멀티 플라스틱 압출 기술
다중 플라스틱 압출 분야는 복잡한 중합체 처리 능력에 대한 수요 증가와 제품 품질 향상에 의해 지난 수십 년 동안 크게 발전 해 왔습니다. 트윈 - 나사 압출기, 특히 카운터 - 회전 및 CO - 회전 구성은 현대 중합체 처리 작업에서 기본 장비가되었습니다.
이러한 정교한 기계는 재료 흐름, 혼합 효율 및 열 관리를 정확하게 제어 할 수 있으므로 광범위한 열가소성 재료를 처리하는 데 필수 불가결합니다.
카운터 - 회전 트윈 - 나사 기하학적 구조
1.4.1.1 카운터의 기본 지오메트리 - 회전 트윈 - 나사
카운터 - 회전 트윈 - 나사 시스템에서 두 나사 사이의 움직임 관계는 서로에 대해 구르는 한 쌍의 메쉬 기어와 유사합니다. 일정한 나사 전송 및 상호 자체를 유지하는 조건에서 - wiping, Coun
메시 원리 관점에서 십자가 - 단면 스레드 모양에 관계없이 간섭없이 메쉬 할 수 있습니다.
Co - 회전 인터 메시 트윈 - 나사와 달리 카운터 - 회전 설계는 중앙 거리 제약 조건에 의해 제한되지 않습니다. 이는 고정 중심 거리의 경우 단일 - 비행, 이중 - 비행 또는 트리플 - 비행 스레드를 선택할 수 있음을 의미합니다.
더욱이, 채널 깊이는 비교적 클 수 있으며, 일반적으로 나사 외경의 15% 내지 21% 범위의 범위는 상응하게 더 높은 운송 용량을 초래한다. 카운터 - 회전 트윈 - 나사에서 나사 방향은 반대쪽에 있으며, 나사의 나사 비행은 그림 1-54에 표시된 것처럼 메시 영역에 서로와 평행합니다.
기하학적 구조는 다중 플라스틱 압출의 가공에 크게 영향을 미치는 몇 가지 중요한 간격을 만듭니다.
방사형 클리어런스 (Δance)
이 간격은 한 나사 스레드의 문장과 다른 나사 채널의 루트 사이에 캘린더 롤 사이의 간격과 유사하므로 캘린더 갭이라고도합니다.
이 클리어런스는 압력 생성 기능을 결정하고 시스템의 혼합 효율을 결정하는 데 중요한 역할을합니다.
측면 클리어런스 (Δance)
두 나사 축에 의해 형성된 평면 내에서, 이것은 두 나사의 비행 측면 사이의 클리어런스를 나타냅니다.
이 클리어런스는 나사 사이의 효과적인 재료 교환을 유지하면서 기계적 간섭을 방지하는 데 중요합니다.
사면체 정리 (Δ₁)
비행 측면이 채널 바닥에 수직이 아닌 경우, 두 나사의 비행 측면 사이에 대략 4 면체 제거가 형성됩니다.
직사각형 실의 경우, 두 나사가 서로 맞물리면 사면체 제거없이 측면 간극 만 존재합니다.
기술 참조
주요 방정식
r² + ρ² - 2 rρcos (π/2 + θ)=a²
메쉬 포인트 계산을위한 코사인 정리 응용 (식 1-25)
ρ=√ (a² - r²cos²θ) - rsinθ
0에 대한 극 반경 계산은 π/2보다 작거나 같은 θ보다 동일합니다 (방정식 1-26)
a=2 rcos (π/4)
제로 크레스트 각도의 중심 거리 (식 1-27)
a=2 rcos (π /4 - /2)
비 - Zero Crest 각도를 가진 중심 거리 (방정식 1-28)
a=2 rcos (π /(2n) - /2)
일반화 된 중앙 거리 방정식 (식 1-29)
용어의 용어집
방사형 클리어런스 (Δance)
하나의 나사 스레드의 문장과 다른 나사 채널의 루트 사이의 클리어런스.
측면 클리어런스 (Δance)
축에 의해 형성된 평면 내의 두 나사의 비행 측면 사이의 클리어런스.
사면체 정리 (Δ₁)
채널 바닥에 수직이 아닌 비행 측면 사이에 대략 4 면체 제거가 형성됩니다.
크레스트 각도 ()
스레드 크레스트 아크 (STISS)에 해당하는 중심 각도.
루트 각도 ()
CO - 회전 시스템의 스레드 루트 아크 (STISS₄)에 해당하는 중심 각도.
self - 와이핑
회전하는 나사가 서로의 표면을 청소하여 재료 축적을 방지하는 특성.
모듈 식 디자인
- 빌딩 - 교환 가능한 요소를 통해 사용자 정의 할 수있는 나사 설계에 대한 블록 접근법.
비대칭 유량 채널
나사가 다른 형상이있는 나사 디자인으로 복잡한 흐름 패턴을 통한 혼합을 향상시킵니다.
