Leitfaden für Twinscrew-Extruder für die Polymerverarbeitung

Meldungsnummer:Die in Absatz 1 genannten Angaben sind zu beachten.

Das Datum:27. Oktober 2024

Vorbereitet von:Expertenteam für die Extrusion von Polymermaterialien

Abstract

Dieser technische Bericht bietet professionelle Anleitungen für Polymerverarbeitungsbetriebe bei der Auswahl der Zwillingschrauben-Extruder.Doppelschrauben-Extruder haben einen direkten Einfluss auf die ProduktqualitätDer Bericht liefert eine eingehende Analyse der Co-rotation und Counter-rotation-Twin-Screw-Extrudern und untersucht deren Arbeitsprinzipien, Eigenschaften,Vorteile, Einschränkungen und Anwendungsbereichen.Der Bericht bietet Auswahlempfehlungen und Zukunftsperspektiven, um Unternehmen bei der Optimierung ihrer Produktionsprozesse und der Verbesserung ihrer Wettbewerbsfähigkeit auf dem Markt zu unterstützen..

Schlüsselwörter

Zwei-Schrauben-Extruder, Co-rotating, Counter-rotating, Polymermaterialien, Weichmachung, Compounding, Füllstoffänderung, Profil-Extrusion, Kabelverbindung, PVC-Verarbeitung, Auswahlführer,technologische Innovation

1Einführung

Polymermaterialien, auch als makromolekulare Materialien bekannt, bilden wesentliche Bestandteile der modernen Industrie mit weitreichenden Anwendungen in Kunststoffen, Gummi, Fasern, Beschichtungen und Klebstoffen.Unter den verschiedenen Verfahren zur Verarbeitung von Polymeren, die Extrusionsformung bleibt die am weitesten verbreitete Technik, die die Plastifizierung und das Schmelzen von Polymermaterialien unter Hitze und Druck durch Schraubdrehung beinhaltet,mit einer Breite von mehr als 20 mm,.

Extruder dienen als Kerngeräte in Extrusionsprozessen, wobei ihre Leistung die Produktqualität, die Produktionseffizienz und die Wirtschaftlichkeit direkt bestimmt.Extruder sind in Ein- und Zweischraubenvarianten eingeteiltIm Vergleich zu Einzelschrauben-Extrudern weisen Zwitschrauben-Extrudern überlegene Misch-, Transport- und Entgasungsfähigkeiten auf und erfüllen so die komplexen Anforderungen der Polymerverarbeitung besser.

Zwei-Schrauben-Extruder werden weiter in Ko- und Gegenschrauben-Konfigurationen unterteilt, die auf der Drehrichtung der Schraube basieren.Diese Konfigurationen weisen erhebliche Unterschiede in den Arbeitsprinzipien auf.Die Auswahl der geeigneten Zwitschrauben-Extruderkonfiguration ist entscheidend, um die Produktionseffizienz zu erhöhen, die Produktqualität zu gewährleisten,und Reduzierung der Betriebskosten.

2Grundprinzipien der Zwillingschrauben-Extruder

Bei den Zwillingsschrauben-Extrudern werden zwei parallele Schrauben verwendet, die sich innerhalb eines Fassens drehen, um Polymermaterialien zu erhitzen, unter Druck zu setzen und zu mischen, bevor sie durch die Stäube extrudiert werden, um gewünschte Formen zu bilden.Der Arbeitsprozess umfaßt mehrere Phasen:

• Fütterungsstadium:Polymermaterialien gelangen durch einen Trommler in den Extruder und werden durch Schraubdrehung in den Lauf gebracht.
• Beförderungsstadium:Durch eine kontinuierliche Schraubdrehung wird das Material voran geführt und gleichzeitig vorwärmt und verdichtet.
• Plastifizierungsstadium:Durch die Beheizung mit dem Fass und die Schraubschere schmilzt und plastisiert das Material allmählich zu einer homogenen Schmelze.
• Mischungsstadium:Spezielle Schraubenmischungen mischen und zerstreuen die Schmelze gründlich, um eine gleichmäßige Verteilung der Bestandteile zu gewährleisten.
• Messphase:Der Messbereich steuert die Schmelzdurchflussrate genau, um eine stabile Leistung zu gewährleisten.
• Extrusionsstadium:Die Schmelze geht durch die Werkstoffe, um Endprodukte zu bilden.

3. Co-rotating Twin-Screw-Extruder

3.1 Arbeitsprinzip

mit einer Leistung von mehr als 50 W und einer Leistung von mehr als 100 W,Schaffung eines kontinuierlichen und gleichmäßigen Materialflusses zwischen Schrauben für effizientes Mischen und PlastifizierenDie Vermischungszone bildet einen "C"-förmigen Kanal, in dem das Material einem intensiven Scheren und einer Verlängerung unterliegt, was zur Dispersion beiträgt.Die gleiche Drehrichtung führt zu einer relativ kurzen Aufenthaltszeit, was der Produktionseffizienz zugute kommt.

