In de wereld van materiaalcompounds en extrusie vormen Twin-Screw Extruders het hart van de productie. De prestaties ervan dicteren rechtstreeks de mengkwaliteit, productie-efficiëntie en de mechanische eigenschappen van het eindproduct.
BijJWEL, begrijpen we dat het kiezen van de juiste technologie-Mede-roterendofTegen-roterend-is van cruciaal belang voor uw specifieke toepassing. Hoewel het verschil alleen maar de draairichting lijkt te zijn, laten onze Computational Fluid Dynamics (CFD)-simulaties en veldtesten aanzienlijke verschillen zien in verwerkingskarakteristieken, mengmogelijkheden en productaanpassingsvermogen.
In dit artikel worden deze technische verschillen uiteengezet, zodat u een weloverwogen beslissing kunt nemen voor uw productielijn.
Het fundamentele verschil: werkingsprincipe
Het belangrijkste onderscheid ligt in de manier waarop de schroeven omgaan met het materiaal:
Co-roterende extruders met dubbele schroef:
• Rotatie: Beide schroeven draaien in dezelfde richting.
• Mechanisme: De stuwkracht van de schroefvluchten wordt over elkaar heen gelegd. Materiaal wordt getransporteerd in een "∞" (figuur - acht) pad, waardoor een versterkt transporteffect ontstaat.
Co-roterende dubbele-schroefkoppelingsmodus
Tegen-roterende extruders met dubbele schroef:
Rotatie: Schroeven draaien in tegengestelde richtingen.
Mechanisme: De stuwkrachten compenseren elkaar. Materiaal beweegt zich in een "C"--vormig traject binnen gesloten kamers en ondergaat herhaaldelijk mengen en reageren.
Tegen-roterende dubbele-schroefkoppelingsmodus
Analyse van simulatieresultaten: drukveld
Op basis van de drukwolkenkaart (Fig. 3) en de drukvariatiecurve (Fig. 4) zijn de volgende waarnemingen gedaan:
• Co-meedraaiende dubbele schroef:De druk in het stromingskanaal vertoont ritmische fluctuaties. Deze fluctuaties komen overeen met de positie van de schroefvleugels (zoals te zien in figuur . 4). Omdat de schroefvluchten verhoogde ruggen zijn, ondergaat het materiaal intense compressie- en schuifkrachten wanneer het eroverheen gaat, wat resulteert in hogere drukpieken op de vluchtlocaties.
• Tegen-roterende dubbele schroef:De druk stijgt aanvankelijk en neemt vervolgens af in de extrusierichting, gekenmerkt door een significant plaatselijk hogedrukfenomeen- in het middengedeelte. Deze hoge druk treedt op in de tussenliggende zone (zie figuur . 2). De tegenovergestelde rotatie van de schroeven zorgt ervoor dat materiaal ongelijkmatig stroomt of verstopt raakt, wat leidt tot materiaalophoping in het midden, waardoor deze plaatselijke hoge druk ontstaat.
Drukwolkdiagram in de runner tijdens het extrusieproces
druk geschiedenis
Analyse van simulatieresultaten: veld met afschuifsnelheid
Gebaseerd op de afschuifsnelheidscontour (Fig. 5) en de variatiecurve (Fig. 6), zijn de waarnemingen als volgt:
• Algemeen gedrag (beide typen):Bij zowel mee-roterende als tegen-roterende processen is de afschuifsnelheid consistent hoger bij de schroefgangen en lager in de schroefkanalen. Dit gebeurt omdat de speling tussen de schroefvleugel en de cilinderwand minimaal is, waardoor de materiaalstroom wordt versneld en hoge schuifkrachten worden veroorzaakt. De grotere opening in de schroefkanalen resulteert daarentegen in lagere afschuifsnelheden.
