Cargol de l'extrusora

El cargol és el cor de l'extrusora i un component clau de l'extrusora. El rendiment del cargol determina la productivitat, la qualitat de plastificació, la dispersió dels farcits, la temperatura de fusió, el consum d'energia, etc. d'una extrusora. És el component més important de l'extrusora, que pot afectar directament el rang d'aplicació i l'eficiència de producció de l'extrusora. La rotació del cargol exerceix una pressió extrema sobre el plàstic, de manera que el plàstic es pot moure, pressionar i obtenir una mica de calor a partir de la fricció del canó. El plàstic es barreja i es plastifica durant el moviment al barril. Quan la massa fosa viscosa s'extrudeix i flueix a través de la matriu, obté la forma desitjada i es forma. Igual que el canó, el cargol també està fet d'aliatges d'alta resistència, resistents a la calor i a la corrosió.
Com que hi ha molts tipus de plàstics, les seves propietats també són diferents. Per tant, en funcionament real, per adaptar-se a les diferents necessitats de processament de plàstic, es requereixen diferents tipus de cargols i les estructures també són diferents. Perquè el plàstic pugui ser transportat, extruït, barrejat i plastificat amb la màxima eficiència.
Els paràmetres bàsics que representen les característiques del cargol inclouen els següents: diàmetre, relació d'aspecte, relació de compressió, pas, profunditat de ranura, angle de l'hèlix, joc entre el cargol i el canó, etc.
El diàmetre de cargol més comú D és d'uns 45 ~ 150 mm. A mesura que augmenta el diàmetre del cargol, la capacitat de processament de l'extrusora també augmenta en conseqüència, i la productivitat de l'extrusora és proporcional al quadrat del diàmetre del cargol D. La relació entre la longitud efectiva de la part de treball del cargol i el diàmetre ( abreujat com a relació d'aspecte, expressada com a L/D) sol ser de 18 ~ 25. Un gran L/D pot millorar la distribució de la temperatura del material, facilitar la barreja i la plastificació del plàstic i reduir les fuites i el reflux. Millorar la capacitat de producció de l'extrusora. El cargol amb un gran L/D té una gran adaptabilitat i es pot utilitzar per a l'extrusió de diversos plàstics; però quan el L/D és massa gran, el plàstic s'escalfarà durant més temps i es degradarà. Al mateix temps, a causa de l'augment del pes del cargol, l'extrem lliure es doblegarà i s'enfonsarà, cosa que és fàcil de causar rascades entre el canó i el cargol, i dificultarà la fabricació i el processament; augmentar el consum d'energia de l'extrusora. És probable que un cargol massa curt provoqui una mala plastificació de la mescla.
La meitat de la diferència entre el diàmetre interior del canó i el diàmetre del cargol s'anomena buit δ, que pot afectar la capacitat de producció de l'extrusora. A mesura que augmenta δ, la productivitat disminueix. Normalment és apropiat controlar δ a uns {{0}},1 a 0,6 mm. Quan δ és petit, l'efecte de cisalla sobre el material és gran, cosa que afavoreix la plastificació. Tanmateix, si δ és massa petit, és probable que el fort efecte de cisalla provoqui una degradació termomecànica del material i és probable que el cargol es mantingui o es fregui contra la paret del canó. A més, quan δ és massa petit, gairebé no hi ha fuites ni refluig del material, cosa que afecta la barreja de la massa fosa fins a cert punt.
L'angle de l'hèlix Φ és l'angle entre la rosca i la secció transversal del cargol. A mesura que augmenta Φ, augmenta la capacitat de producció de l'extrusora, però l'efecte de cisalla i la força d'extrusió del plàstic disminueixen. Normalment, l'angle de l'hèlix està entre 10 i 30 graus i canvia al llarg de la direcció de la longitud del cargol. Sovint s'utilitza un cargol equidistant i el pas és igual al diàmetre. El valor de Φ és d'uns 17 graus 41′
Com més gran sigui la relació de compressió, més gran serà la relació d'extrusió rebuda pel plàstic. Quan la ranura del cargol és poc profunda, pot produir una velocitat de cisalla més alta al plàstic, cosa que és beneficiosa per a la transferència de calor entre la paret del canó i el material. Com més gran sigui l'eficiència de mescla i plastificació del material, menor serà la productivitat. Al contrari, quan la ranura del cargol és profunda, la situació és justament la contrària. Per tant, els cargols de ranura de cargol profund són adequats per a materials sensibles a la calor (com el clorur de polivinil); mentre que els cargols de ranura de cargol poc profund són adequats per a plàstics amb baixa viscositat de fusió i alta estabilitat tèrmica (com la poliamida).
