Cómo configurar una extrusora de doble tornillo

Los dos tipos principales de mezcla en la composición son la dispersión y la distribución.

Cuando realmente queremos que el aditivo se distribuya uniformemente por toda la matriz polimérica, diríamos que necesitamos mejorar la dispersión.O diseñamos el tornillo para que tenga un elemento mezclador de distribución, pero el material es fácil de aglomerar y debe dispersarse primero antes de distribuirse.

Este artículo explora las diferencias en la mezcla de estos tipos y cómo mejorar un tipo sobre el otro.

A medida que el material se introduce en una extrusora de doble tornillo, el material cae del alimentador al tornillo de alimentación.Para esta discusión, asumiremos que cada material está separado e independiente, como si se alimentara individualmente.En la práctica, los materiales se pueden alimentar individualmente a través de alimentadores separados o los materiales se pueden mezclar previamente en un solo lote.

La dispersión es el acto de romper partículas más grandes en partículas más pequeñas hasta que alcanzan el tamaño mínimo de partícula final.Se necesita dispersión para descomponer los materiales pegajosos que tienden a agruparse.

La distribución es la mezcla uniforme de partículas en toda la matriz polimérica.

En una extrusora de doble tornillo, estos dos mecanismos ocurren en su mayoría simultáneamente, pero se pueden ajustar para mejorar uno u otro según sea necesario.

cuando dispersarse

Muchas operaciones compuestas generalmente no requieren dispersión.Muchos aditivos y rellenos se suministran inherentemente como partículas individuales únicas y de flujo libre que deben distribuirse por todo el polímero para incorporarse por completo.

Pero en el caso de materiales que tienden a pegarse y formar grumos o grumos, es necesario dispersarlos.

El negro de carbón es uno de los mejores ejemplos de material pegajoso con alta afinidad por los aglomerados.Las partículas individuales de negro de humo se fusionan para formar agregados durante la reacción de combustión.Estos agregados son las partículas primarias del negro de humo y tienen el tamaño más pequeño al que se puede descomponer el negro de humo durante el proceso de composición.Los agregados de negro de humo se mantienen unidos por fuerzas débiles para formar aglomerados.Los aglomerados deben dispersarse dentro del polímero para producir un compuesto que presente el color negro deseado de manera completa y uniforme.

Mezclado en extrusora de doble tornillo.

El elemento principal utilizado para mezclar en una extrusora de doble tornillo es el bloque de amasado.El bloque amasador aplica fuerzas de corte a los materiales que se están mezclando para mezclarlos dispersándolos, distribuyéndolos y homogeneizándolos.

Tres atributos clave de un bloque de amasado en términos de mezcla son la longitud de los elementos, el número de discos y el ángulo escalonado de los discos entre sí.Si el bloque de amasar es más corto, digamos de 30 mm de largo, cada disco sólo tendrá 5 mm de ancho.Por supuesto, si el bloque de amasado es el doble de largo, cada disco también se volverá proporcionalmente más ancho, suponiendo que el número de discos siga siendo el mismo.

El ancho del disco tiene un efecto directo sobre la fuerza de corte ejercida sobre el polímero.A medida que el disco ancho gira alrededor del eje del tornillo, se forma un charco de polímero fundido frente al disco.El disco ejerce presión sobre el polímero, 'golpeando' el material contra la pared interna del cilindro mientras crea ranuras en el material.Las fuerzas de corte aquí son bastante altas, lo que favorece la dispersión.

A medida que el ancho del disco se estrecha, el polímero fluye alrededor del disco y el disco estrecho del bloque de amasado corta el polímero en una acción de corte.Esta función promueve principalmente la mezcla distributiva mediante la agitación de polímeros y aditivos.La masa fundida se divide en un disco y luego se cubre con otro disco.

Por lo tanto, la consideración principal en el diseño del tornillo con respecto a la mezcla es el ancho del disco del bloque de amasado.Si se requiere dispersión, entonces una bandeja ancha es beneficiosa.Se prefieren los discos estrechos si el material sólo necesita distribuirse por toda la matriz polimérica.

Efecto del ángulo escalonado

El ángulo de escalonamiento es otro factor a considerar al mezclar.Cuanto menor es el ángulo de escalonamiento, más polímero se transporta aguas abajo en la extrusora.A medida que aumenta el ángulo de escalonamiento, el movimiento hacia adelante de esta área del tornillo disminuye, provocando un reflujo del polímero en la extrusora.Cuando el material está bloqueado, el trabajo sobre el polímero aumenta porque el movimiento hacia adelante del compuesto disminuye con cada revolución del tornillo, lo que permite una mezcla más intensa.

