insanı bu teori üzerinde daha detaylı araştırmalar yapmıştır. Çok sayıda çalışmada, birçok bilim insanı tarafından kabul edilen iki teori, Chung ve diğerleri tarafından önerilen viskoz çekme teorisi ve Tedder tarafından önerilen viskoz çekme teorisidir. enerji dengesi teorisi.

Teoriler arasında görüş ayrılıkları olsa da, Darnell-Mol teorisi ve Tedder teorisinin temel başlangıç ​​noktası özünde aynıdır; yani, malzemenin yüzeyi ile yüzeyi arasındaki dinamik sürtünme kuvveti. tek vidalı ekstruder Vidalı tamburun iç duvarı, katı malzemelerin taşınması için en önemli faktördür. Özün kaynağıdır. Fark şudur ki, Chung, malzemenin önce tamburun içindeki metal duvara sürtünerek ince bir eriyik tabakası oluşturacağına ve bu ince eriyik tabakasının oluşturduğu viskoz çekme kuvvetinin katı taşıma performansını etkilediğine inanmaktadır. Yukarıdaki üç teorinin ortak noktası, ekstrüderdeki katı malzemenin katı bir tıkaç olduğu, katı taşıma bölümündeki malzemenin yoğun olduğu ve katı parçacıklar arasında göreceli bir yer değiştirme olmadığı varsayımıdır.

Zhu Fuhua ve diğerleri, ekstrüderin tüm görsel çalışma sürecinde, malzemenin erime bölümüne girmeden önce katı parçacıkların temel olarak karşılıklı değişim ve kayma sürecinde olduğunu ve vida oluğunun tamamen dolmadığını fark ettiler. Bu fenomen, erime bölümüne girene kadar kademeli olarak ortadan kaybolmaz. Ayrıca, reçine parçacıklarının ileri taşıma sürecinde, reçine parçacıkları arasında parlak bir eriyik olduğu açıkça gözlemlenebilir. Daha sonraki aşamada eriyiğin kapladığı alan giderek arttıkça, parçacıklar ve eriyik arasındaki sınır daha az belirgin hale gelir. Bu, katı tıkaçın süreksizliğini ve katı tıkaçın yer değiştirme değişiminin kaçınılmazlığını görsel olarak kanıtlar. Çok sayıda gözlem ve deneye dayanarak, Zhu Fuhua ilk kez tıkaçsız akış katı taşıma teorisini ortaya attı.

Ne yazık ki, tıkanmayan akışlı katı madde taşıma teorisi ortaya atıldıktan sonra uzun bir süre boyunca, teorinin karmaşıklığı nedeniyle yurt içinde ve yurt dışında pratik sorunların çözümünde kullanılamadı. Tıkanmayan akışlı katı madde taşıma teorisinin hesaplama doğruluğu büyük ölçüde iyileştirilmiş olsa da, üretim ve basınç hesaplaması için açık bir formül bulunmamaktadır ve kendisi doğrusal olmayan bir temas problemidir. Birçok ve karmaşık formül vardır ve hesaplama için sonlu elemanlar yöntemi gereklidir. Bu, pratik uygulamada büyük zorluklar yaratmaktadır. Bay Carrot, birbirine kenetlenen eş dönen ikiz vidaların geometrisini incelemiş ve araştırma temelinde ikiz vidalı ekstrüderdeki malzeme taşıma sürecinin bir modelini oluşturmuştur. Ekstrüderdeki malzeme taşıma sürecinin karmaşık ve çeşitli olduğunu ve esas olarak iki taşıma mekanizmasının bulunduğunu, yani üst kenetlenme alanında vidanın ekseni boyunca pozitif yer değiştirme taşıması ve vida oluğu alanında sürtünme sürüklenmesi taşıması olduğunu oybirliğiyle belirtmişlerdir. Liu Tinghua ve arkadaşları. Tam üç yollu görsel ekstrüder ile birçok deney yapıldı ve katı taşıma bölümü, ağ oluşturma alanındaki pozitif yer değiştirmeli taşıma ve yan vida oluğu alanındaki tanecikli parçacıkların sürtünmeli taşıması olmak üzere ikiye ayrıldı. Ağ oluşturma alanındaki pozitif yer değiştirmeli taşıma hacmi, formül (2) ile hesaplanır:

Ekstrüderin ekonomik faydalarını en üst düzeye çıkarmak, ekstrüderin üretim verimliliğinden ayrı düşünülemez. Üretim verimliliği sadece ekstrüderin fiziksel parametreleri ve işlem koşullarıyla değil, malzemenin durumuyla da belirlenir. Malzemenin yığın yoğunluğu ne kadar düşükse, malzemedeki hava içeriği o kadar yüksek olur. Malzemenin vida ile taşınması işleminde, aslında aynı hacimdeki malzeme ileri doğru hareket ettirilir. Yığın yoğunluğu ne kadar düşükse, taşıma kapasitesi de o kadar düşük olur.

Ekstrüderin eriyik karıştırma işlemi sırasında, çok sayıda parçacık ve toz sıkıştırılır ve eriyik haline dönüştürülür. Ekstrüderin içinden çıkmanın tek yolu, kuyruğa geri akmasıdır; bu da sürekli toz beslemesini engelleyecektir. Karşı akışın basıncı ve hızı belirli bir kritik değeri aştığında, güç geri döner. Vidanın kesit alanı küçüldüğünde, hava karşı akışı daha yüksek basınç ve daha yüksek hıza sahip olur. Bu durumda, besleme üzerinde olumsuz bir etki yaratabilir, çünkü hız artışıyla taşma noktası oranı azalır, yani hız ne kadar yüksekse, besleme o kadar akışkanlaşır. Daha önce de belirtildiği gibi, sürtünme malzeme taşımanın anahtarıdır. Taşıma verimliliği, "dinamik" sürtünme katsayısı ile doğru orantılıdır. Vida namlusunun sürtünme katsayısı ne kadar yüksekse, taşıma verimliliği de o kadar yüksek olur. Sürtünme kuvvetindeki değişim de taşıma verimliliğini etkileyecektir. Ayrıca, farklı vida kombinasyonları ve yapıları da "dinamik" sürtünme katsayısını etkileyecektir.