So konfigurieren Sie einen Doppelschneckenextruder

Die beiden Hauptarten des Mischens beim Compoundieren sind Dispergierung und Verteilung.

Wenn wir wirklich wollen, dass das Additiv gleichmäßig in der Polymermatrix verteilt ist, müssen wir die Dispersion verbessern.Oder wir konstruieren die Schnecke so, dass sie über ein Verteilungs-Mischelement verfügt, das Material jedoch leicht agglomeriert und vor der Verteilung zunächst dispergiert werden muss.

In diesem Artikel werden die Unterschiede beim Mischen dieser Typen untersucht und wie man einen Typ gegenüber dem anderen hervorheben kann.

Wenn Material einem Doppelschneckenextruder zugeführt wird, fällt das Material von der Zufuhrvorrichtung auf die Zufuhrschnecke.Für diese Diskussion gehen wir davon aus, dass jedes Material separat und unabhängig ist, als ob es einzeln zugeführt würde.In der Praxis können die Materialien einzeln über separate Zuführvorrichtungen zugeführt werden oder die Materialien können zu einer einzigen Charge vorgemischt werden.

Bei der Dispersion werden größere Partikel in kleinere Partikel zerlegt, bis sie die endgültige Mindestpartikelgröße erreichen.Die Dispergierung ist erforderlich, um klebrige Materialien, die zur Klumpenbildung neigen, aufzulösen.

Unter Verteilung versteht man die gleichmäßige Vermischung von Partikeln in der gesamten Polymermatrix.

In einem Doppelschneckenextruder laufen diese beiden Mechanismen meist gleichzeitig ab, können aber bei Bedarf angepasst werden, um den einen oder anderen zu verstärken.

Wann man sich auflöst

Viele zusammengesetzte Operationen erfordern im Allgemeinen keine Streuung.Viele Zusatzstoffe und Füllstoffe werden von Natur aus als frei fließende, einzigartige Einzelpartikel zugeführt, die im gesamten Polymer verteilt werden müssen, um vollständig eingearbeitet zu werden.

Aber Materialien, die dazu neigen, zusammenzukleben und Klumpen oder Klumpen zu bilden, müssen dispergiert werden.

Ruß ist eines der besten Beispiele für ein klebriges Material mit einer hohen Affinität zu Agglomeraten.Einzelne Rußpartikel verschmelzen bei der Verbrennungsreaktion zu Aggregaten.Diese Aggregate sind die Primärpartikel von Ruß und haben die kleinste Größe, auf die Ruß während des Compoundierungsprozesses zerlegt werden kann.Rußaggregate werden durch schwache Kräfte zu Agglomeraten zusammengehalten.Die Agglomerate müssen im Polymer dispergiert werden, um eine Verbindung zu erzeugen, die die gewünschte schwarze Farbe vollständig und gleichmäßig aufweist.

Gemischt im Doppelschneckenextruder

Das Hauptelement zum Mischen in einem Doppelschneckenextruder ist der Knetblock.Der Knetblock übt Scherkräfte auf die zu vermischenden Materialien aus, um sie durch Dispergieren, Verteilen und Homogenisieren zu vermischen.

Drei wichtige Merkmale eines Knetblocks im Hinblick auf das Mischen sind die Länge der Elemente, die Anzahl der Scheiben und der versetzte Winkel der Scheiben zueinander.Wenn der Knetblock kürzer ist, beispielsweise 30 mm lang, ist jede Scheibe nur 5 mm breit.Wenn der Knetblock doppelt so lang ist, wird natürlich auch jede Scheibe proportional breiter, vorausgesetzt, die Anzahl der Scheiben bleibt gleich.

Die Breite der Scheibe hat einen direkten Einfluss auf die auf das Polymer ausgeübte Scherkraft.Während sich die breite Scheibe um die Schneckenachse dreht, bildet sich vor der Scheibe ein Pool aus geschmolzenem Polymer.Die Scheibe übt Druck auf das Polymer aus und „klatscht“ das Material gegen die Innenwand des Zylinders, wodurch Rillen im Material entstehen.Die Scherkräfte sind hier recht hoch und begünstigen die Dispergierung.

Wenn die Scheibenbreite kleiner wird, fließt das Polymer um die Scheibe herum und die schmale Scheibe des Knetblocks schneidet das Polymer mit einer Scherwirkung durch.Diese Funktion fördert hauptsächlich das verteilende Mischen durch Rühren von Polymeren und Additiven.Die Schmelze wird durch eine Scheibe geteilt und anschließend durch eine weitere Scheibe abgedeckt.

Daher ist die Breite der Knetblockscheibe die wichtigste Überlegung bei der Schneckenkonstruktion hinsichtlich des Mischens.Wenn eine Verteilung erforderlich ist, ist eine breite Pfanne von Vorteil.Schmale Scheiben werden bevorzugt, wenn das Material nur in der Polymermatrix verteilt werden soll.