Devolatilization
압출 동안 중합체 용융물로부터 휘발성 성분을 제거하는 과정.
CO - 회전 시스템의 고급 기하학적 관계
"Co - 회전 트윈 - 스크류 압출기의 기하학은 기본적으로 혼합 효율을 결정하며, intermeshing zone이 그림 - 8 가지 모양의 흐름 패턴을 생성하면서-- wiping 특성을 줄였습니다. 단일 - 나사 시스템과 비교하여 40%, 열 처리에 특히 적합합니다 - 민감한 중합체 및 다중 - 성분 중합체 블렌드에서 균질 용융 품질을 달성합니다. "
Kohlgrüber, K., "Co - 회전 트윈 - 나사 압출기 : 기초, 기술 및 응용 프로그램", "Carl Hanser Verlag, Munich, 2020, pp. 87-88. https://doi.org/10.3139/978156906747
두 나사 모두 같은 속도로 시계 방향으로 회전하면 상대 모션 관계는 두 나사의 주요 축이 두 원통형 배럴의 교차점을 향해 가리키면 나사 반경 R과 중앙 거리 a 사이의 관계가 다음과 같습니다.
a=2 rcos (π/4)
방정식 1-27
또한 실 크레스트 각도가 0과 같지 않으면 중심 거리가 다음과 같습니다.
a=2 rcos (π /4 - /2)
방정식 1-28
이것은 일반화 될 수 있습니다.
a=2 rcos (π /(2n) - /2)
방정식 1-29
기하학적 관계 분석
이 관계는 self - Wiping Co - 회전 트윈 - 나사 압출기에서 중심 거리는 비행 수와 크레스트 각도와 관련이 있음을 보여줍니다. 더 많은 비행으로 인해 중심 거리가 커지고 크레스트 각도가 클수록 중심 거리가 증가하여 채널이 얕고 볼륨이 줄어 듭니다.
| 항공편 수 (N) | 크레스트 각도 () | 상대 중심 거리 | 채널 깊이 |
|---|---|---|---|
| 2 | 15도 | 1.0x | 깊은 |
| 3 | 15도 | 1.2x | 중간 |
| 2 | 30도 | 1.3x | 얕은 |
| 3 | 30도 | 1.5x | 매우 얕습니다 |
트윈 - 나사 시스템의 모듈 식 설계 개념
Modern Co - 회전 트윈 - 나사 압출기는 일반적으로 모듈 식 빌딩 - 블록 설계를 사용하여 특정 멀티 플라스틱 압출 요구 사항에 맞는 사용자 정의를 가능하게합니다. "36/36"과 같은 일반적인 구성 표기법은 달리 지정되지 않는 한 오른쪽 - 핸드 스레드가있는 36mm 피치 (첫 번째 숫자) 및 36mm 길이 (두 번째 숫자)의 스레드 요소를 나타냅니다. 마찬가지로, "45 Degre /5 /48 왼쪽"은 5 개의 왼쪽 - 핸드 반죽 블록을 나타냅니다. 각 길이는 45도, 총 길이는 48mm입니다.
"36/36"스레드 요소
36mm 피치 × 36mm 길이, 오른쪽 - 핸드 스레드
"45도 /5 /48 왼쪽"반죽 블록
5 개의 요소, 45도 오프셋, 48mm 총 길이, 왼쪽 -가 손을 hon습니다
모듈 식 어셈블리
스레드 요소와 반죽 블록의 조합
다중 플라스틱 압출 처리에 대한 시사점
위에서 논의 된 기하학적 고려 사항은 다중 플라스틱 압출 작업에 중대한 영향을 미칩니다. 현대식 Co - 회전 시스템의 채널 깊이는 일반적으로 외경의 9%에 도달하며 고급 기술은 나사 외경의 약 17%까지 깊이를 달성합니다. 이 증가 된 채널 깊이는 몇 가지 장점을 제공합니다.
향상된 운송 능력
더 깊은 채널은 다중 플라스틱 압출 시설에서 높은 - 볼륨 생산에 필수적인 처리량 속도를 허용합니다.
믹싱 성능 향상
intermeshing zone은 "그림 - 8"흐름 패턴을 통해 집중 혼합 동작을 생성하여 균질 용해 품질을 보장합니다.
유연한 처리 창
기하학적 유연성을 통해 프로세서는 특정 재료 및 응용 분야의 나사 구성을 최적화 할 수 있습니다.
비대칭 흐름 채널 혁신
수치 시뮬레이션의 최근 발전으로 CO - 회전 트윈 - 나사 시스템에서 비대칭 흐름 채널의 개발이 가능했습니다. 이 설계는 나사 A와 B가 동일한 속도로 회전하지만 다른 형상으로 회전하여 전방 운송 중에 다양한 모션 공간을 통해 재료가 전환됩니다.
이 비대칭 구성은 전통적인 대칭 설계에 비해 믹싱 및 배출 기능을 크게 향상시킵니다.
