چگونه طراحی ساختاری بشکه پیچ مخروطی بر کیفیت و کارآیی اکستروژن پلاستیک تأثیر می گذارد؟

در زمینه پردازش اکستروژن پلاستیک ، طراحی ساختاری بشکه پیچ مخروطی به عنوان یک مؤلفه اصلی به طور مستقیم ثبات فرآیند اکستروژن ، کیفیت ذوب و راندمان تولید را تعیین می کند. با افزایش تقاضای بازار برای محصولات پلاستیکی با کارایی بالا ، بهینه سازی طراحی بشکه پیچ مخروطی به کلید در بهبود رقابت شرکت ها تبدیل شده است.
1. نسبت فشرده سازی و عمق نخ: هسته یکنواختی ذوب
نسبت فشرده سازی پیچ مخروطی (نسبت عمق شیار پیچ بین بخش خوراک پیچ و بخش اندازه گیری) پارامتر اصلی مؤثر بر کیفیت ذوب است. نسبت فشرده سازی بالاتر می تواند اثر برشی و اختلاط مواد موجود در شیار پیچ را تقویت کند ، پلاستیک سازی یکنواخت زنجیره پلیمر را ترویج کند و باعث کاهش تولید ذرات غیرمترقبه شود. با این حال ، نسبت فشرده سازی بیش از حد زیاد باعث افزایش ناگهانی فشار در بشکه ، افزایش مصرف انرژی و تسریع در سایش پیچ خواهد شد. به عنوان مثال ، هنگام پردازش پلاستیک های مهندسی با ویسکوزیته بالا (مانند PC ، PA) ، یک طراحی نسبت فشرده سازی پیشرونده (مانند 3: 1 تا 2.5: 1) نه تنها می تواند از تخریب ناشی از دمای ذوب بیش از حد بالا جلوگیری کند ، بلکه چگالی ذوب را بهبود می بخشد.
علاوه بر این ، طراحی تدریجی عمق نخ به طور مستقیم بر توزیع نرخ برشی تأثیر می گذارد. ناحیه شیار کم عمق (بخش اندازه گیری) سیالیت ذوب را از طریق برشی بالا بهبود می بخشد ، در حالی که ناحیه شیار عمیق (بخش تغذیه) ثبات انتقال جامد را تضمین می کند. اگر طراحی شیب غیر منطقی باشد ، ممکن است باعث رفلاکس ذوب یا گرمای بیش از حد محلی شود و باعث کاهش دقت بعدی محصول اکسترود شده شود.
2. نسبت ابعاد و میدان دما: نقطه تعادل بین کارایی و مصرف انرژی
نسبت ابعاد (L/D) پیچ مخروطی کلید تعیین زمان اقامت مواد و راندمان پلاستیک سازی است. پیچ های طولانی تر (L/D> 25) می توانند زمان گرمایش مواد را افزایش دهند و برای پردازش مواد با ثبات حرارتی ضعیف (مانند PVC) مناسب هستند ، اما به میزان قابل توجهی هزینه تجهیزات و مصرف انرژی را افزایش می دهد. در مقابل ، پیچ های کوتاه (L/D <20) می توانند مصرف انرژی را کاهش دهند ، اما ممکن است به دلیل پلاستیک سازی ناقص باعث نقص سطح محصولات شود.
کنترل هماهنگ میدان دما نیز بسیار مهم است. طراحی گرمایش منطقه ای بشکه مخروطی باید مطابق با ویژگی های هندسی پیچ باشد. به عنوان مثال ، از درجه حرارت پایین تر در بخش تغذیه برای جلوگیری از ذوب مواد و چسبیدن زودرس مواد استفاده می شود ، در حالی که درجه حرارت به تدریج در بخش فشرده سازی و بخش اندازه گیری افزایش می یابد تا از پلاستیک سازی کافی اطمینان حاصل شود. استفاده از فناوری کنترل دما پویا (مانند الگوریتم PID) می تواند نوسانات دمای ذوب را کاهش داده و اختلاف دما را در دمای 1.5 درجه سانتیگراد کنترل کند و از این طریق از پیچ و تاب محصول یا ترک خوردگی ناشی از استرس حرارتی جلوگیری می کند.
3. سازگاری مواد: گسترش عمر و کاهش هزینه های نگهداری
فرآیند تصفیه سطح بشکه پیچ مخروطی (مانند نیترایدر و پاشش آلیاژ دو فلزی) به طور مستقیم بر مقاومت سایش و مقاومت در برابر خوردگی آن تأثیر می گذارد. به عنوان مثال ، هنگام پردازش پلاستیک های تقویت شده حاوی فیبر شیشه ای ، استفاده از پوشش کاربید تنگستن (WC) می تواند عمر پیچ را بیش از 30 ٪ افزایش دهد ، در حالی که باعث کاهش تغییر زمین ناشی از سایش و حفظ فشار اکستروژن پایدار می شود. علاوه بر این ، انتخاب مواد پوشش بشکه (مانند فولاد بور یا آلیاژ مبتنی بر نیکل با درجه حرارت بالا) برای جلوگیری از آلودگی ذوب به دلیل واکنش های شیمیایی ، باید با خوردگی مواد فرآوری شده مطابقت داشته باشد.
طراحی ساختاری بشکه پیچ مخروطی نیاز به تعادل در بهینه سازی چند هدف دارد: باید استانداردهای بالای کیفیت ذوب را رعایت کرده و مصرف و هزینه های انرژی را به حداقل برساند. با محبوبیت فن آوری های شبیه سازی (مانند CFD و تجزیه و تحلیل عناصر محدود) ، پیش بینی دقیق عملکرد پیچ ​​از طریق مدل سازی دیجیتال به یک روند صنعت تبدیل شده است .