• Tegen-roterende dubbele schroef:Dit type vertoont gelokaliseerde pieken in de afschuifsnelheid. Dit fenomeen wordt specifiek veroorzaakt door lekkagestroming (die doorgaans optreedt via de nauwe spelingen in het in elkaar grijpende gebied).
Wolkengrafiek van de afschuifsnelheid tijdens het extrusieproces
Variatiecurve van de afschuifsnelheid
Prestatieanalyse van materiaalmenging
Mengen is onderverdeeld in twee hoofdcategorieën: distributief en dispersief.
Distributief mengen:Het proces van materiële herverdeling en heroriëntatie om homogeniteit te bereiken.
Dispersief mengen:Het proces waarbij de grootte van materiaaldeeltjes wordt verkleind door rek- en schuifkrachten.
De Tracer Particle Method wordt gebruikt voor kwantificering, waarbij trajectparameters zoals verblijftijd (RT), scheidingsschaal en maximale schuifspanning worden geanalyseerd om mengverschillen te evalueren.
Axiale mengprestaties: verblijftijdverdeling (RTD)
De verblijftijdverdeling (RTD) is een kritische maatstaf voor axiaal mengen en beschrijft de statistische tijdsspreiding die materiaal in de extruder doorbrengt. Het wordt weergegeven door waarschijnlijkheids- en waarschijnlijkheidsdichtheidsfuncties.
Cumulatieve verblijftijdverdeling
De cumulatieve verblijftijdverdelingscurve (Fig.. 7) illustreert de cumulatieve waarschijnlijkheid dat vloeistof of materiaal in de extruder achterblijft.
In het mee-roterende dubbele- schroefsysteem beginnen tracerdeeltjes het kanaal te verlaten op1.00 sen kom er volledig uit54.82 s, wat een verblijfsduur oplevert van53.82 s.
In het tegen{0}}roterende dubbele- schroefsysteem komen de tracerdeeltjes als eerste naar buiten1.48 sen helemaal naar buiten gaan59.80 s, resulterend in een verblijfsduur van58.32 s.
De cumulatieve curve van de mee-roterende dubbele- schroef blijft boven die van het tegen- roterende systeem, wat aangeeft dat er op een bepaald moment een groter deel van de deeltjes het kanaal verlaat.
Cumulatieve verdeling van de verblijfstijd
Verblijftijdverdeling
De waarschijnlijkheidsdichtheidscurve van de verblijftijd illustreert hoe waarschijnlijk het is dat het materiaal gedurende verschillende tijdsintervallen in de extruder blijft. Een hogere dichtheid duidt op een grotere waarschijnlijkheid dat materiaal binnen dat specifieke tijdvenster blijft, terwijl een lagere dichtheid duidt op minder gebeurtenissen.
Volgens de waarschijnlijkheidsdichtheidsfunctie (Fig. 8):
De meeste deeltjes in de co{0}}roterende dubbele-schroefextruder vallen erin1.00–1.99 s, terwijl ze zich in het tegen{0}}roterende systeem naar binnen concentreren1.48–2.97 s. De mee-roterende curve verschuift verder naar links en vertoont een hogere piek, wat wijst op sterkere transportprestaties. Dit komt waarschijnlijk door het geforceerde "∞-vormige" transportpad dat kenmerkend is voor mee-roterende schroeven.
Daarentegen drijft de tegen{0}}roterende extruder het materiaal langs een "C--vormig" traject, waarbij herhaaldelijk mengen en hercirculeren binnen de C-kamer de verblijftijd verlengt.
verdeling van de verblijftijd
Distributieve mengprestaties
Distributieve index
De distributieve index weerspiegelt het reologische gedrag en de vloei-eigenschappen van het materiaal tijdens extrusie. Zoals te zien is in de distributieve indexcurve (Fig. 9), vertoont de tegen{2}}roterende dubbele-schroefextruder een betere distributieve uniformiteit vergeleken met het-meedraaiende systeem.
