Tornillo extrusor

El tornillo es el corazón de la extrusora y un componente clave de la misma. El rendimiento del tornillo determina la productividad, la calidad de plastificación, la dispersión de los rellenos, la temperatura de fusión, el consumo de energía, etc. de una extrusora. Es el componente más importante de la extrusora, que puede afectar directamente el rango de aplicación y la eficiencia de producción de la extrusora. La rotación del tornillo ejerce una presión extrema sobre el plástico, de modo que el plástico puede moverse, presurizarse y obtener algo de calor por fricción en el barril. El plástico se mezcla y plastifica durante el movimiento en el barril. Cuando la masa fundida viscosa se extruye y fluye a través de la matriz, obtiene la forma deseada y se forma. Al igual que el barril, el tornillo también está hecho de aleaciones de alta resistencia, resistentes al calor y a la corrosión.
Dado que existen muchos tipos de plásticos, sus propiedades también son diferentes. Por lo tanto, en la operación real, para adaptarse a las diferentes necesidades de procesamiento de plástico, se requieren diferentes tipos de tornillos y las estructuras también son diferentes para que el plástico pueda transportarse, extruirse, mezclarse y plastificarse con la mayor eficiencia.
Los parámetros básicos que representan las características del tornillo incluyen los siguientes: diámetro, relación de aspecto, relación de compresión, paso, profundidad de ranura, ángulo de hélice, espacio libre entre el tornillo y el cilindro, etc.
El diámetro de tornillo D más común es de aproximadamente 45 ~ 150 mm. A medida que aumenta el diámetro del tornillo, la capacidad de procesamiento de la extrusora también aumenta en consecuencia, y la productividad de la extrusora es proporcional al cuadrado del diámetro del tornillo D. La relación entre la longitud efectiva de la parte de trabajo del tornillo y el diámetro (abreviada como relación de aspecto, expresada como L / D) suele ser de 18 ~ 25. Un L / D grande puede mejorar la distribución de la temperatura del material, facilitar la mezcla y plastificación del plástico y reducir las fugas y el reflujo. Mejore la capacidad de producción de la extrusora. El tornillo con un L / D grande tiene una gran adaptabilidad y se puede utilizar para la extrusión de una variedad de plásticos; pero cuando el L / D es demasiado grande, el plástico se calentará durante más tiempo y se degradará. Al mismo tiempo, debido al aumento del peso del tornillo, el extremo libre se doblará y se combará, lo que es fácil de causar rayones entre el cañón y el tornillo, y dificulta la fabricación y el procesamiento; aumenta el consumo de energía de la extrusora. Es probable que un tornillo demasiado corto provoque una mala plastificación de la mezcla.
La mitad de la diferencia entre el diámetro interior del cañón y el diámetro del tornillo se denomina brecha δ, que puede afectar la capacidad de producción de la extrusora. A medida que δ aumenta, la productividad disminuye. Por lo general, es adecuado controlar δ en aproximadamente {{0}}.1 a 0,6 mm. Cuando δ es pequeño, el efecto de corte sobre el material es grande, lo que favorece la plastificación. Sin embargo, si δ es demasiado pequeño, es probable que el fuerte efecto de corte provoque la degradación termomecánica del material y es probable que el tornillo se sujete o frote contra la pared del cañón. Además, cuando δ es demasiado pequeño, casi no hay fugas ni reflujo del material, lo que afecta la mezcla de la masa fundida hasta cierto punto.
El ángulo de hélice Φ es el ángulo entre la rosca y la sección transversal del tornillo. A medida que Φ aumenta, aumenta la capacidad de producción de la extrusora, pero disminuyen el efecto de corte y la fuerza de extrusión sobre el plástico. Por lo general, el ángulo de hélice está entre 10 grados y 30 grados y cambia a lo largo de la dirección de la longitud del tornillo. A menudo se utiliza un tornillo equidistante y el paso es igual al diámetro. El valor de Φ es de aproximadamente 17 grados 41′
Cuanto mayor sea la relación de compresión, mayor será la relación de extrusión que recibe el plástico. Cuando la ranura del tornillo es poco profunda, puede producir una mayor tasa de cizallamiento en el plástico, lo que es beneficioso para la transferencia de calor entre la pared del barril y el material. Cuanto mayor sea la eficiencia de mezcla y plastificación del material, menor será la productividad. Por el contrario, cuando la ranura del tornillo es profunda, la situación es exactamente la opuesta. Por lo tanto, los tornillos con ranura de tornillo profunda son adecuados para materiales sensibles al calor (como el cloruro de polivinilo); mientras que los tornillos con ranura de tornillo poco profunda son adecuados para plásticos con baja viscosidad de fusión y alta estabilidad térmica (como la poliamida).
