ツインスクリュー押出機のスクリューエレメントが溶融、混合、加工安定性に与える影響

多くのツインスクリュー押出機ユーザーに共通する現象が見られます。機械を購入した後、長年の使用を経ても、スクリュー構成は工場出荷時のまま全く変更されないままです。

新しい材料が導入され、新しい配合が開発され、顧客の要求が変化しても、スクリュー構成は変更されません。機械は依然として生産を続けることができますが、プロセスがスムーズに、一貫して、そして安定した品質で実行されているかどうかは別の問題です。

今日は、ツインスクリュー押出機のスクリューエレメントの6つの主要な機能ゾーンの背後にある論理を分解し、スクリュー構成の最適化のための実践的な参照を提供します。1.フィーディングゾーン

フィーディングゾーンには1つの主な責任があります。それは、さまざまな形態の材料がスクリューにスムーズかつ一貫して供給されることを保証することです。

粉末はブリッジングしやすく、繊維材料は供給中に絡まる可能性があります。一般的な解決策は、大ピッチの前方搬送押出機スクリューエレメントを使用することです。より大きなスクリューフライト容積とより広いチャンネルは、さまざまな種類の材料が押出システムに効果的に入るための十分なスペースを提供します。

この原則は、下流のフィーディングポートのすぐ下にあるセクションにも当てはまります。大ピッチのスクリューエレメントは、上流セクションで低い充填度を維持し、追加の材料を導入するための十分な自由容積を残します。溶融ゾーンに入る前に粉末材料が適切に圧縮されない場合、問題が発生します。材料内部の空気が閉じ込められると、不完全な溶融、不十分な分散、および不安定な加工につながる可能性があります。

このゾーンの主な機能は、緩い材料を圧縮された固体ベッドに変換することです。スクリュー構成は「永遠に固定」されるべきではありませんただし、圧縮率は慎重に制御する必要があります。比較的低いバレル温度でペレットを加工する場合、過度に積極的なピッチ削減は過度の充填を引き起こし、押出機を過負荷にする可能性があります。

3.溶融・可塑化ゾーン

溶融ゾーンの目的は、不要な熱入力なしに、制御された温度条件下で完全かつ均一な溶融を達成することです。

ツインスクリュー押出では、追加の熱のほとんどは、スクリュー回転とせん断によって生成される機械的エネルギーから供給されます。したがって、溶融セクションには、以下のようなさまざまな種類の押出機スクリューエレメントを含める必要があります。

ニーディングブロック内部ミキサーローター設計に触発された特殊な非標準混合エレメント

これらのエレメントは、慎重に選択された軸方向の位置に配置され、上流の前方搬送エレメントと効果的に組み合わされる必要があります。

溶融ゾーン設計の性能は、機械的せん断エネルギーを溶融エネルギーにどれだけ効率的に変換するかによって評価されるべきです。

ツインスクリュー押出機のスクリューエレメントのうまく設計された組み合わせにより、材料は不要な温度上昇なしに迅速かつ完全に溶融します。目標は、単に溶融温度を上げることでエネルギーを浪費するのではなく、溶融に使用されるエネルギーを最大化することです。

溶融ゾーンでの過度の温度勾配を避けるために、せん断エレメントと搬送エレメントは交互に配置されることが多く、エネルギー入力をスクリュー長に沿って徐々に分散させることができます。ベントポートからの材料のオーバーフローは、ツインスクリュー押出で遭遇する最も一般的な問題の1つです。

• 通常、2つの主な理由があります。
• 1.ベントセクション前のシーリングが不十分
• ベントセクションの上流で溶融圧力が適切に構築されていない場合、材料はスクリューチャンネルを通ってベントポートに向かって流れ続ける可能性があります。

解決策は、ベントゾーンの前に逆搬送スクリューエレメントまたは逆ニーディングブロックを追加して、シーリング効果を作成し、十分な圧力を構築することです。

2.ベントゾーンでの過充填

脱ガス領域のスクリューチャンネルが過充填されている場合、ガスは効率的に逃げることができません。代わりに、圧力が溶融材料をベント開口部に押し付けます。5.溶融搬送ゾーン

溶融搬送セクションの主な目的は、圧力構築と材料をダイに供給することです。

圧力は、完全に充填されたスクリューセクションでのみ生成できます。完全な充填がない場合、安定した圧力を達成することはできません。

ツインスクリュー押出機のスクリューエレメントの圧力構築能力は、主に以下に依存します。

スクリューピッチ

スクリューフライト数

圧力構築セクションの長さ

圧力生成は必然的に追加の温度上昇を引き起こすため、圧力構築セクションはできるだけ短くする必要があります。目標は、不要なエネルギー入力を最小限に抑えながら、可能な限り短い距離で必要な圧力を達成することです。スクリュー構成は「永遠に固定」されるべきではありません6.混合ゾーン

混合はツインスクリュー押出機の最も重要な機能の1つです。

理解すべき重要な点は、ポリマーブレンドの溶融プロセス中に、分散相のサイズが劇的に減少することです。初期の粒子または粉末材料は、ミリメートルスケールから溶融後に数十ミクロンに急速に減少します。

ポリマーシステムが完全に溶融すると、分散相のサイズのさらなる減少ははるかに制限されます。混合スクリューエレメントの選択は、加工目的に依存します。

ポリマーブレンドの場合、通常は分散混合と分散混合のバランスに焦点が当てられます。

フィラー改質の場合、設計はフィラー分散、せん断強度、および材料劣化のリスクを考慮する必要があります。

ニーディングブロックの数、角度、および配置は、特定の配合と加工要件に従って最適化する必要があります。

ツインスクリュー押出機スクリューエレメント点検チェックリスト機能ゾーン

• 自己チェック質問
• フィーディングゾーン
• 粉末ブリッジングが発生していますか？繊維材料はスムーズに供給されていますか？

固体搬送ゾーン

材料の圧縮は効果的ですか？ピッチ遷移は適切ですか？

溶融・可塑化ゾーン

溶融温度は異常に高いですか？せん断エレメントの配置は最適化されていますか？

脱ガスゾーン

上流のシーリングは十分ですか？ベントセクションは過充填されていますか？

溶融搬送ゾーン混合ゾーン

現在のスクリューエレメント構成は改質プロセスと一致していますか？スクリュー構成は「永遠に固定」されるべきではありません装置メーカーが供給する元のスクリュー構成は、通常、一般的な加工条件用に設計されています。

• しかし、各メーカーは異なる材料を加工し、異なる配合を使用し、異なる製品要件を持っています。
• したがって、ツインスクリュー押出機のスクリューエレメントは、固定構成と見なされるべきではありません。搬送エレメント、ニーディングブロック、逆エレメント、および混合エレメントの適切な選択と組み合わせにより、スクリュー構成は特定のアプリケーションに合わせて最適化できます。

うまく設計された押出機スクリューエレメント構成は、以下を改善できます。

溶融効率

混合品質