Двухшнековые экструдеры
Конические двухшнековые экструдеры являются базовыми(основными) агрегатами во многих процессах переработки пластмасс.
Наряду с одношнековыми экструдерами двухшнековые экструдеры используются в производствах профильно-погонажных изделий,труб,пленок и листов, а также в производстве гранул.
В ряде случаев применению двухшнековых экструдеров нет альтернативы, например, если в процессе производства требуется переработка материалов с малой насыпной плотностью или(и) хорошая дегазация.
Если одношнековый экструдер может эффективно перерабатывать материалы с насыпной плотностью не менее 500 кг/м3,то при помощи двухшнекового экструдера можно перерабатывать материалы с насыпной плотностью не менее 280 кг/м3.
Как правило, питание одношнекового экструдера осуществляется из бункера, в который загружается перерабатываемое сырье, после чего сырье поступает в зону питания экструдера за счет естественного ссыпания под действием силы тяжести(гравитационное движение), производительность процесса ссыпания может регулироваться за счет открытия-закрытия шибера,которым оснащен бункер.
Ограничение по величине насыпной плотности материала для одношнекового экструдера не менее 500 кг/м3,связано с тем, что при низком значении насыпной плотности ухудшается сыпучесть материала, что приводит к недозагрузке зоны питания экструдера(прерывистая подача).При этом экструдер работает, в так называемом,«голодном режиме» при котором имеет место нарушение целостности потока пластицируемого материала, колебание давление в зоне выдавливания и головке и как следствие, появление разнотолщинности, ухудшение качества поверхности и пористости в готовом изделии.
Следует отметить,что плохая сыпучесть сопутствует не только материалам с малой насыпной плотностью и наоборот, когда насыпная плотность материала значительно увеличивается, что характерно, например для высонаполненных мелом порошкообразных композиций на основе ПВХ.
В ряде случаев, например при переработке ПЭТ, хорошая дегазация, а именно удаление паров воды, является главным условиям качества технологического процесса, а также самой возможности его проведения.
В случае переработке ПЭТ на линии, оснащенной одношнековым экструдером, необходимо, чтобы содержание влаги в сырье при загрузке его в бункер не превышало 0,01%,в противном случае имеется опасность гидролиза и термической деструкции полимера, что негативно сказывается на качестве готовой продукции, в частности на таких показателях, как цвет, качество поверхности, пористость, а также на показателях механической прочности и морозостойкости.
Достижение такого показателя возможно только при предварительной сушке с кристаллизацией исходного сырья. Процессы сушки и кристаллизация являются длительными и энергозатратными.
При переработке ПЭТ на линии, оснащенной двухшнековым экструдером, показатель влажности при загрузке в бункер экструдера может быть увеличен до 0,7%,при этом показатели качества готового изделия не ухудшаются, что достигается за счет:
-увеличения поверхности дегазации расплава,
-интенсивного поверхностного обмена при дегазации,
-повышения свободного объема в зонах декомпрессии,
-повышенной продолжительности пребывания расплава полимера в зонах дегазации.
Приведенные выше показатели у двухшнекового экструдера выше, чем у одношнекового в 1,5-2,0 раза.
Сравнение показателей работы одношнекового и двухшнекового экструдера.
(по данным Gneuß Kunststofftechnik GmbH)
| Показатели | Одношнековый | Двухшнековый |
| Поверхность дегазации расплавав зоне дегазации,см2 | 100* | 150 |
| Интенсивность поверхностного обмена при дегазации,м2/мин | 100* | 200 |
| Свободный объем в зонах декомпрессии, см3 | 100* | 150 |
| Продолжительности пребывания расплава полимера в зонах дегазации, сек | ≈2 | ≈4 |
Примечание: Показатель по одношнековому экструдеру принят за 100 %.
Приведенные выше факторы в сочетании с глубоким вакуумированием при переработке ПЭТ позволяют производить выпуск продукции высоко качества из сырья с достаточно высоким уровнем исходной влажности без интенсивной сушки и кристаллизации.
Двухшнековые экструдеры могут отличаться конструкцией шнековых пар и режимом вращения шнеков.
По конструкции шнековых пар в зависимости от геометрических размеров двухщнековые экструдеры подразделяют, на экструдеры с параллельными шнеками и конические, а также с постоянной и переменной высотой нарезки, в зависимости от расположения шнеков относительно друг друга с зацепляющимися и незацепляющимися шнеками.
