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.