Optimización dos beneficios económicos das extrusoras: unha breve análise dos factores que afectan á eficiencia da capacidade

Amasado conxunto extrusora de dobre parafuso (en diante denominada extrusora) converteuse no equipo principal no procesamento de plásticos modificados debido ao seu excelente rendemento de mestura, á combinación personalizada de parafusos e ao bo rendemento de autolimpieza.

A eficiencia de produción da extrusora é un parámetro que as empresas de modificación valoran moito á hora de seleccionar equipos. Crese xeralmente que as extrusoras de maior diámetro teñen unha maior eficiencia de produción, pero en realidade, os diámetros grandes non son o único factor clave para mellorar a eficiencia de produción das extrusoras. Os factores que afectan á eficiencia de produción da extrusora inclúen a velocidade da extrusora, a relación de volume, o par específico, o deseño da combinación de parafusos, o estado do material de formulación, a condición de plastificación, o desgaste do equipo, etc.

A continuación, analizarase un por un os factores de influencia segundo o estado do material en diferentes procesos na extrusora e o deseño da combinación de parafusos. Neste artigo, ampliaremos o tema en detalle desde a perspectiva do mecanismo de transporte por extrusión.

Mecanismo de transportador de extrusión

A investigación sobre o mecanismo de transporte da extrusora de fuso único é a base para o desenvolvemento da extrusora de dobre fuso. A primeira teoría do transporte de fuso único foi proposta por Darnel e Mol. O seu punto central é que a potencia de transporte cara adiante dos materiais nunha extrusora de fuso único baséase no transporte de sólidos baixo arrastre por fricción. A medida que a avance do elemento de fuso da extrusora diminúe gradualmente ou se aplica a forza de extrusión do elemento de resistencia ao amasado, o material inicialmente esponxoso e disperso convértese nun tapón sólido sen desprazamento relativo, e a fricción entre o tapón sólido e a superficie do fuso e o tapón sólido xunto coa forza de fricción entre a superficie interior do cilindro do fuso, o tapón sólido transpórtase cara adiante ao longo da ranura do fuso.

A teoría clásica do transporte ten as súas limitacións cando se propón. Asume que non hai desprazamento relativo dentro do tapón sólido e que a forza de fricción que recibe é constante. Non obstante, a situación real é bastante diferente, polo que a fórmula de cálculo teórica adoita ser diferente da gran desviación real. Non obstante, esta teoría presenta a esencia do transporte por parafuso da extrusora, é dicir, a forza do compoñente de fricción do cilindro do parafuso sobre o material ao longo da beira do parafuso da ranura do parafuso é a fonte de transporte de material, e a fricción entre a superficie do parafuso rotatorio e o material é o material limitante. Resistencia progresiva. Noutras palabras, a diferenza entre o coeficiente de fricción fi entre o material que se transporta e a superficie metálica do parafuso e o coeficiente de fricción fb entre o material e a superficie metálica dentro do cilindro do parafuso é a fonte da forza motriz para o arrastre por fricción. A análise do movemento e a forza do transporte cara adiante do material móstrase na imaxe 1.

Aínda que a teoría máis antiga e detallada do transporte de sólidos baseada na tribostática sólida foi proposta por Darnel e Mol, existen varias suposicións básicas:
1No canal de parafuso da extrusora, o material de resina existe no estado dun tapón sólido e ten unha taxa de subministración fixa, e a dirección da presión sobre o tapón sólido só é coherente coa do movemento do material;
2. O tapón sólido e calquera superficie da ranura do parafuso interactúan entre si, e o seu coeficiente de fricción non cambiará coas flutuacións de presión, senón só cos cambios de temperatura;
3. Desprezando o cambio na densidade aparente do tapón sólido e a influencia da gravidade terrestre, e asumindo que non hai espazo entre o barril e o parafuso da extrusora;
4. O parafuso está estacionario en relación co cilindro do parafuso e vese mentres o cilindro do parafuso se move.
Potente e os seus colaboradores cren que na zona da ranura do parafuso do eixe do parafuso, a densidade aparente/densidade aparente do material en diferentes zonas é diferente. Nalgúns casos, o material está nun estado solto e, noutros casos, o material será presionado para formar un tapón sólido. O mecanismo de transporte da parte sólida do tapón está relacionado coa teoría de transporte de Darnell-Mol, que é consistente, e a seguinte fórmula obtense analizando o estado de movemento e a forza do tapón sólido:

Pódese observar na fórmula (1) que o volume de subministración G está positivamente correlacionado coa velocidade de rotación n, a relación de volumes H e o diámetro do parafuso Db. Dado que as suposicións da teoría do transporte dun só parafuso de Darnel e Mol non se axustan á realidade, existe unha gran desviación entre os datos calculados por xeracións posteriores e os datos de produción reais. Desde entón, un gran número de estudosos levaron a cabo investigacións máis detalladas sobre esta teoría. Nun gran número de estudos, as dúas teorías recoñecidas por moitos estudosos son a teoría da tracción viscosa proposta por Chung et al. e a teoría do balance enerxético de Tedder.

