Einführung in die Segmentierung der Extruderschnecke

Wenn sich das Material entlang der Schnecke vorwärts bewegt, erfährt es Veränderungen in Temperatur, Druck, Viskosität usw. Diese Veränderung ist nicht über die gesamte Länge der Schnecke gleich.Entsprechend den sich ändernden Eigenschaften des Materials kann die Schnecke in einen Einzugsabschnitt, einen Kompressionsabschnitt und einen Homogenisierungsabschnitt unterteilt werden.

①.Kunststoffe und drei Kunststoffzustände

Es gibt zwei Kategorien von Kunststoffen: Duroplast und Thermoplast.Nachdem duroplastischer Kunststoff geformt und verfestigt wurde, kann er zum Formen nicht erhitzt und geschmolzen werden.Produkte aus thermoplastischen Kunststoffen können erneut erhitzt und geschmolzen werden, um andere Produkte zu bilden.

Bei Temperaturänderungen erzeugen thermoplastische Kunststoffe drei Zustandsänderungen: den glasartigen Zustand, den hochelastischen Zustand und den viskosen Fließzustand.Da sich die Temperatur wiederholt ändert, ändern sich die drei Zustände wiederholt.

A.Unterschiedliche Eigenschaften der Polymerschmelze in drei Zuständen:

Glasartiger Zustand – der Kunststoff erscheint als starrer Feststoff;Die thermische kinetische Energie ist gering, die intermolekulare Kraft ist groß und die Verformung wird hauptsächlich durch die Verformung des Bindungswinkels verursacht.Die Verformung erholt sich sofort, nachdem die äußere Kraft entfernt wurde, was einer allgemeinen elastischen Verformung entspricht.

Hochelastischer Zustand – der Kunststoff erscheint als gummiartige Substanz;Die Verformung wird durch die Konformationsdehnung von Makromolekülen verursacht, die durch die Ausrichtung der Kettensegmente verursacht wird, und der Verformungswert ist groß.Die Verformung kann nach Entfernung der äußeren Kraft wiederhergestellt werden, ist jedoch zeitabhängig, was einer hochelastischen Verformung entspricht.

Viskoser Fließzustand – Kunststoff erscheint als hochviskose Schmelze;thermische Energie verstärkt die relative Gleitbewegung von Kettenmolekülen weiter;Die Verformung ist irreversibel und gehört zur plastischen Verformung.

B.Kunststoffverarbeitung und drei Kunststoffzustände:

Kunststoffe können im glasigen Zustand geschnitten werden.Im hochelastischen Zustand kann es gedehnt und verarbeitet werden, beispielsweise durch Drahtziehen, Extrudieren, Blasformen und Thermoformen.Im viskosen Fließzustand kann es durch Beschichten, Rotationsformen und Spritzgießen verarbeitet werden.

Wenn die Temperatur höher als der viskose Fließzustand ist, zersetzt sich der Kunststoff thermisch, und wenn die Temperatur niedriger als der glasartige Zustand ist, wird der Kunststoff spröde.Wenn die Temperatur des Kunststoffs höher als der viskose Fließzustand oder niedriger als der glasartige Zustand ist, neigt der thermoplastische Kunststoff dazu, sich zu verschlechtern und ernsthaft beschädigt zu werden.Daher sollten diese beiden Temperaturbereiche bei der Verarbeitung oder Verwendung von Kunststoffprodukten gemieden werden.

② Drei Segmentierungen der Extruderschnecke

Im Extruder gibt es drei physikalische Zustände von Kunststoff: glasartiger Zustand, hochelastischer Zustand und viskoser Fließzustand.Jeder Staat hat unterschiedliche Anforderungen an die Schraubenstruktur.

C.Um sich an die Anforderungen unterschiedlicher Zustände anzupassen, ist die Schnecke des Extruders üblicherweise in drei Abschnitte unterteilt:

Aufgabeabschnitt L1 (auch Feststoffförderabschnitt genannt)

Schmelzabschnitt L2 (Kompressionsabschnitt genannt)

Homogenisierungsabschnitt L3 (Dosierabschnitt genannt)

Dies wird allgemein als dreistufige Schraube bezeichnet.Der Extrusionsprozess von Kunststoff ist in diesen drei Phasen unterschiedlich.

