挤压 | 4分钟阅读

挤出:更好的混合意味着更好的混合

在单螺杆挤出中,聚合物和添加剂的分离或分解可能是一个大问题。这里’ s为什么会发生,以及如何解决它。
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单螺杆挤出中有一个混合原理始终有效:进入螺杆的混合物越好,最终混合物越好。在螺杆中提供更好的混合需要两件事:混合步骤:首先将添加剂均匀分散在基础聚合物中,其次防止添加剂在分离之前分离—or even as—混合物进入螺丝。 

第二个要求尤其适用于某些不能剪切以利用单螺杆提供的分散混合效果的固体。这些包括各种矿物或金属填料,通常不能剪切成基础聚合物,因为它们不会熔化或软化并易于通过挤出机而形状或尺寸没有变化。在单螺杆上很难实现此类材料的显着轴向再分配混合,因为这些挤出机的流动令人惊讶地呈塞状,这意味着流动非常多。“first in-first out.”  这与单螺杆中聚合物的层流以及通道中主要的向下通道剪切分布有关,这导致在轴向方向上的混合受到限制。 

单螺钉还缺少用于重新形成所形成的层状界面的重要机制,这大大降低了执行功能。“macro” mixing.  只有高水平的压力流或压头才会导致明显的轴向混合,但同时也会降低输出量并提高熔体温度。

当然,在螺杆通道中会发生剧烈的局部混合,特别是随着熔化的进行和—to a lesser degree—融化完成后。 但是,这并未提供许多人期望在螺钉中发生的大规模重新分配效果。当处理器意识到螺钉无法令人满意地混合各种固体材料时,他们通常会感到失望,并且他们通常认为螺钉设计有问题。各种螺杆几何形状和混合器设计可以分裂多次,并向聚合物/固体混合物施加剪切力,但在大规模重新分配方面受到限制。 

It’令我惊讶的是,有多少加工者随意地将固体添加剂添加到挤出机中,并期望它能以某种方式校正这些材料的分布,从而在出料时实现完美的混合。    挤出机的固体进料区域从进料斗之前一直延伸到螺杆下方的数个螺纹,在此处聚合物和固体被压实成固体,并且消除了运动。 每当聚合物添加剂混合物通过滚动,滑动,振动或流动而运动时,都有可能发生分解或分离(参见插图)。 

流动的颗粒可根据颗粒大小,形状,摩擦特性,表面粗糙度和密度的差异而分离。 分离甚至可能发生在相对静态的位置,例如料斗。进行台架测试以查看是否可能分离,您可以将首选的混合物放入罐中,然后摇晃几分钟。 倒出后,评估混合物的分离程度。  

在整个固体运输系统的各个点上都可能发生分离或混合。 ’通常最好将固体与一种或多种基础聚合物进行混合,使其尽可能靠近螺杆螺纹入口,以解决这种可能性。在许多情况下,可以通过合理设计管道和料斗以及更改颗粒特性来最大程度地减少分离。

例如,散装装卸设备可以根据速度和速度变化(由颗粒密度,形状和大小决定)将原始混合物分开。料斗的形状本身会引起偏析,较小的颗粒倾向于流淌,这取决于表面的倾斜度和颗粒成分的休止角。较小的颗粒甚至可以流经较大的颗粒,从而导致分离,例如使用细粉。 

具有更高密度的颗粒(例如金属填料)将基于重量而分离。固体流动表面的壁(如料斗壁)上的摩擦力随固体添加剂以及表面粗糙度和摩擦系数的变化而变化。 另外,颗粒间的摩擦会引起偏析。通常,在这些参数中的任何一个参数中,填料颗粒与聚合物粒料的差异越大,越容易发生偏析。 

通过改变设计,单螺杆可以很好地很好地完成聚合物和可以熔融或软化的添加剂的局部混合。但是,混合不熔化的添加剂会更加困难,因为它们无法利用螺杆旋转产生的自然剪切引起的混合。“更好地混合,更好地混合”对于这些应用尤其适用。 You’请记住,最初的混合不一定是到达螺杆的混合,因此可以避免很多问题。

关于作者

吉姆·弗兰克兰 是一位机械工程师,从事各种类型的挤出加工已有40多年的历史。他现在是Frankland Plastics Consulting,LLC的总裁。联系 [email protected] or (724) 651-9196.

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