Aínda que existen controversias entre as teorías, o punto de partida central da teoría de Darnell-Mol e da teoría de Tedder é o mesmo en esencia, é dicir, a forza de fricción dinámica entre o material do... extrusora monoparafuso e a parede interior do cilindro do parafuso é o factor máis importante para o transporte de materiais sólidos. A fonte da esencia. A diferenza é que Chung cre que o material primeiro rozará contra a parede metálica do interior do cilindro para producir unha fina capa de masa fundida, e é a forza de tracción viscosa xerada por esta fina capa de masa fundida a que afecta o rendemento do transporte de sólidos. O que teñen en común as tres teorías anteriores é que se asume que o material sólido na extrusora é un tapón sólido, o material na sección de transporte de sólidos considérase denso, non hai desprazamento relativo entre as partículas sólidas.

Zhu Fuhua e outros observaron en todo o proceso de traballo da extrusora visual que, antes de que o material entre na sección de fusión, as partículas sólidas están basicamente no proceso de intercambio e deslizamento mutuos, e a ranura do parafuso non se enche completamente. Este fenómeno non desaparece gradualmente ata que entran na sección de fusión. Ademais, durante o proceso de transporte cara adiante das partículas de resina, pódese observar claramente que hai unha masa fundida brillante entre as partículas de resina. A medida que o espazo ocupado pola masa fundida na etapa posterior se fai cada vez maior, o límite entre as partículas e a masa fundida faise menos obvio. Isto demostra visualmente a descontinuidade do tapón sólido e a inevitabilidade do cambio de desprazamento do tapón sólido. Baseándose nun gran número de observacións e experimentos, Zhu Fuhua propuxo por primeira vez a teoría do transporte sólido de fluxo sen tapón.

Lamentablemente, durante moito tempo despois de que se propuxese a teoría do transporte sólido de fluxo non taponado, non se puido empregar para abordar problemas prácticos tanto no país como no estranxeiro debido á complexidade da teoría. Aínda que a precisión do cálculo da teoría do transporte sólido de fluxo non taponado mellorou moito, non existe unha fórmula explícita para o cálculo da produción e a presión, e en si mesma é un problema de contacto non lineal. Hai moitas fórmulas complicadas, e o método dos elementos finitos é necesario para o cálculo. Isto trae grandes dificultades na aplicación práctica. O Sr. Carrot estudou a xeometría dos parafusos xemelgos corrotatorios entrelazados e creou un modelo do proceso de transporte de material nunha extrusora de parafuso xemelgo como base da investigación. Sinalaron por unanimidade que o proceso de transporte de materiais na extrusora é complexo e diverso, e que existen principalmente dous mecanismos de transporte, é dicir, o transporte de desprazamento positivo ao longo do eixe do parafuso na área de engranaxe superior e o transporte de arrastre por fricción na área da ranura do parafuso. Liu Tinghua et al. Fixen moitos experimentos coa extrusora visual de tres vías completa e dividiron a sección de transporte sólido en transporte de desprazamento positivo na área de malla e transporte por fricción de partículas granulares na área da ranura do parafuso lateral. O volume de transporte de desprazamento positivo na área de malla calcúlase segundo a fórmula (2):

Como maximizar os beneficios económicos da extrusora é inseparable da eficiencia de produción da extrusora. A eficiencia de produción non só está determinada polos parámetros físicos e as condicións do proceso da extrusora, senón que o estado do material tamén afecta á eficiencia de produción. Canto menor sexa a densidade aparente do material, maior será o contido de aire no material. Para o proceso de transporte do material polo parafuso, en realidade avanza co mesmo volume de material. Canto menor sexa a densidade aparente, menor será a capacidade de transporte.

Durante a mestura de masa fundida da extrusora, un gran número de partículas e pos comprímense e transfórmanse nunha masa fundida. A única forma de saír do interior da extrusora é fluíndo de volta á cola, o que evitará a alimentación continua do po. Cando a presión e a velocidade do contrafluxo superan un certo valor crítico, devolverá a potencia. Cando o espazo da sección transversal do parafuso se fai máis pequeno, o contrafluxo de aire. Canto maior sexa a presión, maior será a velocidade. Neste momento, pode ter un impacto negativo na alimentación, porque o punto de desbordamento da velocidade diminúe co aumento da velocidade, é dicir, canto maior sexa a velocidade, máis fluidizada estará a alimentación. Como se mencionou anteriormente, a fricción é a clave para o transporte de material. A eficiencia do transporte é directamente proporcional ao coeficiente de fricción "dinámico". Canto maior sexa o coeficiente de fricción do cilindro do parafuso, maior será a eficiencia do transporte. O cambio na forza de fricción tamén afectará á súa eficiencia de transporte. Ademais, as diferentes combinacións e estruturas do parafuso tamén afectarán ao seu coeficiente de fricción "dinámico".