Mengoptimalkan Manfaat Ekonomi Ekstruder: Analisis Singkat Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Efisiensi Kapasitas

Menguleni bersama ekstruder sekrup ganda (selanjutnya disebut ekstruder) telah menjadi peralatan inti dalam pemrosesan plastik yang dimodifikasi karena kinerja pencampurannya yang sangat baik, kombinasi sekrup yang dipersonalisasi, dan kinerja pembersihan sendiri yang baik.

Efisiensi produksi ekstruder merupakan parameter yang sangat penting bagi perusahaan modifikasi saat memilih peralatan. Secara umum diyakini bahwa ekstruder dengan diameter yang lebih besar memiliki efisiensi produksi yang lebih besar, tetapi pada kenyataannya, diameter yang besar bukanlah satu-satunya faktor yang penting untuk meningkatkan efisiensi produksi ekstruder. Faktor-faktor yang memengaruhi efisiensi produksi ekstruder meliputi kecepatan ekstruder, rasio volume, torsi spesifik, desain kombinasi sekrup, kondisi material formulasi, kondisi plastisisasi, keausan peralatan, dll.

Berikut ini akan dianalisa faktor-faktor yang mempengaruhi satu per satu menurut keadaan material dalam berbagai proses di ekstruder dan desain kombinasi sekrup. Dalam artikel ini, kami akan menguraikan secara rinci dari perspektif mekanisme pengangkutan ekstrusi.

Mekanisme Konveyor Ekstrusi

Penelitian tentang mekanisme pengangkutan ekstruder sekrup tunggal adalah dasar untuk pengembangan ekstruder sekrup kembar. Teori pengangkutan sekrup tunggal paling awal diusulkan oleh Darnel dan Mol. Inti dari teori ini adalah bahwa daya pengangkutan maju material dalam ekstruder sekrup tunggal didasarkan pada pengangkutan padat di bawah hambatan gesekan. Saat ujung elemen sekrup ekstruder secara bertahap berkurang atau gaya ekstrusi elemen resistensi pengadukan diterapkan, material yang awalnya halus dan tersebar menjadi sumbat padat tanpa perpindahan relatif, dan gesekan antara sumbat padat dan permukaan sekrup dan sumbat padat Bersama dengan gaya gesekan antara permukaan bagian dalam laras sekrup, sumbat padat diangkut ke depan sepanjang alur sekrup.

Teori transportasi klasik memiliki keterbatasannya sendiri ketika diajukan. Teori ini mengasumsikan bahwa tidak ada perpindahan relatif di dalam sumbat padat dan bahwa gaya gesek yang diterimanya konstan. Namun, situasi sebenarnya sangat berbeda, sehingga rumus perhitungan teoritis sering kali berbeda dari deviasi besar yang sebenarnya. Meskipun demikian, teori ini mengemukakan esensi pengangkutan sekrup ekstruder, yaitu, gaya komponen gesekan laras sekrup pada material di sepanjang tepi sekrup alur sekrup adalah sumber pengangkutan material, dan gesekan antara permukaan sekrup yang berputar dan material adalah material pembatas. Resistensi progresif. Dengan kata lain, perbedaan antara koefisien gesekan fi antara material yang diangkut dan permukaan logam sekrup dan koefisien gesekan fb antara material dan permukaan logam di dalam laras sekrup adalah sumber gaya pendorong untuk tarikan gesekan. Analisis gerakan dan gaya pengangkutan maju material ditunjukkan pada gambar 1.

Meskipun teori paling awal dan paling rinci tentang transportasi padat berdasarkan tribostatika padat diajukan oleh Darnel dan Mol, ada beberapa asumsi dasar:
1Pada saluran sekrup ekstruder, material resin berada dalam keadaan sumbat padat, dan memiliki laju pengiriman tetap, dan arah tekanan pada sumbat padat hanya konsisten dengan pergerakan material;
2. Steker padat dan permukaan apa pun dalam alur sekrup berinteraksi satu sama lain, dan koefisien gesekannya tidak akan berubah dengan fluktuasi tekanan, tetapi hanya dengan perubahan suhu;
3. Mengabaikan perubahan kerapatan massa sumbat padat dan pengaruh gravitasi bumi, dan mengasumsikan tidak ada celah antara laras dan sekrup ekstruder;
4. Sekrup berada dalam keadaan diam relatif terhadap laras sekrup, dan terlihat seolah-olah laras sekrup sedang bergerak.
Potente dkk. meyakini bahwa di area alur sekrup sumbu sekrup, kerapatan massa/kerapatan massa material di area yang berbeda berbeda. Di beberapa area, material berada dalam keadaan longgar, dan di beberapa area, material akan ditekan untuk membentuk sumbat padat. Mekanisme pengangkutan bagian sumbat padat terkait dengan Teori transpor Darnell-Mol konsisten, dan rumus berikut diperoleh dengan menganalisis keadaan gerak dan gaya sumbat padat:

Dari rumus (1) dapat dilihat bahwa volume pengiriman G berkorelasi positif dengan kecepatan putar n, rasio volume H, dan diameter ulir Db. Karena asumsi teori pengangkutan ulir tunggal Darnel dan Mol tidak sesuai dengan kenyataan, terdapat penyimpangan yang besar antara data yang dihitung oleh generasi selanjutnya dan data produksi aktual. Sejak saat itu, sejumlah besar sarjana telah melakukan penelitian yang lebih rinci tentang teori ini. Dalam sejumlah besar penelitian, dua teori yang diakui oleh banyak sarjana adalah teori traksi kental yang diajukan oleh Chung dkk. dan teori traksi kental yang diajukan oleh Tedder. teori keseimbangan energi.