Distributie-index
Scheidingsschaal
De scheidingsschaal karakteriseert de voortgang van distributief mengen. Zoals weergegeven in figuur . 10 is de aanvankelijke scheidingsschaal groot omdat de twee soorten deeltjes van tegenovergestelde kanten binnenkomen. Naarmate het mengen vordert, neemt de scheidingsschaal af als gevolg van de -geïnduceerde dispersieve werking van de schroef, wat wijst op een diepere menging op- oppervlakniveau. De waargenomen fluctuaties worden veroorzaakt door deeltjesaggregatie tijdens de stroming.
De scheiding-schaalcurve van de co-roterende dubbel-schroefextruder blijft consistent onder die van het tegen-tegenroterende systeem, wat het sterkere distributieve mengvermogen aantoont.
Bij co-roterende dubbele-extrusie draaien beide schroeven in dezelfde richting en genereren ze een sterke afschuiving in de in elkaar grijpende zone. Dit bevordert een frequente materiaaluitwisseling tussen de schroeven, waardoor een meer uniforme distributiemenging ontstaat.
Bij tegen{0}}roterende extrusie wordt daarentegen het meeste materiaal in de C-vormige kamer vastgehouden. Slechts een klein deel komt in het spleetgebied terecht waar afschuiving en rek optreden. De hogere mate van omsluiting vermindert de onregelmatige stroming, maar verlaagt ook de algehele menguniformiteit.
Dispersieve mengprestaties
Dispersief mengen wordt gedefinieerd door de progressieve verkleining van de deeltjesgrootte, voornamelijk veroorzaakt door schuif- en rekspanningen. De maximale schuifspanning die door tracerdeeltjes wordt ervaren weerspiegelt de intensiteit van het dispersieproces. Een groter aandeel deeltjes dat aan hoge afschuiving wordt blootgesteld, duidt op een sterker dispergerend vermogen.
Zoals weergegeven in figuur. 11 vertoont de tegengesteld-roterende dubbele-schroef een hogere waarschijnlijkheidscurve, wat erop wijst dat deze meer deeltjes blootstelt aan verhoogde afschuifniveaus.
Waarschijnlijkheid van maximale schuifspanning
Fig. 12 toont de waarschijnlijkheidsdichtheid van maximale schuifspanning, waarbij de piek het spanningsniveau aangeeft dat het vaakst door de deeltjes wordt ervaren.
De curvekarakteristieken voor beide systemen bevestigen dat de tegen{0}}roterende dubbele-schroef sterkere schuif- en rekkrachten levert, wat resulteert in een superieure dispersieve menging vergeleken met het-meedraaiende ontwerp.
Trek-impacttestanalyse
Figuren. 13 en 14 vatten de resultaten van de trek- en impacttest samen.
Materiaal dat wordt geëxtrudeerd door de mee-roterende dubbele- schroef vertoont een iets hogere treksterkte en rek bij breuk.
Omgekeerd vertonen monsters van het tegen{0}}tegenroterende systeem een marginaal hogere schokenergieabsorptie en slagsterkte.
Trekproefgegevens
Impacttestgegevens
Voordelen van co-roterende dubbele-schroefextruders:
Stabieler stromingsveld, vooral wat betreft drukregeling.
Sterke distributie-mengprestaties met hoge materiaaluniformiteit.
Kortere verblijftijd en hogere transportefficiëntie, ideaal voor warmte-gevoelige formuleringen en minimalisering van thermische degradatie.
Extrudaten vertonen betere trekeigenschappen.
Voordelen van tegen-roterende dubbele-schroefextruders:
Hoger drukopbouwvermogen- (met aandacht voor plaatselijke drukpieken).
Sterkere schuif- en rekeffecten, voor een superieure dispersieve menging.
Langere en bredere verblijftijd-distributie, geschikt voor processen die een langere reactie- of mengtijd vereisen.
Extrudaten vertonen een hogere slagvastheid en een lagere smeltviscositeit als gevolg van uitgebreidere ketensplitsing.