Wirkung des versetzten Winkels

Der Staffelungswinkel ist ein weiterer Faktor, der beim Mischen berücksichtigt werden muss.Je kleiner der Staffelungswinkel ist, desto mehr Polymer wird stromabwärts im Extruder transportiert.Mit zunehmendem Staffelungswinkel nimmt die Vorwärtsbewegung dieses Bereichs der Schnecke ab, was zu einem Rückfluss des Polymers im Extruder führt.Wenn das Material blockiert ist, erhöht sich die Arbeit am Polymer, da die Vorwärtsbewegung der Verbindung mit jeder Umdrehung der Schnecke abnimmt, was eine intensivere Durchmischung ermöglicht.

Wenn der Staffelungswinkel 90 Grad erreicht, bewegt sich das Material durch die Drehung der Schnecke überhaupt nicht mehr, sodass der 90-Grad-Knetblock ein neutrales Förderelement ist.Die in diesem Fall tatsächlich auftretende Vorwärtsbewegung ist darauf zurückzuführen, dass Material nach der Zufuhr aus dem vorgeschalteten Element gedrückt wird und die Masse entlang des Extruders drückt.

Gegenpumpende Elemente (auch als linke Elemente bekannt) pumpen Material vor dem Extruder, um der Vorwärtsbewegung im gesamten Extruder Widerstand zu leisten.Dieses Gleichgewicht zwischen den vorgeschalteten Vorwärtsförderelementen und den Zwischen- oder Rückwärtsförderelementen führt dazu, dass die Mischstrecke stark mit Material gefüllt ist.Im Gegensatz dazu hat ein Mischabschnitt, der nur aus Knetblöcken mit Vorwärtsförderung besteht (vielleicht alle Knetblöcke mit einem 45-Grad-Winkel), die geringste Materialmenge in diesem Abschnitt, da es so schnell herausgeschoben wird, wie es ankommt.

Es ist verlockend, in allen Situationen eine starke Mischung anzustreben, bei der Sie sicher sein können, dass alles gut verteilt ist.Es wäre jedoch in jedem Fall ein Fehler, dies zu tun.

Wie viel ist die richtige Menge zum Mischen?

Je kräftiger das Mischen, desto mehr Arbeit wird auf die Masse übertragen.Mit zunehmender Arbeitsbelastung steigt die Schmelzetemperatur deutlich an.

1. Eine breitere Scheibe erzeugt höhere Scherkräfte, was zu einem Anstieg der Schmelzetemperatur führt.

2. Ein intensiverer Mischabschnitt (viele umgekehrte oder neutrale Knetblöcke) führt zu einer stärkeren Verarbeitung der Masse, was wiederum zu einer höheren Schmelzetemperatur führt.

3. Der begrenzte Mischabschnitt muss außerdem so ausgelegt sein, dass eine ausreichende Vorwärtsbewegung gewährleistet ist, sodass die Geschwindigkeit nicht beeinträchtigt wird.

4. Ebenso kann eine zu sanfte Handhabung des Mischteils zu ungleichmäßigem Mischen und schlechter Produktqualität führen.

Die Schraube ist stärker und hat daher dispersivere Eigenschaften.Dieser Mischabschnitt verwendet eine breitere Scheibe und zwei Knetblöcke mit einem größeren versetzten Winkel, gefolgt von einem neutralen Knetblock und einem umgekehrten Knetblock.Designs wie diese können mit einem hohen Anteil an Pigmenten oder Füllstoffen verwendet werden, die schwer zu mischen sind.Das Design unten zeigt nur den vorwärts fördernden Knetblock, gefolgt von einem einzelnen neutralen Knetblock.Die Idee dabei ist, das Additiv mit minimalem Druck sanft in das Polymer einzurühren, eine Technik, die beim Mischen von Glasfaser oder Glasperlen verwendet werden kann.

Eine Sache ist zum „Ende“ des Mischteils zu beachten.Wie ich in meinem vorherigen Artikel erwähnt habe, ist Schraubendesign eine Kombination aus Wissenschaft und Kunst.Jeder Schraubenkonstrukteur wird das Design anders angehen.Ich bevorzuge es, den größten Teil des Mischanteils (>90 %) mit einem neutralen Knetblock, einem umgekehrten Knetblock oder sogar einem umgekehrten Förderelement (dem strengsten Pumpelement) abzuschließen.Der Zweck besteht darin, sicherzustellen, dass der Mischbereich so weit gefüllt ist, dass das Mischen recht effizient ist.

Einige Konstrukteure werden einen verteilten Mischabschnitt installieren, der aus allen Förderelementen besteht.Während der Zweck dieser Konstruktion darin besteht, die Mischung sanft zu rühren, hat meine Erfahrung gezeigt, dass dies zu einem relativ hohlen Mischabschnitt führt, der ineffizient ist.Darüber hinaus neigen diese gekneteten Blöcke aufgrund des geringeren Füllstands dieses Mischabschnitts dazu, das Polymer wie ein Rührer zu „peitschen“.Dieser Schlagvorgang kann tatsächlich die Schmelztemperatur erhöhen und das Aspektverhältnis einiger Zusatzstoffe, wie z. B. Fasern, beeinträchtigen.Bei einem höheren Füllstand scheint die Mischsektion effizienter und schonender zu arbeiten.

Dem muss ein starker Rückfluss entgegengewirkt werden, der zu einer Überverarbeitung des Materials führen kann.Das Gleichgewicht ist der Schlüssel zum Schraubendesign.

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