3.2 Merkmale und Vorteile

• Hohe Mischeffizienz:Die starke Schere und die Verlängerung in der Vermischungszone erleichtern das gründliche Mischen.die Ko-rotations-Extruder für Anwendungen mit intensiver Mischung und gleichmäßiger Dispersion, wie z. B. Compounding, ideal machen, Füllstoffmodifikation und Färbung.
• Ausgezeichnete Weichmachung:Die effiziente Wärmeübertragung plastisiert Materialien schnell, während eine kürzere Aufenthaltszeit den thermischen Abbau verhindert.
• Hochleistung:Durch einen reibungslosen Materialfluss können schnelle Extrusionsraten erreicht werden, wobei größere Schraubendurchmesser und höhere Geschwindigkeiten die Kapazität weiter erhöhen.
• Einfache Reinigung:Die einfache Schraubstruktur ermöglicht eine schnelle Demontage und Reinigung, wodurch Ausfallzeiten minimiert werden.
• Moduläres Design:Flexible Schrauben- und Fasskonfigurationen passen sich den unterschiedlichen Produktionsanforderungen an.

3.3 Einschränkungen

• Relativ schwache Förderfähigkeit für hochviskose Materialien
• Höherer Energieverbrauch aufgrund der erforderlichen Mischgeschwindigkeiten
• Geringere Materialanpassungsfähigkeit für wärmeempfindliche oder leicht abbaubare Polymere

3.4 Anwendungsbereiche

Co-rotation Extruder sind hervorragend in:

• Polymerverbindungen:Mischen mehrerer Polymere, um Eigenschaften wie Festigkeit, Zähigkeit und Hitzebeständigkeit zu verbessern (z. B. PP/EPR-Mischungen für eine verbesserte Aufprallfestigkeit, PC/ABS-Mischungen für eine bessere Verarbeitbarkeit).
• Änderung des Füllstoffs:Einbeziehung von Füllstoffen (Kalziumcarbonat, Talk) zur Kostensenkung oder zur Änderung der Eigenschaften bei gleichzeitiger Verhinderung der Agglomeration (z. B. CaCO3 in PVC, Talk in PP).
• Färbung:Gleichmäßige Dispersion der Pigmente/Färbemittel für eine gleichbleibende Färbung (z. B. TiO2 in PE, Kohlenstoffschwarz in PP).
• Reaktive Extrusion:Durchführen von Polymerisations-, Verknüpfungs- oder Abbaureaktionen während der Extrusion (z. B. PP-Degradation für einen verbesserten Durchfluss, PE-Verknüpfung für eine verbesserte thermische Stabilität).
• Extrusion von Lebensmitteln:Herstellung von ausgeweiteten Snacks und Tiernahrung durch Mischen, Erhitzen und Formen.

4. Gegendrehende Zwillingschrauben-Extruder

4.1 Arbeitsprinzip

Gegendrehende Extruder verfügen über Schrauben, die sich in entgegengesetzte Richtungen drehen und eine starke Kompressionszone für eine verbesserte Plastifizierung und Beförderung schaffen.Die Vermischungszone bildet einen "D"-förmigen Kanal, in dem das Material einer intensiven Kompression und Schere unterzogen wird, mit längerer Aufenthaltsdauer, was die Weichmachung verbessert.

4.2 Merkmale und Vorteile

• Übergeordnete Beförderung:Eine starke Schubwirkung hilft bei hochviskosen Materialien und Hochdruckanwendungen.
• Ausgezeichnete Weichmachung:Eine intensive Kompression und Schere sorgen für eine gründliche Schmelze.
• Stabiler Druck:Durch minimale Druckschwankungen ist eine präzise Dimensionskontrolle möglich.
• Ideal für PVC:Wirksam verarbeitet die hohe Viskosität und geringe thermische Stabilität von PVC.

4.3 Einschränkungen

• Relativ geringer Mischwirkung, die Hilfsmischvorrichtungen erfordert
• Höherer Energieverbrauch zur Beseitigung der Reibung zwischen den Schrauben
• Strengere Anforderungen an die thermische Stabilität aufgrund der erzeugten Wärme

4.4 Anwendungsbereiche

Gegenrotations-Extruder sind spezialisiert auf:

• Profilextrusion:Herstellung von Fenster-/Türprofilen, Rohren und Blechen mit dimensionaler Genauigkeit.
• Kabelverbindungen:Einheitliche Isolations- und Umhüllungsschichten bilden.
• Blechextrusion:Herstellung von Verpackungen und Dekorationsblättern mit gleicher Dicke.
• PVC-Verarbeitung:Extrudieren von PVC-Rohren, Profilen, Blechen und Filmen, die eine präzise thermische Steuerung erfordern.

5. Leistungsvergleich

6Schlüsselfaktoren für die Auswahl

Bei der Auswahl zwischen Ko- und Gegenrotationskonfigurationen ist eine umfassende Bewertung folgender Aspekte erforderlich:

Materielle Eigenschaften

• Viskosität:Gegenrotation ist bei hochviskosen Materialien hervorragend; Co-rotation eignet sich für Mischanwendungen mit geringer Viskosität.
• Wärmestabilität:Die kürzere Aufenthaltsdauer von Co-rotating ist für wärmeempfindliche Materialien von Vorteil.
• Strömungsmerkmale:Das zwangsgetriebene Transportsystem des Gegenrotators behandelt schlecht fließende Materialien.
• Zusammensetzung:Die intensive Mischung des Co-rotating eignet sich für Mehrkomponenten-Systeme.

