Por qué las extrusoras de tornillo único no pueden replicar el rendimiento de mezcla de las extrusoras de tornillo gemelo

Una pregunta común en el procesamiento de polímeros es: ¿por qué no puede un extrusor de tornillo único lograr el mismo rendimiento de mezcla y compuesto como un extrusor de tornillo gemelo co-rotativo o contramotante? La respuesta radica en las diferencias fundamentales en los mecanismos de diseño, distribución de corte y transferencia de materiales.

Ventajas del núcleo de extrusor de tornillo gemelo

Mezcla de canal completo y cizalla controlada

Las extrusoras de tornillo gemelo sobresalen porque pueden transferir repetidamente la fusión de polímero completamente relleno de un canal de tornillo a otro. Este intercambio de material continuo permite una mezcla de canal completa que es casi imposible en una extrusora de tornillo.

Al mismo tiempo, las extrusoras de tornillo gemelo permiten un control preciso de la cizalladura. Al ajustar la profundidad de los canales de tornillo opuestos o usar lóbulos de mezcla, la mayor parte del polímero puede exponerse a cizallamiento bajo, mientras que solo una pequeña porción sufre cizalla de alta intensidad. Esto garantiza una dispersión efectiva sin sobrecalentarse o degradar el material.

Caída de baja presión y alto rendimiento

Gracias al diseño de tornillos entrelazados, la transferencia de material entre los tornillos ocurre con una caída de presión mínima. Esto significa que el extrusor puede lograr un alto rendimiento con poca pérdida de rendimiento, al tiempo que ofrece una fuerte eficiencia de mezcla.

Limitaciones de extrusor de tornillo único

Corte vs. conflicto de caída de presión

En una sola extrusor de tornillo, la caída de presión a través de las zonas de alto cizallamiento es una limitación importante. La mezcla fuerte requiere un corte intenso, pero esto causa un aumento excesivo de la temperatura de fusión, pérdida de rendimiento e ineficiencia energética. A diferencia de las extrusores de tornillo gemelo, un solo tornillo no puede repetir el ciclo de mezcla varias veces sin sobrecalentamiento severo.

Patrones de flujo de mezcla restringidos

Mezclar dentro de un solo extrusor de tornillo está limitado por la geometría del canal de tornillo. Las tasas de corte son más altas cerca de la pared del barril y las puntas del canal, pero las más bajas o incluso cero cerca de la raíz del tornillo. Dado que los polímeros fundidos se adhieren fuertemente a las superficies de barril y tornillo, la fuerza impulsora principal es la cizalladura relativa creada como el barril 'gira alrededor de ' el polímero.

Esto crea capas de velocidad dentro del canal, donde solo se producen plegamiento parcial y rotación del material. Como resultado, los polímeros tienden a permanecer en posiciones radiales fijas, lo que dificulta lograr una mezcla uniforme o una dispersión efectiva de aditivos y rellenos.

Diseño flexible de extrusores de tornillos gemelos

Múltiples zonas de alto corte con cizalla general equilibrada

Para superar las limitaciones de las extrusores de tornillo único, los ingenieros a menudo agregan dispositivos de mezcla o secciones especiales de tornillo. Sin embargo, estos crean resistencia al flujo, reducen el rendimiento y aumentan la temperatura de fusión. Lograr una mezcla uniforme requiere que la fusión pase a través de tales zonas repetidamente, lo cual es ineficiente.

Por el contrario, las extrusoras de tornillo gemelo pueden introducir múltiples zonas de alto cizallamiento a través de variaciones en la profundidad del canal de tornillo y el uso de bloques de amasado o elementos de mezcla. La ventaja clave es que la alta cizalladura se puede aplicar a pequeñas porciones de la masa fundida de forma incremental, mientras que el polímero general experimenta solo cizallamiento moderado.

Transferencia de material entre tornillos

Debido a que los tornillos gemelos intercambian material entre los canales, la cizalladura intensa se puede aplicar localmente sin someter todo el estrés por fusión al estrés excesivo. Este equilibrio de alta cizallamiento localizado y cizallamiento general bajo permite que las extrusoras de tornillos gemelos dispersen rellenos, aditivos e incluso polímeros inmiscibles de manera efectiva, algo de un solo tornillo de tornillo no puede lograr de manera confiable.

Conclusión

Si bien las extrusoras de tornillo único siguen siendo eficientes para la extrusión simple y la transmisión de fusión, carecen de la versatilidad de mezcla y la eficiencia de compuesto de las extrusoras de tornillo gemelo. Para aplicaciones avanzadas como la mezcla de polímeros, la dispersión de relleno y la producción de Masterbatch, la extrusora de tornillos gemelos sigue siendo la opción superior debido a su capacidad para combinar una mezcla de alta intensidad con un control de corte preciso y un alto rendimiento.

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