압출기의 6가지 기능 섹션의 기본 스크류 조합, 이 소개로 충분합니다

우리 모두가 알다시피, 맞물리는 동회전 트윈 스크류는 모듈식입니다. 다양한 유형과 수의 스크류 요소가 스크류를 구성하는 작은 빌딩 블록이라면, 다양한 기능 세그먼트의 로컬 스크류 구성은 스크류를 구성하는 큰 빌딩 블록입니다.

따라서 다양한 나사 요소의 성능과 구조를 명확히 이해하는 것 외에도 전체 나사의 결합 설계를 해결하기 위해서는또한 각 기능 세그먼트와 해당 지역 구성에 대한 심층적인 이해와 파악이 필요합니다.

다음으로, 압출기 스크류의 다양한 기능 세그먼트의 결합된 설계를 살펴보겠습니다.

인터메싱 동회전 트윈스크류 압출 공정은 일반적으로 공급, 고체 전달, 용융, 용융물 전달, 혼합 및 배출과 같은 기능적 섹션으로 구성됩니다. 다른 기능적 섹션은 다른 기능을 완료하기 위해 이에 적응하기 위해 다른 로컬 스크류 구성이 필요합니다.

여기서 언급된 공급 섹션은 첫 번째 주 공급 포트의 하부를 마주보는 나사 섹션과 하류 공급 포트를 마주보는 나사 섹션을 말합니다. 공급 섹션의 주요 요구 사항은 다양한 모양의 과립 재료, 낮은 벌크 밀도 분말, 섬유 첨가제 등을 포함한 다양한 재료를 부드럽고 적응적으로 추가할 수 있어야 한다는 것입니다. 이 섹션은 일반적으로 대형 리드 및 양의 나사 전달 요소를 사용합니다.

나사 홈의 깊이가 변하지 않을 때, 큰 리드는 큰 나사 홈 볼륨을 의미합니다. 첫 번째 공급 포트를 마주보는 공급 섹션의 경우, 대량의 재료를 수용하고 추가할 수 있습니다. 하류 공급 포트를 마주보는 공급 섹션의 경우, 상류에서 운반된 재료의 낮은 충전 정도를 생성하여 새로 추가된 재료를 수용할 수 있습니다.

대부분의 트윈 스크류 압출기는 섹션 스크류 요소와 동일한 깊이를 가진 대형 리드 표준 스크류 요소를 사용합니다. 일부 트윈 스크류는 또한 큰 공급 용량과 전달 용량을 얻기 위해 스크류 홈 깊이가 증가된 비표준 스크류 요소를 사용합니다.

고체 수송 구간의 기능은 첨가된 고체 물질을 스크류를 따라 다이 방향으로 수송하는 동시에, 이 수송 과정 중에 느슨한 분말 형태의 저밀도 물질을 압축하거나 스크류 홈에 있는 과립 물질의 충전 정도를 높여 하류에서 물질의 용융과 가소화를 촉진하는 것이다.

이 섹션의 나사 구성은 다음과 같습니다. 공급 섹션의 나사 요소에 연결된 나사 요소는 대리드 양의 나사 요소를 채택해야 하며, 그런 다음 나사 홈 볼륨을 줄이는 양의 나사 요소를 채택해야 하며, 주로 세그먼트화된 작은 리드가 있는 나사 요소로 구성된 나사 섹션을 사용해야 합니다. 그림 1은 이러한 상황을 보여줍니다. 그림 1에서 볼 수 있듯이 나사 홈의 충진 정도는 운반 방향을 따라 점차 증가하고 재료는 압축되고 압축됩니다.

1: 고체 수송 섹션을 위한 나사 구성

저밀도 분말 재료의 경우, 다양한 리드의 나사산 요소를 결합하여 재료를 밀도화하는 나사 구성을 형성해도 일반적으로 문제가 발생하지 않습니다. 그러나 과립 재료를 운반하고 해당 배럴 섹션의 가열 온도가 비교적 낮은 경우 인접한 나사산 요소의 리드가 과도하고 빠르게 변하여 기계 과부하가 발생할 수 있습니다. 따라서 인접한 나사산 요소의 리드 변화 정도를 결정할 때는 주의해야 합니다.