Die Funktion des Zuführabschnitts besteht darin, das vom Trichter zugeführte Material zum Kompressionsabschnitt zu befördern.Der Kunststoff bleibt während der Bewegung im Allgemeinen in einem festen Zustand und wird durch Hitze teilweise geschmolzen.Die Länge des Zuführabschnitts variiert je nach Kunststoffart und kann in der Nähe des Trichters beginnen und bei 75 % der Gesamtlänge des Schraubbechers enden.

Im Allgemeinen sind extrudierte kristalline Polymere am längsten, gefolgt von harten amorphen Polymeren und weichen amorphen Polymeren am kürzesten.Da der Zuführabschnitt nicht zwangsläufig eine Kompression erzeugt, kann das Volumen der Schraubennut unverändert bleiben.Die Größe des Spiralwinkels hat einen größeren Einfluss auf die Zufuhrkapazität dieses Abschnitts, was sich tatsächlich auf die Produktivität des Extruders auswirkt.

Die Funktion des Kompressionsabschnitts (Migrationsabschnitt) besteht darin, das Material zu verdichten, das Material von fest in geschmolzen umzuwandeln und die Luft im Material zu entfernen.Um sich an die Eigenschaften anzupassen, das Gas im Material zurück zum Zufuhrabschnitt zu drücken, das Material zu verdichten und das Volumen beim Schmelzen des Materials zu verringern, sollte die Schnecke in diesem Abschnitt eine stärkere Scherung und Kompression des Kunststoffs bewirken.Aus diesem Grund wird das Volumen des Schneckenkanals in der Regel schrittweise verringert, wobei der Grad der Verringerung durch die Kompressionsrate des Kunststoffs (spezifisches Gewicht des Produkts/scheinbares spezifisches Gewicht des Kunststoffs) bestimmt wird.Das Kompressionsverhältnis hängt nicht nur von der Kompressionsrate des Kunststoffs ab, sondern auch von der Form des Kunststoffs.Das Pulver hat ein geringes spezifisches Gewicht und viel Luft, sodass ein größeres Verdichtungsverhältnis erforderlich ist.

Die Länge des Kompressionsabschnitts hängt hauptsächlich vom Schmelzpunkt und anderen Eigenschaften des Kunststoffs ab.Bei Kunststoffen mit einem weiten Schmelztemperaturbereich ist die Kompressionsstrecke lang;Bei den meisten Polymeren mit einem sehr engen Schmelztemperaturbereich beträgt die Kompressionsstrecke sogar nur eine Länge.

Die Funktion des Homogenisierungsabschnitts (Messabschnitts) besteht darin, das geschmolzene Material mit einem konstanten Volumen und Druck dem Maschinenkopf zuzuführen, um es in der Form zu formen.Das Kanalvolumen der Homogenisierungssektion ist ebenso konstant wie das der Zufuhrsektion.Um zu verhindern, dass Materialien in der toten Ecke des Schraubenkopfes zurückgehalten werden und es zu einer Zersetzung kommt, wird der Schraubenkopf oft konisch oder halbkreisförmig gestaltet;Der Homogenisierungsabschnitt einiger Schrauben ist ein Stabkörper mit völlig glatter Oberfläche, bei einigen sind jedoch auch Rillen eingraviert.

D.Gemäß der Schmelzetransporttheorie gibt es im Schneckenhomogenisierungsabschnitt vier Formen des Schmelzeflusses.Der Fluss des geschmolzenen Materials in der Schneckennut ist eine Kombination dieser vier Ströme:

Vorwärtsfluss – der Fluss der Kunststoffschmelze zwischen Zylinder und Schnecke entlang der Nutrichtung zum Maschinenkopf.

Gegenstrom – die Strömungsrichtung ist entgegengesetzt zum Vorwärtsstrom, verursacht durch den Druckgradienten, der durch den Widerstand des Maschinenkopfes, der porösen Platte, der Filterplatte usw. verursacht wird.

Querfluss – der Fluss der Schmelze entlang der Richtung senkrecht zur Gewindewand, der die Vermischung und den Wärmeaustausch der Schmelze während des Extrusionsprozesses beeinflusst.

Leckageströmung – die Rückströmung, die sich im Spalt zwischen Schnecke und Zylinder aufgrund des Druckgefälles entlang der Axialrichtung der Schnecke bildet.

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