2.2.7. Общее устройство и работа двухчервячного экструдера

Появление и все более широкое применение многочервячных машин связано с некоторыми существенными недостатками одночервячных экстру-деров:

1. Невозможность создавать режимы высоких давлений без уменьшения обьемной производительности экструдера;

2. Невозможность регулирования спектра времен пребывания материала в экструдере;

3. Отсутствие сильно выраженного градиента скорости сдвига перерабатываемого материала, необходимого для перемешивания и гомогенизации;

4. Неспособность создавать непрерывно обновляющиеся эффективные поверхности перерабатываемого материала для осуществления процесса массопередачи. Кроме того. при загрузке одночервячных экструдеров крошкой и мелкодисперсным порощком с низкой насыпной массой, а также расплавом или пастой, прилипающей к червяку, транспортирование материала. как правило, либо неудовлетворительное, либо вовсе отсутствует.

Несомненными преимуществами многочервячных экструдеров наиболее распространенными из которых являются двухчервячные, являются хороший захват исходного продукта в зоне питания независимо от формы сырья, принудительное продвижение материала к формующему инструменту, взаимная самоочистка червяков.

Различие в принципах работы двух- и одночервячной машин связано с разными механизмами создания давления в перерабатываемом материале. Если у одночервячного экструдера давление развивается благодаря вязкому течению, вызванному относительным движением червяка в цилиндре, то у двухчервячных экструдеров – за счет выжимающего действия витка сопряженного червяка. Способность к развитию давления о одночервячного экструдера определяется глубиной винтового канала (точнее величиной ), в то время как у двухчервячного – геометрической степенью замкнутости винтового канала, котлорая определяется по формуле :

где е – ширина гребня,

t – шаг винтовой нарезки,

i – число заходов.

Величина показывает, какая часть сечения канала перекрывается и характеризует принудительность транспортирования перерабатываемого материала к формующему инструменту экструдера и способность червяка развивать давление.

Кинематическая схема двухчервячного экструдера приведена на рис. 81. Червяки приводится во вращение от электродвигателя 7 с бесступенчатым регулированием частоты вращения. Вал электродвигателя муфтой соединен с быстроходным валом трехступенчатого редуктора 6. Выходной (тихоходный) вал редуктора цепной передачей 5 и зубчатыми колесами 4 через жесткую муфту 3 связан с червяками 2. Основными конструктивными элементами двухчервячного экструдера являются материальный цилиндр 1, червяки 2, подшипниковый узел 8, коробка скоростей и электродвигатель 7. Перерабатываемый материал подается через загрузочную воронку 9.

Рис. 82

Рабочими органами двухчервячной машины (рис. 82) являются цилиндр 1, имеющий два цилиндрических канала с параллельными осями, в которых размещены червяки 2 и 3, находящиеся во взаимном зацеплении (рис. 83, а).

Рис. 83

Принципиальным отличием от одночервячных машин является то, что винтовой канал каждого из червяков оказывается раздаленным на цепочку практически изолированных друг от друга С–образных объемов. Материал попадает из загрузочной воронки в такой объем, например в объем 4, показанный отдельно на рис. 83, б, образованный поверхностью цилиндра 1, поверхностями 5, 6 и 7 сердечника и боковых стенок нарезки вращающегося червяка 2, а также цилиндрическими поверхностями 8 и 8 гребня нарезки другого червяка 3, вращающегося в противоположную сторону. Если боковые 9 и радиальные 10 зазоры между нарезками червяков минимальны. То материал, попав в эту С–образную секцию, транспортируется при вращении червяков, все время оставаясь в ней; перетекание в соседние секции через указанные зазоры и зазор 11 между гребнем и цилиндром минимально. Таким образом, за один оборот червяков в головку из цилиндра подается независимо от давления в ней объем расплава, равный двум объемам С–образной секции; неконтролируемые пульсации давления практически не оказывают влияния на производительность машины.

Жесткость напорно-расходовой характеристики одночервячных машин сильно уменьшается с ростом глубины канала (см. формулы для определения производительности зон питания и дозирования), поэтому канал выполняется мелким. Производительность же мелких червяков относительно невелика. У двухчервячных машин жесткость характеристики не зависит от глубины канала, поэтому в целях увеличения производительности канал выполняют максимально глубоким. Теплогенерация за счет работы деформирования пропорциональная квадрату скорости сдвига, во много раз меньше в глубоких каналах. По этой причине прогрев в двухчервячных машинах осуществляется преимущественно за счет теплообмена с горячей стенкой цилиндра. Температура материала не превышает температуры цилиндра, управление же последней не составляет труда.

Практически полное выдавливание расплава из С–образных секций в головку обеспечивает равенство времен пребывания материала в которых очень широк.

Таким образом, при переработке на двухчервячных машинах возможен точный, надежный контроль за максимальной температурой и временем воздействия ее на полимер; это особенно важно при переработке полимеров с низкой термостабильностью.

Их рассмотренного очевидны следующие области эффективного применения двухчервячных машин: экструзия высоковязких нетермостабильных материалов (например, непластифицированного поливинилхлорида); экструзия рыхлых порошкообразных материалов; гомогенизация предварительно смешанных композиций на основе порошковых полимеров; переработка материалов, подаваемых в машину в состоянии расплава; экструзия особо точных изделий.