Cách các bộ phận trục vít máy đùn trục vít đôi ảnh hưởng đến quá trình nóng chảy, trộn và ổn định xử lý

Một hiện tượng phổ biến có thể thấy ở nhiều người dùng máy đùn trục vít đôi: sau khi mua máy, cấu hình trục vít vẫn giữ nguyên như ngày rời nhà máy, ngay cả sau nhiều năm hoạt động.

Vật liệu mới ra đời, công thức mới được phát triển và yêu cầu của khách hàng thay đổi — nhưng cấu hình trục vít vẫn không thay đổi. Máy vẫn có thể tạo ra sản phẩm, nhưng liệu quá trình có diễn ra suôn sẻ, nhất quán và với chất lượng ổn định hay không lại là một câu hỏi khác.

Hôm nay, chúng ta sẽ phân tích logic đằng sau sáu vùng chức năng chính của các bộ phận trục vít máy đùn trục vít đôi và cung cấp một số tài liệu tham khảo thực tế để tối ưu hóa cấu hình trục vít.

1. Vùng cấp liệu

Vùng cấp liệu có một trách nhiệm chính: đảm bảo vật liệu có các dạng khác nhau đi vào trục vít một cách suôn sẻ và nhất quán.

Bột có xu hướng bị tắc nghẽn, trong khi vật liệu sợi có thể bị rối trong quá trình cấp liệu. Giải pháp điển hình là sử dụng các bộ phận trục vít máy đùn vận chuyển tiến có bước ren lớn. Thể tích ren trục vít lớn hơn và kênh rộng hơn cung cấp đủ không gian cho các loại vật liệu khác nhau đi vào hệ thống đùn một cách hiệu quả.

Nguyên tắc tương tự cũng áp dụng cho phần ngay bên dưới cổng cấp liệu hạ lưu. Các bộ phận trục vít có bước ren lớn duy trì mức độ lấp đầy thấp ở phần thượng nguồn, để lại đủ không gian trống cho vật liệu bổ sung được đưa vào.

2. Vùng vận chuyển rắn

Nếu vật liệu dạng bột không được nén đúng cách trước khi đi vào vùng nóng chảy, các vấn đề sẽ xảy ra — không khí bị kẹt bên trong vật liệu có thể dẫn đến nóng chảy không hoàn toàn, phân tán kém và xử lý không ổn định.

Chức năng chính của vùng này là biến vật liệu rời rạc thành một khối rắn được nén.

Cách tiếp cận phổ biến là giảm dần bước ren của các bộ phận trục vít máy đùn vận chuyển. Bắt đầu với các bộ phận vận chuyển tiến có bước ren lớn, thể tích kênh trục vít ngày càng nhỏ lại, nén vật liệu từng bước một.

Tuy nhiên, tốc độ nén phải được kiểm soát cẩn thận. Khi xử lý viên nhựa với nhiệt độ xi lanh tương đối thấp, việc giảm bước ren quá mạnh có thể gây ra mức độ lấp đầy quá mức và thậm chí làm quá tải máy đùn.

3. Vùng nóng chảy và hóa dẻo

Mục đích của vùng nóng chảy là đạt được sự nóng chảy hoàn toàn và đồng nhất dưới điều kiện nhiệt độ được kiểm soát, đồng thời tránh nhiệt đầu vào không cần thiết.

Trong quá trình đùn trục vít đôi, hầu hết nhiệt bổ sung đến từ năng lượng cơ học được tạo ra bởi sự quay và cắt của trục vít. Do đó, vùng nóng chảy nên bao gồm các loại bộ phận trục vít máy đùn khác nhau, chẳng hạn như:

• Khối nhào
• Các bộ phận trục vít vận chuyển ngược
• Các bộ phận trộn đặc biệt không tiêu chuẩn lấy cảm hứng từ thiết kế cánh khuấy của máy trộn nội bộ

Các bộ phận này nên được bố trí ở các vị trí trục được lựa chọn cẩn thận và kết hợp hiệu quả với các bộ phận vận chuyển tiến thượng nguồn.

Hiệu suất của thiết kế vùng nóng chảy nên được đánh giá bằng cách nó chuyển đổi năng lượng cắt cơ học thành năng lượng nóng chảy hiệu quả như thế nào.

Sự kết hợp được thiết kế tốt của các bộ phận trục vít máy đùn trục vít đôi cho phép vật liệu nóng chảy nhanh chóng và hoàn toàn mà không làm tăng nhiệt độ không cần thiết. Mục tiêu là tối đa hóa năng lượng được sử dụng để nóng chảy thay vì lãng phí năng lượng bằng cách đơn giản là tăng nhiệt độ nóng chảy.

Để tránh chênh lệch nhiệt độ quá mức trong vùng nóng chảy, các bộ phận cắt và các bộ phận vận chuyển thường được bố trí xen kẽ, cho phép đầu vào năng lượng được phân phối dần dọc theo chiều dài trục vít.

4. Vùng thoát khí

Vật liệu tràn ra khỏi cổng thoát khí là một trong những vấn đề phổ biến nhất gặp phải trong quá trình đùn trục vít đôi.

