Að hámarka efnahagslegan ávinning af extruders: Stutt greining á þáttum sem hafa áhrif á afkastagetu

Samhnoðun tvískrúfupressuvél (hér eftir nefnt extruder) hefur orðið kjarnabúnaðurinn í vinnslu á breyttum plasti vegna framúrskarandi blöndunargetu, sérsniðinnar skrúfusamsetningar og góðrar sjálfhreinsandi frammistöðu.

Framleiðsluhagkvæmni extrudersins er færibreyta sem umbreytingarfyrirtæki meta mjög mikils þegar þau velja búnað. Almennt er talið að extruderar með stærri þvermál hafi meiri framleiðsluhagkvæmni, en í raun eru stærri þvermál ekki lykillinn að því að bæta framleiðsluhagkvæmni extrudersins heldur eini þátturinn. Þættir sem hafa áhrif á framleiðsluhagkvæmni extrudersins eru meðal annars hraði extrudersins, rúmmálshlutfall, sértækt tog, hönnun skrúfusamsetningar, ástand formúluefnisins, mýkingarástand, slit búnaðar o.s.frv.

Hér á eftir verða áhrifaþættirnir greindir einn af öðrum eftir ástandi efnisins í mismunandi ferlum í extrudernum og hönnun skrúfusamsetningarinnar. Í þessari grein munum við skoða þetta nánar út frá sjónarhóli extruder-flutningskerfisins.

Útdráttarfæribandakerfi

Rannsóknir á flutningskerfi einskrúfupressuvélarinnar eru grundvöllur þróunar tvískrúfupressuvélarinnar. Elsta kenningin um einskrúfuflutning var sett fram af Darnel og Mol. Kjarni hennar er sá að framflutningsafl efna í einskrúfupressuvél byggist á föstu flutningi undir núningsmótstöðu. Þegar forskot skrúfuhluta pressuvélarinnar minnkar smám saman eða útpressunarkraftur hnoðunarmótstöðuhlutans er beitt, verður upphaflega loftkennt og dreifða efnið að föstu tappa án hlutfallslegrar tilfærslu, og núningurinn milli fasta tappans og yfirborðs skrúfunnar og fasta tappans ásamt núningskraftinum milli innra yfirborðs skrúfuhlaupsins er fasti tappann fluttur áfram eftir skrúfugrópnum.

Klassíska flutningskenningin hefur sínar takmarkanir þegar hún er sett fram. Hún gerir ráð fyrir að engin hlutfallsleg tilfærsla sé inni í föstu tappanum og að núningskrafturinn sem hann fær sé stöðugur. Hins vegar er raunveruleg staða nokkuð önnur, þannig að fræðilega útreikningsformúlan er oft frábrugðin raunverulegu stóru frávikinu. Engu að síður setur þessi kenning fram kjarna skrúfuflutnings með extruder, þ.e. núningsþáttur krafts skrúfuhlaupsins á efnið meðfram skrúfubrún skrúfugrópsins er uppspretta efnisflutningsins, og núningurinn milli yfirborðs snúningsskrúfunnar og efnisins er takmarkandi efni. Stigvaxandi viðnám. Með öðrum orðum, munurinn á núningstuðlinum fi milli efnisins sem verið er að flytja og málmyfirborðs skrúfunnar og núningstuðlinum fb milli efnisins og málmyfirborðsins inni í skrúfuhlaupinu er uppspretta drifkraftsins fyrir núningsdrátt. Hreyfingar- og kraftgreining á efnisflutningi áfram er sýnd á mynd 1.

Þó að Darnel og Mol hafi lagt fram elstu og ítarlegustu kenninguna um flutning fastra efna, byggða á þríhyrningsstöðugleika föstra efna, þá eru nokkrar grundvallarforsendur:
1 Í skrúfurás extrudersins er plastefnið í fastri tappaástandi og það hefur fastan afhendingarhraða og stefna þrýstingsins á fasta tappann er aðeins í samræmi við hreyfingu efnisins;
2. Fasti tappann og hvaða yfirborð sem er í skrúfugrópnum hafa samskipti sín á milli og núningstuðullinn breytist ekki með þrýstingssveiflum, heldur aðeins með hitastigsbreytingum;
3. Að hunsa breytingu á rúmmálsþéttleika fastra tappa og áhrif þyngdarafls jarðar og gera ráð fyrir að ekkert bil sé á milli tunnu og skrúfu extrudersins;
4. Skrúfan er kyrrstæð miðað við skrúfuhlaupið og það sést þegar skrúfuhlaupið hreyfist.
Potente o.fl. telja að á skrúfugrópasvæði skrúfuássins sé rúmmálsþéttleiki/rúmmálsþéttleiki efnisins mismunandi á mismunandi svæðum. Á sumum svæðum er efnið laust og á öðrum svæðum verður þrýst á efnið til að mynda fastan tappa. Flutningskerfi fasta tappahlutans tengist Darnell-Mol flutningskenningunni sem er samkvæm og eftirfarandi formúla fæst með því að greina hreyfiástand og kraft fasta tappa:

Af formúlunni (1) má sjá að flutningsrúmmálið G er jákvætt í fylgni við snúningshraðann n, rúmmálshlutfallið H og skrúfuþvermálið Db. Þar sem forsendur Darnel og Mol í kenningunni um einfalt skrúfuflutningskerfi eru ekki í samræmi við raunveruleikann, er mikil frávik milli gagna sem síðari kynslóðir reiknuðu út og raunverulegra framleiðslugagna. Síðan þá hefur fjöldi fræðimanna framkvæmt ítarlegri rannsóknir á þessari kenningu. Í fjölmörgum rannsóknum eru tvær kenningar sem margir fræðimenn viðurkenna seigjukraftskenningin sem Chung o.fl. lögðu til og seigjukraftskenningin sem Tedder lagði til, orkujöfnuðskenningin.