1. Segmentació del cargol
Quan el material avança al llarg del cargol, experimenta canvis de temperatura, pressió, viscositat, etc. Aquest canvi és diferent en tota la longitud del cargol. Segons les característiques dels canvis de material, el cargol es pot dividir en una secció d'alimentació (alimentació), una secció de compressió i una secció d'homogeneïtzació.
①, plàstics i tres estats de plàstics
Els plàstics es divideixen en dues categories: termoestables i termoplàstics. Després de formar i solidificar els plàstics termoestables, no es poden escalfar ni fondre. Tanmateix, els productes formats per termoplàstics es poden escalfar i fondre per formar altres productes.
A mesura que canvia la temperatura, el plàstic termoplàstic passa a tres estats: estat vidre, estat altament elàstic i estat de flux viscós. Quan la temperatura canvia repetidament, els tres estats canvien repetidament.
a. Diferents característiques del polímer es fon en els tres estats:
Estat vidre: el plàstic apareix com un sòlid rígid; l'energia cinètica tèrmica és petita, la força intermolecular és gran i la deformació és contribuïda principalment per la deformació de l'angle d'enllaç; la deformació es recupera immediatament després d'eliminar la força externa, que pertany a la deformació elàstica general.
Estat altament elàstic: el plàstic apareix com una substància semblant al cautxú; la deformació ve contribuïda per l'estirament de la conformació macromolecular causada per l'orientació dels segments de la cadena i el valor de deformació és gran; la deformació es pot recuperar després d'eliminar la força externa, però depèn del temps, que pertany a una deformació altament elàstica.
Estat de flux viscós: el plàstic apareix com una fosa altament viscosa; l'energia tèrmica estimula encara més el moviment relatiu de lliscament de les molècules de la cadena; la deformació és irreversible, que pertany a la deformació plàstica
b. El processament del plàstic i els tres estats del plàstic:
Els plàstics es poden tallar en estat vidre. En estat altament elàstic, es poden estirar, com ara trefilatge, extrusió de tubs, modelat per bufat i termoconformat. En estat de flux viscós, es pot processar mitjançant recobriment, modelat rotacional i modelat per injecció.
Quan la temperatura és superior a l'estat de flux viscós, el plàstic patirà una descomposició tèrmica i, quan la temperatura sigui inferior a l'estat de vidre, el plàstic es tornarà trencadís. Quan la temperatura del plàstic és superior a l'estat de flux viscós o inferior a l'estat de vidre, el plàstic termoplàstic tendeix a deteriorar-se i danyar-se seriosament, per la qual cosa s'han d'evitar aquestes dues zones de temperatura quan es processen o s'utilitzen productes plàstics.
②, cargol de tres etapes
Els plàstics existeixen en tres estats físics a l'extrusora: el procés de canvi d'estat vidre, estat elàstic elevat i estat de flux viscós, i cada estat té requisits diferents per a l'estructura del cargol.
c. Per tal de satisfer els requisits de diferents estats, el cargol de l'extrusora es divideix normalment en tres seccions:
Secció d'alimentació L1 (també coneguda com a secció de transport sòlid)
Secció de fusió L2 (anomenada secció de compressió)
Secció d'homogeneïtzació L3 (anomenada secció de mesura)
Això és el que se sol anomenar cargol de tres etapes. El procés d'extrusió dels plàstics en aquestes tres seccions és diferent.
La funció de la secció d'alimentació és enviar el material subministrat per la tremuja a la secció de compressió. El plàstic generalment roman en estat sòlid durant el moviment i es fon parcialment a causa de la calor. La longitud de la secció d'alimentació varia segons el tipus de plàstic, i pot ser des de no lluny de la tremuja fins al 75% de la longitud total de la tassa de cargol.
En termes generals, l'extrusió de polímers cristal·lins és la més llarga, seguida dels polímers amorfs durs i la més curta per als polímers amorfs tous. Atès que la secció d'alimentació no produeix necessàriament compressió, el volum de la seva ranura del cargol pot romandre sense canvis. La mida de l'angle de l'hèlix té un impacte més gran en la capacitat d'alimentació d'aquesta secció, i en realitat afecta la productivitat de l'extrusora. Normalment, l'angle de l'hèlix dels materials en pols és d'uns 30 graus i la productivitat és la més alta. L'angle de l'hèlix dels materials de bloc ha de ser d'uns 15 graus i l'angle de l'hèlix dels materials esfèrics ha de ser d'uns 17 graus.