В двухшнековых экструдерах с параллельными шнеками часто используется, модульная конструкция, при которой шнек состоит из отдельных элементов. При помощи такой конструкции, путем подбора и установки различных элементов, можно регулировать, степень сжатия, размеры зон дегазации и интенсивного смешения.
По режиму вращения шнеков в зависимости от скорости вращения двухшнековые экструдеры подразделяют на низкоскоростные (скорость вращения до 200 об/мин) и высокоскоростные (скорость вращения 200-1400 об/мин),в зависимости от направления вращения шнеков, двухшнековые экструдеры подразделяются на экструдеры с сонаправленным и встречным вращением.
Следует иметь в виду, что в высокоскоростных экструдерах используются только параллельные шнеки, конические шнеки не используются.
Выбор того или иного двухшнекового экструдера и конструкции шнековых пар, определяется решаемыми технологическими задачами в процессе переработки полимеров и композиций на их основе.
Например, в производстве ПВХ-материалов преимущественно используются низкоскоростные двухшнековые экструдеры с шнеками встречного вращения, что обеспечивает мягкий(щадящий)режим переработки, который необходим с учетом низкой термостабильности ПВХ.При переработке ПВХ композиций используются как параллельные, так и конические шнековые пары.
В производстве ПЭТ листов и пленок, а также в производстве ДПК и БПК, применяют двухшнековые экструдеры с параллельными и коническими шнеками сонаправленного вращения, которые обеспечивают хорошую дегазацию, чему также способствует более высокая скорость вращения шнеков. Работа этих экструдеров осуществляется при частоте вращения шнеков до 200 об/мин(иногда до 250 об/мин),что значительно выше скоростей вращения шнеков при переработке ПВХ композиций, которая не превышает 40 об/мин.
По сравнению с параллельными, конические шнеки экструдера способны передавать более высокий крутящий момент от зоны загрузки к зоне выдавливания экструдера, за счет более полного наполнения каналов движения экструдируемого материала. За счет этого в зоне выдавливания и головке экструдера создается более высокое давление, а также снижается величина колебаний давления.
Для нивелирования колебания давления и для повышения его значения в головке экструдера широко применяются насосы расплава. В случае применения двухшнекового экструдера с коническими шнеками, насос расплава можно исключить из оснастки экструдера, что значительно снижает стоимость установки.
Кроме того, в силу низкой термостабильности ПВХ композиций насосы расплава, при их переработке не применяют, что в данном случае также дает преимущество коническим шнекам по сравнению с параллельными.
Ниже приведены сравнительные характеристики различных типов одношнековых и двухшнековых экструдеров.
| Экструдер | Загрузка | Дисперс. смешивание | Дистриб. смешивание | Скорость шнека | Самоочищение | Создание давления | Дегазация |
| SSE | 0 | + | + | + | – | + | 0 |
| Pin barrel | 0 | + | + | + | 0 | 0 | 0 |
| Kneader | + | + | ++ | ++ | ++ | – | + |
| PGE | 0 | ++ | ++ | – | ++ | – | – |
| KCK | + | ++ | ++ | 0 | 0 | 0 | + |
| CICO | + | 0 | – | + | + | 0 | |
| CSCO | + | + | ++ | ++ | ++ | 0 | + |
| CICT | ++ | – | 0 | – | + | ++ | + |
| HSCT | ++ | ++ | + | + | + | + | ++ |
| NOCT | + | – | + | + | – | – | – |
| BIM | + | + | + | 0 | – | – | – |
| CIM | + | + | + | ++ | – | – | 0 |
<* характеритика: “-” – плохая, низкая; “+” – хорошая; “++” – отличная, очень высокая
SSE— одношнековый экструдер.
Pin barrel — цилиндр со вставками.
PGE — экструдер с планетарной зубчатой передачей.
Kneader — смеситель.
КСК — непрерывный смеситель Кишихиро.
CICO — экструдер с двумя плотно зацепляющимися однонаправлено вращающимися шнеками (низкоскоростной).
CSCO — экструдер с двумя плотно зацепляющимися самоочищающимися однонаправлено вращающимися шпеками (высокоскоростной).
CICT— экструдер с двумя плотно зацепляющимися шнеками, вращающимися в противоположных направлениях (низкоскоростной).
HSCT— высокоскоростной экструдер с двумя шнеками, вращающимися в противоположных направлениях.
NOCT— экструдер с двумя незацепляющимися шнеками, вращающимися в противоположных направлениях.
ВIM — внутренний смеситель периодического действия.
СIM — внутренний смеситель непрерывного действия.