Þótt ágreiningur sé milli kenninganna, þá er kjarni upphafspunktur Darnell-Mol kenningarinnar og Tedder kenningarinnar sá sami í eðli sínu, þ.e. kraftmikill núningur milli efnisins í einskrúfa extruder og innveggur skrúfutunnunnar er mikilvægasti þátturinn í flutningi föstra efna. Uppruni kjarnans. Munurinn er sá að Chung telur að efnið muni fyrst nudda við málmvegginn inni í tunnunni til að mynda þunnt lag af bráðnu efni, og það er seigfljótandi togkrafturinn sem myndast af þessu þunna lagi af bráðnu efni sem hefur áhrif á afköst flutnings á föstu efni. Það sem sameiginlegt er með þessum þremur kenningum er að fasta efnið í extrudernum er gert ráð fyrir að vera fast tappi, efnið í flutningshlutanum fyrir fast efni er talið vera þétt, það er engin hlutfallsleg tilfærsla á milli föstu agnanna.

Zhu Fuhua og fleiri tóku eftir því í öllu ferlinu við sjónræna útpressun að áður en efnið fer inn í bræðsluhlutann eru fastar agnir í grundvallaratriðum í gagnkvæmu ferli og renna, og skrúfugrópurinn er ekki alveg fylltur. Þetta fyrirbæri hverfur ekki smám saman fyrr en komið er inn í bræðsluhlutann. Að auki, meðan á framflutningi plastefnisagnanna stendur, má greinilega sjá að glansandi bráðnun myndast á milli plastefnisagnanna. Þegar rýmið sem bráðnunin tekur upp á síðari stigum verður meira og meira, verða mörkin milli agnanna og bráðnunarinnar óljósari. Þetta sannar sjónrænt rofið í fasta tappanum og óhjákvæmilegt að breytingar á tilfærslu fasta tappans breytist. Byggt á fjölda athugana og tilrauna setti Zhu Fuhua fram kenninguna um flutning fastra efna án tappaflæðis í fyrsta skipti.

Því miður var ekki hægt að nota kenninguna um flutning fastra efna án tappaflæðis lengi eftir að hún var sett fram til að takast á við hagnýt vandamál bæði heima og erlendis vegna flækjustigs kenningarinnar. Þó að nákvæmni útreikninga á kenningunni um flutning fastra efna án tappaflæðis hafi batnað til muna, þá er engin skýr formúla til að reikna út framleiðslu og þrýsting, og hún sjálf er ólínulegt snertivandamál. Það eru margar og flóknar formúlur, og þörf er á endanlegum þáttum til útreikninga. Þetta veldur miklum erfiðleikum við hagnýtingu. Carrot rannsakaði rúmfræði samtengdra tvískrúfu og bjó til líkan af efnisflutningsferlinu í tvískrúfupressu sem grunn rannsókna. Þeir bentu einróma á að flutningsferlið fyrir efni í pressunni er flókið og fjölbreytt, og það eru aðallega tvær flutningsaðferðir, þ.e. jákvæð tilfærsluflutningur meðfram ás skrúfunnar í efra möskvasvæðinu og núningsmótstöðuflutningur í skrúfugrópasvæðinu. Liu Tinghua o.fl. Hef gert margar tilraunir með þríhliða sjónræna extruderinn og skipt flutningshlutanum fyrir fast efni í jákvæða tilfærsluflutning í möskvasvæðinu og núningsflutning kornagna í hliðarskrúfugrópasvæðinu. Rúmmál jákvæðrar tilfærsluflutnings í möskvasvæðinu er reiknað með formúlunni (2):

Hvernig hámarka megi efnahagslegan ávinning af extruder er óaðskiljanlegt frá framleiðsluhagkvæmni extrudersins. Framleiðsluhagkvæmni er ekki aðeins ákvörðuð af eðlisfræðilegum breytum og ferlisskilyrðum extrudersins, heldur hefur ástand efnisins einnig áhrif á framleiðsluhagkvæmni. Því lægri sem rúmmálsþéttleiki efnisins er, því hærra er loftinnihald þess. Þegar efnið er flutt með skrúfu er það í raun að færast áfram með sama rúmmáli efnis. Því lægri sem rúmmálsþéttleikinn er, því minni er flutningsgetan.

Við bráðblöndun í extrudernum þjappast fjöldi agna og dufts saman og umbreytist í bráð. Eina leiðin til að komast út úr extrudernum er að flæða aftur í halann, sem kemur í veg fyrir samfellda duftfóðrun. Þegar þrýstingur og hraði mótflæðisins fara yfir ákveðið mikilvæg gildi, mun það skila kraftinum. Þegar þversniðsrými skrúfunnar minnkar, mun loftmótflæðið. Því hærri sem þrýstingurinn er, því meiri verður hraðinn. Á þessum tíma getur það haft neikvæð áhrif á fóðrunina, þar sem yfirfallspunktur hraðans minnkar með aukinni hraði, það er að segja, því hærri sem hraðinn er, því meira vökva er fóðurið. Eins og áður hefur komið fram er núningur lykillinn að flutningi efnisins. Flutningshagkvæmni er í beinu hlutfalli við „dynamískan“ núningstuðul. Því hærri sem núningstuðull skrúfuhlaupsins er, því meiri er flutningshagkvæmni. Breyting á núningskrafti mun einnig hafa áhrif á flutningshagkvæmni þess. Að auki munu mismunandi skrúfusamsetningar og uppbygging einnig hafa áhrif á „dynamískan“ núningstuðul þess.