Ekstruuderi kruvi

Kruvi on ekstruuderi süda ja ekstruuderi põhikomponent. Kruvi jõudlus määrab ekstruuderi tootlikkuse, plastifitseerimise kvaliteedi, täiteainete dispersiooni, sulamistemperatuuri, energiatarbimise jne. See on ekstruuderi kõige olulisem komponent, mis võib otseselt mõjutada ekstruuderi kasutusala ja tootmistõhusust. Kruvi pöörlemine avaldab plastikule äärmist survet, nii et plast saab liikuda, survestada ja tünnis hõõrdumisest veidi soojust saada. Plastmass segatakse ja plastifitseeritakse tünnis liikumise ajal. Kui viskoosne sulam ekstrudeeritakse ja voolab läbi matriitsi, omandab see soovitud kuju ja moodustub. Sarnaselt tünniga on ka kruvi valmistatud ülitugevatest, kuuma- ja korrosioonikindlatest sulamitest.
Kuna plastliike on palju, on ka nende omadused erinevad. Seetõttu on tegelikus töös erinevate plastitöötlusvajadustega kohanemiseks vaja erinevat tüüpi kruvisid ja ka konstruktsioonid on erinevad. Nii et plastikut saab transportida, ekstrudeerida, segada ja plastifitseerida suurima efektiivsusega.
Kruvi omadusi esindavad põhiparameetrid on järgmised: läbimõõt, kuvasuhe, surveaste, samm, soone sügavus, spiraalinurk, kruvi ja silindri vaheline lõtk jne.
Kõige tavalisem kruvi läbimõõt D on umbes 45–150 mm. Kruvi läbimõõdu suurenedes suureneb vastavalt ka ekstruuderi töötlemisvõimsus ning ekstruuderi tootlikkus on võrdeline kruvi läbimõõdu D ruuduga. Kruvi tööosa efektiivse pikkuse ja läbimõõdu suhe ( lühendatult kuvasuhtena, väljendatuna L/D) on tavaliselt 18–25. Suur L/D võib parandada materjali temperatuurijaotust, hõlbustada plasti segamist ja plastifitseerimist ning vähendada leket ja tagasivoolu. Parandage ekstruuderi tootmisvõimsust. Suure L/D-ga kruvil on tugev kohanemisvõime ja seda saab kasutada mitmesuguste plastide ekstrusiooniks; aga kui L/D on liiga suur, kuumeneb plast pikemat aega ja laguneb. Samal ajal paindub kruvi raskuse suurenemise tõttu vaba ots, mis põhjustab silindri ja kruvi vahele kergesti kriimustusi ning muudab valmistamise ja töötlemise keeruliseks; suurendada ekstruuderi energiatarbimist. Liiga lühike kruvi põhjustab tõenäoliselt segamise halva plastifitseerimise.
Poolt silindri siseläbimõõdu ja kruvi läbimõõdu erinevust nimetatakse vaheks δ, mis võib mõjutada ekstruuderi tootmisvõimsust. Kui δ suureneb, väheneb tootlikkus. Tavaliselt on asjakohane juhtida δt umbes {{0}},1 kuni 0,6 mm juures. Kui δ on väike, on materjali nihkeefekt suur, mis soodustab plastifitseerimist. Kui δ on aga liiga väike, põhjustab tugev nihkeefekt tõenäoliselt materjali termomehaanilist lagunemist ja kruvi hoitakse või hõõrutakse vastu tünni seina. Veelgi enam, kui δ on liiga väike, siis peaaegu puudub materjali lekkimine ja tagasivool, mis mõjutab teatud määral sulatise segunemist.
Heeliksinurk Φ on nurk keerme ja kruvi ristlõike vahel. Kui Φ suureneb, suureneb ekstruuderi tootmisvõimsus, kuid plastile avalduv lõikeefekt ja ekstrusioonijõud vähenevad. Tavaliselt on spiraali nurk vahemikus 10 kraadi kuni 30 kraadi ja muutub piki kruvi pikkuse suunda. Sageli kasutatakse võrdsel kaugusel asuvat kruvi ja samm on võrdne läbimõõduga. Φ väärtus on umbes 17 kraadi 41′
Mida suurem on surveaste, seda suurem on ekstrusioonisuhe, mille plastik vastu võtab. Kui kruvisoon on madal, võib see tekitada plastikule suurema nihkekiiruse, mis on kasulik soojusülekandele tünni seina ja materjali vahel. Mida suurem on materjali segamise ja plastifitseerimise efektiivsus, seda madalam on tootlikkus. Vastupidi, kui kruvisoon on sügav, on olukord vastupidine. Seetõttu sobivad sügavate kruvisoontega kruvid kuumatundlike materjalide jaoks (näiteks polüvinüülkloriid); samas kui madalate kruvisoontega kruvid sobivad madala sulamisviskoossusega ja kõrge termilise stabiilsusega plastidele (nt polüamiid).