Thông thường có hai lý do chính:

1. Niêm phong không đủ trước vùng thoát khí

Nếu áp suất nóng chảy không được tạo ra đúng cách ở thượng nguồn, vật liệu có thể tiếp tục chảy về phía cổng thoát khí qua các kênh trục vít.

Giải pháp là thêm các bộ phận trục vít vận chuyển ngược hoặc các khối nhào ngược trước vùng thoát khí để tạo hiệu ứng niêm phong và tạo đủ áp suất.

2. Lấp đầy quá mức trong vùng thoát khí

Nếu kênh trục vít trong khu vực thoát khí bị lấp đầy quá mức, khí sẽ không thể thoát ra hiệu quả. Thay vào đó, áp suất đẩy vật liệu nóng chảy về phía lỗ thoát khí.

Vùng thoát khí thường nên sử dụng các bộ phận trục vít máy đùn vận chuyển có bước ren lớn hơn để trải vật liệu thành lớp nóng chảy mỏng hơn, cho phép khí và hơi ẩm thoát ra một cách suôn sẻ.

5. Vùng vận chuyển nóng chảy

Mục đích chính của vùng vận chuyển nóng chảy là tạo áp suất và đưa vật liệu về phía khuôn.

Áp suất chỉ có thể được tạo ra trong một phần trục vít được lấp đầy hoàn toàn. Nếu không được lấp đầy hoàn toàn, áp suất ổn định sẽ không đạt được.

Khả năng tạo áp suất của các bộ phận trục vít máy đùn trục vít đôi chủ yếu phụ thuộc vào:

• Bước ren trục vít
• Số lượng ren trục vít
• Chiều dài của vùng tạo áp suất

Vì việc tạo áp suất chắc chắn sẽ làm tăng nhiệt độ, vùng tạo áp suất nên càng ngắn càng tốt. Mục tiêu là đạt được áp suất yêu cầu trong khoảng cách ngắn nhất có thể trong khi giảm thiểu năng lượng đầu vào không cần thiết.

Cần đặc biệt chú ý đến khu vực vận chuyển nóng chảy hạ lưu sau cổng thoát khí. Nếu mức độ lấp đầy không được kiểm soát đúng cách, vùng lấp đầy hoàn toàn có thể mở rộng ngược về phía lỗ thoát khí, gây rò rỉ vật liệu hoặc tràn khí.

6. Vùng trộn

Trộn là một trong những chức năng quan trọng nhất của máy đùn trục vít đôi.

Một điểm quan trọng cần hiểu: trong quá trình nóng chảy của hỗn hợp polymer, kích thước của các pha phân tán giảm đáng kể. Các hạt ban đầu hoặc vật liệu dạng bột ở quy mô milimet có thể nhanh chóng giảm xuống hàng chục micron sau khi nóng chảy.

Một khi hệ thống polymer đã nóng chảy hoàn toàn, việc giảm thêm kích thước pha phân tán sẽ bị hạn chế hơn nhiều.

Do đó, việc đạt được hiệu suất trộn tuyệt vời phụ thuộc nhiều vào thiết kế của vùng nóng chảy và cách bố trí các bộ phận trục vít máy đùn.

Việc lựa chọn bộ phận trục vít trộn phụ thuộc vào mục đích xử lý:

• Đối với pha trộn polymer, trọng tâm thường là cân bằng giữa trộn phân tán và trộn phân tán.
• Đối với sửa đổi chất độn, thiết kế phải xem xét sự phân tán chất độn, cường độ cắt và rủi ro suy thoái vật liệu.

Số lượng, góc và cách bố trí các khối nhào nên được tối ưu hóa theo công thức cụ thể và yêu cầu xử lý.

Danh sách kiểm tra bộ phận trục vít máy đùn trục vít đôi

Trong lần bảo trì hoặc kiểm tra trục vít tiếp theo, kỹ sư có thể xem xét các điểm sau:

Cấu hình trục vít không nên bị "cố định vĩnh viễn"

Cấu hình trục vít ban đầu do nhà sản xuất thiết bị cung cấp thường được thiết kế cho các điều kiện xử lý chung.

Tuy nhiên, mỗi nhà sản xuất xử lý các vật liệu khác nhau, sử dụng các công thức khác nhau và có các yêu cầu sản phẩm khác nhau.

Do đó, các bộ phận trục vít máy đùn trục vít đôi không nên được coi là một cấu hình cố định. Thông qua việc lựa chọn và kết hợp phù hợp các bộ phận vận chuyển, khối nhào, bộ phận ngược và bộ phận trộn, cấu hình trục vít có thể được tối ưu hóa cho các ứng dụng cụ thể.

Một cấu hình bộ phận trục vít máy đùn được thiết kế tốt có thể cải thiện:

• Hiệu quả nóng chảy
• Chất lượng trộn
• Độ ổn định sản lượng
• Hiệu quả năng lượng
• Tính nhất quán của sản phẩm

Thiết kế trục vít phù hợp không chỉ đơn thuần là thay thế các bộ phận — đó là tạo ra giải pháp xử lý tối ưu cho mỗi hệ thống vật liệu.