주어진 폴리머를 용융 가소화하기 위한 최적의 국소 스크류 구성은 재료의 비열, 녹는점, 용융 점도 및 고체 상태의 폴리머 입자 크기에 따라 달라집니다. 용융 및 가소화를 위한 국소 스크류 구성 설계의 목표는 재료에 너무 많은 에너지를 넣지 않고도 설정된 온도에서 재료를 균일하고 빠르게 용융하는 것입니다.

재료를 녹이는 열원은 두 가지가 있는데, 하나는 배럴 히터가 제공하는 외부 열이고, 다른 하나는 스크류에서 발생하는 전단 열인데, 후자가 주요 열원입니다.전단열을 도입하기 위해 반죽 블록, 역나사 요소, 역믹서 로터형 비표준 나사 요소(그림 2)를 용융 가소화 구간에 설치해야 하며, 이러한 요소는 그림 3과 같이 미리 정해진 스크류 축방향 위치에서 상류 양의 나사 요소와 효과적으로 결합되어야 합니다.

RGS - 오른손잡이

LGS - 왼손잡이

S chauffl - 왼손잡이와 오른손잡이

2: 내부 믹서 로터 유형 대 리드 나사 요소

(a) 역스크류 엘리먼트 (b) 정방향 반죽 블록 + 역스크류 엘리먼트

(c) 전방 반죽 블록 (d) 역방향 비대칭 긴 리드 스크류 요소

3: 용융을 위한 로컬 스크류 구성

용융 및 가소화 구간에 사용되는 국부 스크류 구성의 품질을 평가하는 기준은 기계적 전단 에너지를 열 에너지로 전환하여 재료의 온도를 높이지 않고 가장 빠르고 완벽하게 재료를 용융시킬 수 있어야 하며, 즉 가장 합리적인 에너지 활용이 가능해야 합니다.

실험 결과, 그림 3의 구성 b에서 스크류가 고속으로 작동할 때 재료가 매우 빠르게 녹고 용융 구역의 길이가 매우 짧다는 것을 발견했습니다. 그러나 이 섹션과 상류 구역의 재료 온도 상승은 매우 높아 원래 설정 온도와 재료 용융에 필요한 에너지를 크게 초과하며 용융 압력도 매우 높습니다.

이는 이 스크류 구성이 너무 많은 기계적 에너지를 소산하고, 재료를 녹이는 것 외에도 용융 온도를 크게 증가시킨다는 것을 보여줍니다. 분명히 이것은 최선이 아닙니다.

첨가된 재료의 비율을 조정해야 할 때(조정 비율은 1-5임) 동일한 나사를 사용하는 것은 분명히 비합리적입니다. 나사를 재조립하려면 기계를 끄고 헤드를 제거하고 하류 보조 기계를 제거해야 합니다. 기계의 정상 작업 주기를 회복하는 데 시간이 오래 걸리므로 경제적으로 비용 효율적이지 않습니다(특히 대형 기계의 경우). 이때 중간 공정 조절 밸브(방사형, 축형, 회전형)를 사용하여 흐름과 전단 에너지 입력을 조정하여 다양한 비율에 적응할 수 있습니다.

용융을 위한 더 나은 스크류 구성은 그림 3에서 보여지는 것과 같이 비대칭 대형 리드 나사산 요소와 결합된 스크류 구성 d입니다. 대부분의 재료에 제어 가능한 일정한 전단 및 압력을 가할 수 있으므로 재료 온도가 높지 않습니다.

용융 및 가소화 구역에서 과도한 온도 구배를 피하기 위해 전단 요소와 전방 실 전달 요소를 교대로 결합하여 전체 에너지 입력이 그림 4(c)와 같이 특정 축 길이 내에서 특정 순서로 분산되도록 할 수 있습니다.

(a) 정방향 반죽 블록 + 역방향 스크류 요소 (b) 역방향 반죽 블록

(c) 전방 반죽 블록과 전방 스크류 요소는 배출구에 교대로 배치됩니다.

그림 4 용융을 위한 Berstorff 스크류 구성

맞물리는 동회전 트윈 스크류 압출기에는 재료의 습기, 혼입 공기 및 휘발성 성분을 제거하기 위한 배출 구역이 제공됩니다. 밀봉 요소는 배출 포트 상류의 스크류에 설치되어 용융물을 밀봉하여 고압을 확립해야 합니다. 배출 구역, 즉 배출 포트 반대쪽 스크류 섹션에서 재료는 스크류 홈에 낮은 정도로 채워지고 대기 또는 진공 펌프에 연결되어야 합니다.