다른 속도로 작동 할 때 비대칭 흐름 채널 설계도 달성 할 수 있습니다. 하나의 구성에서 나사 B는 나사 A의 속도의 두 배로 회전하여 특정 다중 플라스틱 압출에 도움이되는 복잡한 흐름 패턴을 생성합니다.
대칭 대 비대칭 흐름 패턴
대칭 디자인
혼합 강도가 제한된 균일 한 유량 경로
비대칭 디자인
복잡한 흐름 패턴은 혼합 효율을 향상시킵니다
다중 - 구성 요소 시스템의 처리 장점
Twin - 나사 압출기의 기하학적 유연성은 다음과 관련된 다중 플라스틱 압출에 특히 적합합니다.
중합체 블렌딩
집중 혼합 작용은 일관된 기계적 특성을 달성하는 데 중요한 다중 중합체 성분의 균일 한 분포를 보장합니다.
복합 작업
중합체 매트릭스 전체에 다양한 첨가제, 필러 및 보강재를 균일하게 통합하는 능력.
반응성 압출
제어 된 거주 시간 및 혼합 강도는 가공 중 화학 반응을 가능하게합니다.
Devolatilization
최적화 된 나사 형상 및 환기 영역을 통한 휘발성 물질의 효율적인 제거.
처리 성능에 대한 클리어런스 효과
트윈 - 나사 시스템의 다양한 클리어런스는 다중 플라스틱 압출의 처리 성능에 큰 영향을 미칩니다.
방사형 클리어런스 충격
이 클리어런스는 나사 사이의 캘린더 효과를 결정하여 압력 생성 및 분산 혼합에 영향을 미칩니다. 더 작은 클리어런스는 전단 속도를 증가 시키지만 과도한 열 발생을 유발할 수 있으며, 더 큰 클리어런스는 혼합 효율을 감소 시키지만 안정성을 향상시킵니다.
소규모 통관 혜택 :
- 더 높은 전단 속도
- 더 나은 분산 혼합
- 압력 생성 개선
큰 통관 혜택 :
- 열 발생 감소
- 개선 된 운송 안정성
- 덜 기계적인 마모
측면 클리어런스 고려 사항
적절한 측면 클리어런스는 효과적인 재료 교환을 유지하면서 기계식 마모를 방지합니다. 이 클리어런스는 처리 온도, 재료 점도 및 나사 속도에 따라 최적화되어 최적의 성능을 달성해야합니다.
사면체 제거 효과
비 - 직사각형 스레드 프로파일에서, 사면체 간격은 분포 믹싱을 향상시킬 수 있지만 누출 흐름을 증가시켜 전체 운송 효율에 영향을 줄 수있는 추가 흐름 경로를 생성합니다.
트윈 - 나사 처리의 온도 관리
효과적인 온도 제어는 성공적인 다중 플라스틱 압출 작업에 중요합니다. 기하학적 디자인은 열 발생과 소산에 직접 영향을 미칩니다.
점성 소산
클리어런스의 전단 속도는 적절한 배럴 냉각 및 나사 설계를 통해 관리 해야하는 열을 생성합니다.
열 전달 효율
큰 표면적 - 대 - twin - 스크류 시스템의 볼륨 비율은 단일 - 나사 설계에 비해 열전달을 향상시킵니다.
온도 균일 성
집중 혼합 동작은 용융 전반에 걸쳐 온도 균질성을 촉진하여 일관된 제품 품질에 중요합니다.
스케일 - UP 고려 사항
산업용 다중 플라스틱 압출 응용을위한 트윈 - 스크류 압출기를 스케일링 할 때 기하학적 유사성 원리를 신중하게 적용해야합니다.
기하학적 스케일링
치수 비율을 유지하면 다른 기계 크기에 걸쳐 유사한 흐름 패턴이 보장됩니다. 처리 특성을 유지하려면 임계 클리어런스가 비례 적으로 확장되어야합니다.
동적 유사성
유사한 전단 속도 및 거주 시간을 유지하기 위해 작동 매개 변수 조정. 혼합 강도를 보존하려면 속도와 처리량을 적절하게 조정해야합니다.
열 스케일링
열 처리 조건을 유지하기 위해 다른 표면 -에 대한 보상 - 대 - 볼륨 비율을 보상합니다. 더 큰 기계에는 종종 향상된 냉각 시스템이 필요합니다.
트윈 - 나사 압출 기술 진화
1980s
모듈 식 Co - 회전 트윈 - 폴리머 처리를위한 혼합 기능이 향상된 나사 설계의 도입.
1990s
자체 - 기술 및 개선 된 프로세스 제어 시스템의 개발.
2000s
나사 설계 최적화 및 흐름 패턴의 CFD 시뮬레이션을위한 계산 모델링 통합.
2010s
비대칭 스크류 설계 및 산업 4.0 실제 - 시간 모니터링과 통합.
2020 년대 이상
AI - 구동 설계 최적화, 지속 가능한 처리 혁신 및 고급 재료 처리 기능.