1. Segmentación del tornillo
A medida que el material avanza a lo largo del tornillo, experimenta cambios de temperatura, presión, viscosidad, etc. Estos cambios son diferentes en toda la longitud del tornillo. Según las características de los cambios del material, el tornillo se puede dividir en una sección de alimentación, una sección de compresión y una sección de homogeneización.
①, Plásticos y tres estados de los plásticos
Los plásticos se dividen en dos categorías: termoendurecibles y termoplásticos. Una vez formados y solidificados los plásticos termoendurecibles, no se pueden calentar ni fundir. Sin embargo, los productos formados por termoplásticos sí se pueden calentar y fundir para formar otros productos.
A medida que cambia la temperatura, el plástico termoplástico cambia a tres estados: estado vítreo, estado altamente elástico y estado de flujo viscoso. A medida que la temperatura cambia repetidamente, los tres estados cambian repetidamente.
a. Diferentes características de los polímeros fundidos en los tres estados:
Estado vítreo: el plástico aparece como un sólido rígido; la energía cinética térmica es pequeña, la fuerza intermolecular es grande y la deformación es contribuida principalmente por la deformación del ángulo de enlace; la deformación se recupera instantáneamente después de que se elimina la fuerza externa, lo que pertenece a la deformación elástica general.
Estado altamente elástico: el plástico aparece como una sustancia similar al caucho; la deformación es aportada por el estiramiento de la conformación macromolecular causado por la orientación de los segmentos de la cadena, y el valor de la deformación es grande; la deformación se puede recuperar después de que se elimina la fuerza externa, pero depende del tiempo, lo que pertenece a la deformación altamente elástica.
Estado de flujo viscoso: el plástico aparece como una masa fundida altamente viscosa; la energía térmica estimula aún más el movimiento de deslizamiento relativo de las moléculas de la cadena; la deformación es irreversible y pertenece a la deformación plástica.
b. Procesamiento de plásticos y los tres estados del plástico:
Los plásticos se pueden cortar en estado vítreo. En estado altamente elástico, se pueden estirar, como por ejemplo mediante trefilado, extrusión de tubos, moldeo por soplado y termoformado. En estado de flujo viscoso, se pueden procesar mediante recubrimiento, moldeo rotacional y moldeo por inyección.
Cuando la temperatura es superior al estado de flujo viscoso, el plástico sufrirá una descomposición térmica, y cuando la temperatura es inferior al estado vítreo, el plástico se volverá quebradizo. Cuando la temperatura del plástico es superior al estado de flujo viscoso o inferior al estado vítreo, el plástico termoplástico tiende a deteriorarse y sufrir daños graves, por lo que se deben evitar estas dos zonas de temperatura al procesar o utilizar productos plásticos.
②, tornillo de tres etapas
Los plásticos existen en tres estados físicos en la extrusora: el proceso de cambio de estado vítreo, estado de alta elasticidad y estado de flujo viscoso, y cada estado tiene diferentes requisitos para la estructura del tornillo.
c. Para cumplir con los requisitos de los diferentes estados, el tornillo de la extrusora generalmente se divide en tres secciones:
Sección de alimentación L1 (también conocida como sección de transporte de sólidos)
Sección de fusión L2 (llamada sección de compresión)
Sección de homogeneización L3 (llamada sección de dosificación)
Esto es lo que se suele llamar un tornillo de tres etapas. El proceso de extrusión de plásticos en estas tres secciones es diferente.
La función de la sección de alimentación es enviar el material suministrado por la tolva a la sección de compresión. El plástico generalmente permanece en estado sólido durante el movimiento y se funde parcialmente debido al calor. La longitud de la sección de alimentación varía con el tipo de plástico y puede ser desde no muy lejos de la tolva hasta el 75% de la longitud total de la copa del tornillo.
En términos generales, la extrusión de polímeros cristalinos es la más larga, seguida de la de polímeros amorfos duros y la más corta de polímeros amorfos blandos. Dado que la sección de alimentación no produce necesariamente compresión, el volumen de su ranura de tornillo puede permanecer inalterado. El tamaño del ángulo de hélice tiene un mayor impacto en la capacidad de alimentación de esta sección y, de hecho, afecta la productividad de la extrusora. Por lo general, el ángulo de hélice de los materiales en polvo es de unos 30 grados y la productividad es la más alta. El ángulo de hélice de los materiales en bloque debe ser de unos 15 grados y el ángulo de hélice de los materiales esféricos debe ser de unos 17 grados.