Produktanforderungen

• Abmessungsgenauigkeit:Der stabile Druck des Gegenrotators sorgt für Genauigkeit.
• Oberflächenqualität:Eine wirksame Plastifizierung bestimmt die Oberflächenveredelung.
• Mechanische Eigenschaften:Durch gründliches Mischen wird die Stärke und Zähigkeit erhöht.
• Farbgleichheit:Das Co-Rotating sorgt für eine überlegene Farbdispersion.

Produktionsaufgaben

• Leistungsanforderungen:Bei der großen Produktion sind zuverlässige, leistungsstarke Extruder erforderlich.
• Automatisierungsgrad:Fortgeschrittene Steuerungssysteme reduzieren den Arbeitsbedarf.
• Linienplanung:Die Ausrüstungsmaße und die Installation müssen dem Produktionsraum entsprechen.

Wirtschaftliche Faktoren

• Erste Investition:Die Leistungsbedürfnisse mit den Haushaltsbeschränkungen in Einklang bringen.
• Betriebskosten:Berücksichtigen Sie die Anforderungen an Energieeffizienz und Wartung.
• ErsatzteileBewertung der Verfügbarkeit und der Preisgestaltung von Ersatzteilen.

Lieferantenbewertung

Wählen Sie seriöse Lieferanten mit starker technischer Unterstützung und Service-Fähigkeiten aus.

7Technologische Innovationen

Zu den jüngsten Fortschritten in der Twin-Screw-Extruder-Technologie gehören:

Optimierung des Schraubendesigns

• Neuartige Geometrien (Trennschrauben, Barrieren, Mischschrauben)
• Schrauben mit variablem Schrägstand für ein verstellbares Förder-/Komprimierungswerk
• Schrauben für flexible Konfigurationen

Upgrades des Steuerungssystems

• PLC-basierte Automation
• Touchscreen-Schnittstellen
• Echtzeitüberwachung der Parameter

Energieeffizienz

• Hochleistungsmotoren
• Intelligente Temperaturregelung
• Wärmerückgewinnungssysteme

Intelligente Fertigung

• IoT-fähige Fernüberwachung
• KI-gestützte Fehlerdiagnose
• Selbstoptimierende Steuerungen

8. Fallstudien

8.1 Auswahl der Polymerverbindungslinie

Szenario:Ein Kunststoffhersteller benötigte eine Linie für hochfeste PP-Verbindungen für Automobilbauteile.

Analyse:Die PP/Kautschukmischung erforderte eine intensive Mischung zur gleichmäßigen Dispersion, um die erforderlichen mechanischen Eigenschaften bei einer Jahreskapazität von 5.000 Tonnen zu erreichen.

Empfehlung:Der mit präziser Temperaturregelung ausgestattete Co-rotating-Extruder wurde wegen seiner überlegenen Mischfähigkeit und des thermischen Managements ausgewählt.

8.2 Herstellung von PVC-Kabelverbindungen

Szenario:Ein Kabelhersteller benötigte Ausrüstung für PVC-Dämmung/Verschleierung mit einer Jahresleistung von 10.000 Tonnen.

Analyse:Da PVC eine hohe Viskosität und Wärmeempfindlichkeit aufweist, ist ein starker Transport und eine präzise Temperaturkontrolle erforderlich.

Empfehlung:Der gegenläufige Extruder wurde wegen seiner Förderleistung und seiner stabilen Verarbeitung von PVC ausgewählt.

9Schlussfolgerungen und Empfehlungen

Co-rotative und Counter-rotative Zwitschraub-Extruder dienen jeweils unterschiedlichen Anwendungen:

• Ko-Rotation:Vorzugsweise für Materialien mit geringer Viskosität, die eine intensive Mischung erfordern (Verbindung, Modifikation des Füllstoffs, Färbung).
• Gegenrotation:Ideal für hochviskose Materialien, die eine starke Beförderung erfordern (Profile, Kabel, PVC).

Die Auswahl erfordert eine ausgewogene Berücksichtigung der Materialeigenschaften, der Produktspezifikationen, des Produktionsmaßstabs und der wirtschaftlichen Faktoren unter Einbeziehung technologischer Fortschritte.

10. Zukunftsperspektiven

Die Entwicklung von Zwitschraubextrudern wird sich auf folgende Bereiche konzentrieren:

• Verbesserte Leistung:Verbessertes Mischen, Verplastern und Verleiten von fortschrittlichen Materialien.
• Intelligente Fertigung:Integration mit Industrie 4.0-Technologien für vorausschauende Wartung und Optimierung.
• Nachhaltigkeit:Energieeffiziente Konstruktionen und umweltfreundliche Materialien.
• Modularität:Flexible Konfigurationen für unterschiedliche Produktionsanforderungen.