Optimización de los beneficios económicos de las extrusoras: un breve análisis de los factores que afectan la eficiencia de la capacidad

Co-amasado extrusora de doble tornillo (en adelante, extrusora) se ha convertido en el equipo principal en el procesamiento de plásticos modificados debido a su excelente rendimiento de mezcla, combinación de tornillos personalizada y buen rendimiento de autolimpieza.

La eficiencia de producción de la extrusora es un parámetro que las empresas de modificación valoran mucho al seleccionar equipos. Generalmente, se cree que las extrusoras de mayor diámetro ofrecen una mayor eficiencia de producción, pero en realidad, los diámetros grandes no son la clave para mejorar la eficiencia de producción de las extrusoras. Son el único factor. Los factores que afectan la eficiencia de producción de la extrusora incluyen la velocidad, la relación de volumen, el par específico, el diseño de la combinación de tornillos, el estado del material de formulación, el estado de plastificación y el desgaste del equipo, entre otros.

A continuación, se analizarán los factores que influyen, uno por uno, según el estado del material en diferentes procesos de la extrusora y el diseño de la combinación de husillos. En este artículo, profundizaremos en el tema desde la perspectiva del mecanismo de transporte de extrusión.

Mecanismo transportador de extrusión

La investigación sobre el mecanismo de transporte de la extrusora de un solo tornillo es la base para el desarrollo de la extrusora de doble tornillo. La primera teoría de transporte de un solo tornillo fue propuesta por Darnel y Mol. Su punto central es que la capacidad de transporte de materiales en una extrusora de un solo tornillo se basa en el transporte de sólidos bajo fricción. A medida que el avance del elemento de tornillo de la extrusora disminuye gradualmente o se aplica la fuerza de extrusión del elemento de resistencia de amasado, el material inicialmente esponjoso y disperso se convierte en un tapón sólido sin desplazamiento relativo. La fricción entre el tapón sólido y la superficie del tornillo, junto con la fuerza de fricción entre la superficie interna del cilindro del tornillo, hace que el tapón sólido avance a lo largo de la ranura del tornillo.

La teoría clásica del transporte presenta limitaciones al ser propuesta. Esta asume que no existe desplazamiento relativo dentro del tapón sólido y que la fuerza de fricción que recibe es constante. Sin embargo, la situación real es bastante diferente, por lo que la fórmula de cálculo teórica a menudo difiere de la gran desviación real. No obstante, esta teoría plantea la esencia del transporte de tornillo sin fin de la extrusora: la fuerza de fricción del cilindro del tornillo sobre el material a lo largo del borde de la ranura del tornillo es la fuente del transporte de material, y la fricción entre la superficie del tornillo giratorio y el material es el material limitante. Resistencia progresiva. En otras palabras, la diferencia entre el coeficiente de fricción fi entre el material transportado y la superficie metálica del tornillo y el coeficiente de fricción fb entre el material y la superficie metálica dentro del cilindro del tornillo es la fuente de la fuerza impulsora del arrastre por fricción. El análisis de movimiento y fuerza del transporte de material hacia adelante se muestra en la figura 1.

Aunque la teoría más temprana y detallada del transporte de sólidos basada en la tribostática de sólidos fue propuesta por Darnel y Mol, existen varias suposiciones básicas:
1En el canal de tornillo de la extrusora, el material de resina existe en el estado de un tapón sólido, y tiene una velocidad de suministro fija, y la dirección de la presión sobre el tapón sólido solo es consistente con la del movimiento del material;
2. El tapón sólido y cualquier superficie en la ranura del tornillo interactúan entre sí, y su coeficiente de fricción no cambiará con las fluctuaciones de presión, sino solo con los cambios de temperatura;
3. Despreciando el cambio de densidad aparente del tapón sólido y la influencia de la gravedad de la Tierra, y suponiendo que no hay espacio entre el barril y el tornillo del extrusor;
4. El tornillo está estacionario con respecto al cuerpo del tornillo y se ve cuando el cuerpo del tornillo se mueve.
Potente et al. creen que, en la zona de la ranura del eje del tornillo, la densidad aparente/densidad aparente del material varía en diferentes zonas. En algunas zonas, el material se encuentra suelto, mientras que en otras, se presiona para formar un tapón sólido. El mecanismo de transporte del tapón sólido está relacionado con la teoría de transporte de Darnell-Mol, que es consistente, y la siguiente fórmula se obtiene analizando el estado de movimiento y la fuerza del tapón sólido:

De la fórmula (1) se desprende que el volumen de suministro G está correlacionado positivamente con la velocidad de rotación n, la relación de volumen H y el diámetro del tornillo Db. Dado que las suposiciones de la teoría de transporte de tornillo único de Darnel y Mol no se ajustan a la realidad, existe una gran desviación entre los datos calculados por generaciones posteriores y los datos de producción reales. Desde entonces, numerosos investigadores han realizado investigaciones más detalladas sobre esta teoría. En numerosos estudios, las dos teorías reconocidas por muchos investigadores son la teoría de tracción viscosa propuesta por Chung et al. y la teoría de tracción viscosa propuesta por Tedder.