Cuando el ángulo de inclinación alcanza los 90 grados, el material ya no se mueve en absoluto debido a la rotación del tornillo, por lo que el bloque de amasado de 90 grados es un elemento de transporte neutral.El movimiento hacia adelante que realmente ocurre en este caso se debe a que el material es expulsado del elemento aguas arriba después de ser alimentado, empujando el compuesto a lo largo de la extrusora.

Los elementos de contrabombeo (también conocidos como elementos izquierdos) bombean material aguas arriba de la extrusora para resistir el movimiento hacia adelante en toda la extrusora.Este equilibrio entre los elementos transportadores de avance aguas arriba y los elementos transportadores intermedios o inversos da como resultado que la sección de mezcla esté altamente llena de material.Por el contrario, una sección de mezclado que consta únicamente de bloques de amasado de transporte hacia adelante (quizás todos los bloques de amasado con un ángulo de 45 grados) tendrá la menor cantidad de material en esa sección porque será expulsado tan rápido como llegue.

Es tentador aspirar a una combinación sólida en todas las situaciones, en la que puedas estar seguro de que todo está bien disperso.Sin embargo, hacer esto en todos los casos sería un error.

¿Cuanto es la cantidad adecuada para mezclar?

Cuanto más vigorosa sea la mezcla, más trabajo se impartirá al compuesto.A medida que aumenta la carga de trabajo, la temperatura de fusión aumentará significativamente.

1. Un disco más ancho producirá fuerzas de corte más altas, lo que resultará en un aumento en la temperatura de fusión.

2. Una sección de mezclado más intensa (muchos bloques de amasado inverso o neutro) dará como resultado un mayor procesamiento del compuesto, lo que a su vez dará como resultado una temperatura de fusión más alta.

3. La sección de mezcla restringida también debe diseñarse para garantizar un movimiento de avance suficiente para que no se impida la velocidad.

4. Del mismo modo, ser demasiado cuidadoso al mezclar puede provocar una mezcla desigual y una mala calidad del producto.

El tornillo es más fuerte y por tanto tiene más propiedades dispersivas.Esta sección de mezcla utiliza un disco más ancho y dos bloques de amasado con un ángulo escalonado más grande, seguidos de un bloque de amasado neutro y un bloque de amasado inverso.Diseños como estos se pueden utilizar con altos niveles de pigmentos o rellenos que son difíciles de mezclar.El diseño a continuación muestra solo el bloque de amasado de transporte hacia adelante, seguido de un único bloque de amasado neutral.La idea aquí es mezclar suavemente el aditivo con el polímero con una presión mínima, un diseño que se puede utilizar al mezclar fibra de vidrio o perlas de vidrio.

Una cosa a tener en cuenta sobre el 'final' de la parte de fusión.Como mencioné en mi artículo anterior, el diseño de tornillos es una combinación de ciencia y arte.Cada diseñador de tornillos abordará el diseño de manera diferente.Prefiero terminar la mayor parte de la porción de mezcla (>90%) con un bloque de amasado neutro, un bloque de amasado inverso o incluso un elemento de entrega inverso (el elemento de bombeo más estricto).El propósito de esto es asegurar que la porción de mezcla se llene hasta el punto de que la mezcla sea bastante eficiente.

Algunos diseñadores colocan una sección de mezcla distribuida que consta de todos los elementos transportadores.Si bien el propósito de este diseño es agitar suavemente la mezcla, mi experiencia ha demostrado que esto da como resultado una sección de mezcla relativamente hueca que es ineficiente.Además, estos bloques amasados ​​tienden a 'batir' el polímero como si fuera un agitador debido al menor nivel de llenado de esta sección de mezclado.Esta acción de batido en realidad puede aumentar la temperatura de fusión y comprometer la relación de aspecto de algunos aditivos, como las fibras.Cuando la sección de mezcla tiene un nivel de llenado más alto, parece funcionar de manera más eficiente y suave.

Esto debe equilibrarse contra un fuerte reflujo que puede provocar un procesamiento excesivo del material.El equilibrio es clave para el diseño de tornillos.

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