Walaupun terdapat perselisihan di antara teori-teori, titik tolak inti dari teori Darnell-Mol dan teori Tedder pada hakikatnya sama, yaitu gaya gesekan dinamis antara material benda ekstruder sekrup tunggal dan dinding bagian dalam laras sekrup merupakan faktor terpenting untuk pengangkutan material padat. Sumber esensi. Perbedaannya adalah Chung percaya bahwa material akan terlebih dahulu bergesekan dengan dinding logam di dalam laras untuk menghasilkan lapisan tipis lelehan, dan gaya tarik kental yang dihasilkan oleh lapisan tipis lelehan inilah yang memengaruhi kinerja pengangkutan padat. Kesamaan dari ketiga teori di atas adalah bahwa material padat di ekstruder diasumsikan sebagai sumbat padat, material di bagian pengangkutan padat dianggap padat, tidak ada perpindahan relatif antara partikel padat.

Zhu Fuhua dan yang lainnya memperhatikan dalam seluruh proses kerja ekstruder visual bahwa sebelum material memasuki bagian peleburan, partikel padat pada dasarnya berada dalam proses pertukaran dan selip timbal balik, dan alur sekrup tidak terisi penuh. Fenomena ini tidak menghilang secara bertahap sampai memasuki bagian peleburan. Selain itu, selama proses pengangkutan maju partikel resin, dapat diamati dengan jelas bahwa ada lelehan mengilap di antara partikel resin. Karena ruang yang ditempati oleh lelehan pada tahap selanjutnya menjadi semakin banyak, batas antara partikel dan lelehan menjadi kurang jelas. . Ini secara visual membuktikan diskontinuitas sumbat padat dan keniscayaan perubahan perpindahan sumbat padat. Berdasarkan sejumlah besar pengamatan dan percobaan, Zhu Fuhua mengusulkan teori transportasi padat aliran non-sumbat untuk pertama kalinya.

Sayangnya, untuk waktu yang lama setelah teori transportasi padat aliran non-sumbat diajukan, teori tersebut tidak dapat digunakan untuk menangani masalah praktis di dalam dan luar negeri karena kompleksitas teori tersebut. Meskipun akurasi perhitungan teori transportasi padat aliran non-sumbat telah sangat ditingkatkan, tidak ada rumus eksplisit untuk perhitungan produksi dan tekanan, dan itu sendiri merupakan masalah kontak nonlinier. Ada banyak rumus yang rumit, dan metode elemen hingga diperlukan untuk perhitungan. Hal ini membawa kesulitan besar pada aplikasi praktis. Tn. Carrot mempelajari geometri sekrup kembar yang saling bertautan dan berputar bersama, dan membuat model proses pengangkutan material dalam ekstruder sekrup kembar sebagai dasar penelitian. Mereka dengan suara bulat menunjukkan bahwa proses pengangkutan material dalam ekstruder itu rumit dan beragam, dan terutama ada dua mekanisme pengangkutan, yaitu pengangkutan perpindahan positif sepanjang sumbu sekrup di area pengaitan atas dan pengangkutan hambatan gesekan di area alur sekrup. Liu Tinghua dkk. telah melakukan banyak percobaan dengan ekstruder visual tiga arah penuh, dan membagi bagian pengangkutan padat menjadi pengangkutan perpindahan positif di area pengaitan dan pengangkutan gesekan partikel granular di area alur sekrup samping. Volume pengangkutan perpindahan positif di area pengaitan dihitung sebagai rumus (2):

Cara memaksimalkan manfaat ekonomis ekstruder tidak dapat dipisahkan dari efisiensi produksi ekstruder. Efisiensi produksi tidak hanya ditentukan oleh parameter fisik dan kondisi proses ekstruder, tetapi kondisi material juga memengaruhi efisiensi produksi. Semakin rendah kerapatan massal material, semakin tinggi kandungan udara dalam material. Untuk proses pengangkutan material oleh sekrup, sebenarnya bergerak maju dengan volume material yang sama. Semakin rendah kerapatan massal, semakin rendah kapasitas pengangkutan.

Selama pencampuran lelehan ekstruder, sejumlah besar partikel dan bubuk dipadatkan dan diubah menjadi lelehan. Satu-satunya cara untuk meninggalkan bagian dalam ekstruder adalah mengalir kembali ke bagian ekor, yang akan mencegah pengumpanan bubuk terus-menerus. Ketika tekanan dan kecepatan aliran balik melebihi nilai kritis tertentu, ia akan mengembalikan daya. Ketika ruang penampang sekrup menjadi lebih kecil, aliran balik udara. tekanannya lebih tinggi, kecepatannya akan lebih tinggi. pada saat ini, hal itu mungkin berdampak negatif pada pengumpanan, karena titik luapan laju berkurang dengan peningkatan kecepatan, yaitu, semakin tinggi kecepatan, semakin terfluidisasi umpan. Seperti yang disebutkan sebelumnya, gesekan adalah kunci untuk pengangkutan material. Efisiensi pengangkutan berbanding lurus dengan koefisien gesekan "dinamis". Semakin tinggi koefisien gesekan laras sekrup, semakin tinggi efisiensi pengangkutan. Perubahan gaya gesekan juga akan memengaruhi efisiensi pengangkutannya. Selain itu, kombinasi dan struktur sekrup yang berbeda juga akan memengaruhi koefisien gesekan "dinamis"-nya.