용융물을 밀봉하고 높은 압력을 설정하기 위해 역나사 요소, 역혼련 블록 또는 압력 조절 밸브를 사용할 수 있습니다. 배출 구역에서 큰 리드 나사 요소(그림 5)를 사용하여 낮은 충진도와 얇은 용융층을 형성하여 재료가 노출될 수 있는 큰 자유 표면과 배출을 용이하게 하는 긴 체류 시간을 가져야 합니다.

그림 5 배기 구역의 나사 구성

용융물 수송은 일반적으로 정방향 스크류 요소를 사용합니다. 그러나 때때로 스크류의 용융물 수송 구역에서 반죽 블록이나 역방향 스크류 요소를 사용하고, 재료가 통과하기 위해 이러한 요소의 상류에 압력을 가해야 합니다. 재료가 다이를 통과하기 위해서는 스크류 끝의 용융물 수송 섹션에도 압력을 가해야 합니다.

압력은 재료로 완전히 채워진 나사 섹션에만 형성될 수 있으므로 맞물리는 동회전 이중 나사의 압력 형성은 재료가 나사 홈을 지속적으로 채울 수 있는 능력에서 비롯됩니다. 100% 채우기는 축 채널이 있는 나사 구성으로 짧은 거리에서 압력을 형성할 수 있게 해줍니다.

용융물로 채워진 스크류의 길이는 재료의 점도, 스크류 리드, 스크류 회전 수, 공급량 및 다이 저항에 따라 달라집니다. 나사 리드와 나사 헤드 수는 압력 증가 용량에 영향을 미칩니다.

압력 증가는 온도 상승을 동반하는데, 이는 폴리머의 열전달 계수가 낮고 스크류 냉각 표면과 용융 압출 부피의 비율이 비교적 낮기 때문에 발생합니다.

압력 증가로 인한 온도를 최소화하기 위해 압력 증가 스크류 구성을 최적화하여 백 압력 구역의 길이를 줄이고 입력 재료의 에너지를 최소화해야 합니다. 백 압력 구역을 단축한다는 것은 미리 정해진 압력에서 대류 속도의 특정 값을 갖는 용융물 전달 섹션의 압력 구배가 최대값에 도달해야 함을 의미합니다.

용융물 수송 섹션의 스크류 구성이나 작동 조건이 부적절하게 선택되면 흐름 변동과 같은 불안정한 압출이 발생할 수 있다는 점을 지적해야 합니다. 배출 포트 하류의 용융물 수송 구역의 전체 길이는 배출 압력까지만 확장되어서는 안 됩니다. 그렇지 않으면 재료가 배출됩니다.

인터메싱 동회전 트윈스크류 압출기의 혼합 기능이 가장 중요하므로 혼합 구간의 스크류 구성 설계가 매우 중요합니다. 최근 트윈스크류의 용융 구간에서 폴리머 블렌드의 분산상 크기가 초기 밀리미터 수준의 거시적 입자 또는 분말에서 용융이 완료된 후 수십 미크론으로 급격히 감소하는 것으로 나타났습니다.

초기 혼합 단계 후, 분산된 혼합물의 더 큰 입자는 전단 작용으로 최종 미크론 수준으로 더욱 작아집니다.

용융 구간이 블렌드의 형태 구조에 미치는 영향과 비교하면 용융물 전달 구간이 혼합에 미치는 영향은 훨씬 작습니다. 즉, 분산상 입자 크기는 연화(비정질 폴리머의 경우) 단계 또는 용융 단계(반결정질 폴리머의 경우)에서 크게 변하지만, 폴리머가 완전히 용융된 후에는 분산상 입자 크기가 크게 변하지 않습니다.

그림 6은 톱니형 요소와 분배 혼합 강도를 높이기 위한 기타 요소로 구성된 이중 스크류 조합 설계의 스크류 구성을 나타내고, 그림 7은 용융 혼합 강도를 높이는 데 적합한 2헤드 및 3헤드 반죽 블록으로 구성된 스크류 구성이고, 그림 8은 분배 혼합 및 분산 혼합을 위한 반죽 블록과 스크류 요소로 구성된 스크류 구성입니다.

각 기능 섹션의 스크류 구성을 선택할 때는 수행할 혼합 작업(블렌딩 수정 또는 충전 수정)과 혼합 프로세스의 작업을 결합해야 한다는 점에 유의하세요.