Aunque existen disputas entre las teorías, el punto de partida central de la teoría de Darnell-Mol y la teoría de Tedder son los mismos en esencia, es decir, la fuerza de fricción dinámica entre el material del extrusora de un solo tornillo La pared interna del cilindro del tornillo es el factor más importante para el transporte de materiales sólidos. La fuente de la esencia. La diferencia radica en que Chung cree que el material primero rozará contra la pared metálica del cilindro para producir una fina capa de material fundido, y es la fuerza de tracción viscosa generada por esta fina capa de material fundido la que afecta el rendimiento del transporte de sólidos. Lo que tienen en común las tres teorías anteriores es que el material sólido en la extrusora se considera un tapón sólido, mientras que el material en la sección de transporte de sólidos se considera denso, sin desplazamiento relativo entre las partículas sólidas.

Zhu Fuhua y otros observaron durante el proceso de extrusión visual que, antes de que el material entre en la sección de fusión, las partículas sólidas se encuentran básicamente en un proceso de intercambio mutuo y deslizamiento, y la ranura del tornillo no se llena por completo. Este fenómeno no desaparece gradualmente hasta la entrada en la sección de fusión. Además, durante el transporte de las partículas de resina, se observa claramente una masa fundida brillante entre ellas. A medida que el espacio ocupado por la masa fundida en la etapa posterior aumenta, el límite entre las partículas y la masa fundida se vuelve menos evidente. Esto demuestra visualmente la discontinuidad del tapón sólido y la inevitabilidad de su desplazamiento. Basándose en numerosas observaciones y experimentos, Zhu Fuhua propuso por primera vez la teoría del transporte de sólidos sin flujo de tapón.

Lamentablemente, durante mucho tiempo tras la propuesta de la teoría del transporte de sólidos por flujo no pistón, esta no pudo utilizarse para abordar problemas prácticos nacionales e internacionales debido a su complejidad. Si bien la precisión de cálculo de la teoría del transporte de sólidos por flujo no pistón ha mejorado considerablemente, no existe una fórmula explícita para el cálculo de la producción y la presión, y se trata en sí misma de un problema de contacto no lineal. Existen numerosas y complejas fórmulas, y se requiere el método de elementos finitos para su cálculo. Esto presenta grandes dificultades en su aplicación práctica. El Sr. Carrot estudió la geometría de tornillos gemelos corrotativos entrelazados y, basándose en su investigación, creó un modelo del proceso de transporte de materiales en una extrusora de doble tornillo. Señalaron unánimemente que el proceso de transporte de materiales en la extrusora es complejo y diverso, y que existen principalmente dos mecanismos de transporte: el transporte por desplazamiento positivo a lo largo del eje del tornillo en la zona de engrane superior y el transporte por fricción en la zona de la ranura del tornillo. Liu Tinghua et al. Se han realizado numerosos experimentos con la extrusora visual de tres vías y se ha dividido la sección de transporte de sólidos en transporte por desplazamiento positivo en la zona de mallado y transporte por fricción de partículas granulares en la zona de la ranura del tornillo lateral. El volumen de transporte por desplazamiento positivo en la zona de mallado se calcula mediante la fórmula (2):

Maximizar los beneficios económicos de la extrusora es inseparable de su eficiencia de producción. Esta no solo depende de los parámetros físicos y las condiciones del proceso, sino que también influye en el estado del material. A menor densidad aparente del material, mayor contenido de aire. En el proceso de transporte del material por el tornillo, este avanza con el mismo volumen de material. A menor densidad aparente, menor capacidad de transporte.

Durante la mezcla de material fundido en la extrusora, una gran cantidad de partículas y polvos se comprimen y se transforman en material fundido. La única forma de que salgan del interior de la extrusora es que fluyan de regreso a la cola, lo que impide la alimentación continua de polvo. Cuando la presión y la velocidad del contraflujo superan un valor crítico, se restablece la potencia. Cuando la sección transversal del tornillo se reduce, el contraflujo de aire. A mayor presión, mayor velocidad. En este caso, esto puede afectar negativamente la alimentación, ya que el punto de rebose disminuye con el aumento de la velocidad; es decir, a mayor velocidad, más fluidizada la alimentación. Como se mencionó anteriormente, la fricción es clave para el transporte de material. La eficiencia del transporte es directamente proporcional al coeficiente de fricción dinámico. Cuanto mayor sea el coeficiente de fricción del cilindro del tornillo, mayor será la eficiencia de transporte. La variación de la fuerza de fricción también afectará su eficiencia de transporte. Además, las diferentes combinaciones y estructuras de los tornillos también afectarán su coeficiente de fricción dinámico.