1. Kruvi segmenteerimine
Kui materjal liigub mööda kruvi edasi, muutub selle temperatuur, rõhk, viskoossus jne. See muutus on erinev kogu kruvi pikkuses. Vastavalt materjali muutuste omadustele saab kruvi jagada etteande (söötmise) sektsiooniks, survesektsiooniks ja homogeniseerimissektsiooniks.
①, plast ja kolm plastiku olekut
Plastid jagunevad kahte kategooriasse: termoreaktiivsed ja termoplastsed. Pärast termoreaktiivsete plastide moodustumist ja tahkumist ei saa neid kuumutada ega sulatada. Termoplastist moodustunud tooteid saab aga kuumutada ja sulatada, et moodustada muid tooteid.
Temperatuuri muutudes muutub termoplastne plast kolme olekusse: klaasjas olek, väga elastne olek ja viskoosne voolavus. Kui temperatuur muutub korduvalt, muutuvad kolm olekut korduvalt.
a. Polümeersulamite erinevad omadused kolmes olekus:
Klaasjas olek – plast paistab jäiga tahke ainena; termiline kineetiline energia on väike, molekulidevaheline jõud on suur ja deformatsioon on peamiselt tingitud sideme nurga deformatsioonist; deformatsioon taastub koheselt peale välisjõu eemaldamist, mis kuulub üldise elastse deformatsiooni alla.
Väga elastne olek – plast paistab kummitaolise ainena; deformatsioonile aitab kaasa ahela segmentide orientatsioonist tingitud makromolekulaarse konformatsiooni venitamine ja deformatsiooni väärtus on suur; deformatsiooni saab taastada pärast välisjõu eemaldamist, kuid see on ajast sõltuv, mis kuulub väga elastse deformatsiooni alla.
Viskoosse voolamise olek – plast paistab väga viskoosse sulana; soojusenergia stimuleerib veelgi ahela molekulide suhtelist libisemist; deformatsioon on pöördumatu, mis kuulub plastilise deformatsiooni alla
b. Plasti töötlemine ja plasti kolm olekut:
Plaste saab lõigata klaasjas olekus. Väga elastses olekus saab neid venitada, näiteks traadi tõmbamine, toru ekstrusioon, puhumisvormimine ja termovormimine. Viskoosse voolu olekus saab seda töödelda katmise, pöörleva vormimise ja survevalu abil.
Kui temperatuur on viskoosse voolu olekust kõrgem, toimub plast termiline lagunemine ja kui temperatuur on klaasjas olekust madalam, muutub plast hapraks. Kui plasti temperatuur on kõrgem viskoosse voolu olekust või madalam kui klaasjas olek, kipub termoplastne plast riknema ja tõsiselt kahjustuda, seetõttu tuleks plasttoodete töötlemisel või kasutamisel vältida neid kahte temperatuuripiirkonda.
②, kolmeastmeline kruvi
Plastid eksisteerivad ekstruuderis kolmes füüsikalises olekus - klaasjas oleku, kõrge elastsuse ja viskoosse voolu oleku muutumise protsess ning igal olekul on kruvi struktuurile erinevad nõuded.
c. Erinevate olekute nõuete täitmiseks jagatakse ekstruuderi kruvi tavaliselt kolmeks osaks:
Toitesektsioon L1 (tuntud ka kui tahke transpordisektsioon)
Sulatussektsioon L2 (nn survesektsioon)
Homogeniseeriv sektsioon L3 (nn doseerimissektsioon)
Seda nimetatakse tavaliselt kolmeastmeliseks kruviks. Plastide ekstrusiooniprotsess nendes kolmes sektsioonis on erinev.
Toitesektsiooni ülesanne on saata punkrist tarnitud materjal survesektsiooni. Plast püsib liikumise ajal üldiselt tahkes olekus ja sulab osaliselt kuumuse toimel. Söötmise sektsiooni pikkus varieerub olenevalt plasti tüübist ja võib ulatuda punkri lähedalt kuni 75% kruvitopsi kogupikkusest.
Üldiselt on kristalsete polümeeride ekstrusioon pikim, sellele järgnevad kõvad amorfsed polümeerid ja lühim pehmete amorfsete polümeeride puhul. Kuna etteandeosa ei tekita tingimata kokkusurumist, võib selle kruvisoonte maht jääda muutumatuks. Heeliksi nurga suurus mõjutab selle sektsiooni toitevõimsust rohkem ja tegelikult mõjutab ekstruuderi tootlikkust. Tavaliselt on pulbriliste materjalide spiraalinurk umbes 30 kraadi ja tootlikkus on kõrgeim. Plokkide materjalide spiraali nurk peaks olema umbes 15 kraadi ja sfääriliste materjalide spiraali nurk umbes 17 kraadi.