Guida alla progettazione dell'elemento vite dell'estrusore a doppia vite

Ti sei mai chiesto cosa fa funzionare le macchine per l'estrusione di plastica? Un componente cruciale è il vite dell'estrusore, il cuore delle prestazioni della macchina! Queste viti non sono semplici aste; sono assemblate da vari componenti specializzati elementi della vite dell'estrusore come i tipi di trasporto, taglio e miscelazione. Pensateli come elementi costitutivi, ognuno con una funzione specifica: alcuni sono dotati di teste singole, doppie o persino triple, che influenzano il modo in cui le materie plastiche vengono miscelate, amalgamate e composte.

Tra i diversi tipi di estrusore, il estrusore bivite corotante interdentale è un vero cavallo di battaglia nel settore delle materie plastiche. Quindi, iniziamo! In questo articolo, il tuo partner di fiducia, Rumtoo (produttore e fornitore leader di macchine per estrusione ed elementi a vite), vi guiderà attraverso i vari elementi a vite comunemente utilizzati in queste macchine e vi spiegherà come influenzano il processo di estrusione della plastica. Pronti a scoprire?

Conoscere: Estrusori a doppia vite co-rotanti interconnessi

Le viti di questi popolari estrusori presentano alcune caratteristiche chiave che li rendono così efficaci:

Rotazione parallela e nella stessa direzione: Le due viti ruotano parallelamente nella stessa direzione. Questo crea un'azione di taglio uniforme tra le filettature (volanti) e la parete del cilindro. L'intensità di questo taglio può essere regolata con precisione scegliendo specifiche combinazioni di elementi della vite e regolandone la spaziatura.
Superba azione di miscelazione: Grazie al loro design geometrico e al movimento corotante, queste viti eccellono nella distribuzione e miscelazione dei materiali: perfette per la miscelazione! Man mano che il materiale entra e si ammorbidisce, le viti lavorano insieme in modo unico. Nel punto in cui si ingranano, una vite tira il materiale nell'intercapedine mentre l'altra lo spinge fuori, facendo sì che il materiale si muova tra le viti seguendo uno schema a "∞". Questo crea elevate velocità relative, ideali per una miscelazione e un'omogeneizzazione accurate. Inoltre, l'intercapedine molto stretta nella zona di ingranamento garantisce un'elevata forza di taglio, che porta a una plastificazione uniforme.
Centrale elettrica di elaborazione reattiva: Questi estrusori non sono semplici miscelatori; possono fungere da reattori chimici dinamici! Una volta fusi all'interno del cilindro, i materiali possono subire diverse reazioni chimiche, come la polimerizzazione o l'innesto. Questa capacità, nota come estrusione reattiva, viene utilizzata per creare nuovi polimeri, modificare quelli esistenti (come le poliolefine), funzionalizzare i polimeri per migliorarne le proprietà o la compatibilità e miscelare materiali diversi. Comprende anche modifiche fisiche come il riempimento, la compoundazione, la tempra e il rinforzo delle materie plastiche.
Progettazione modulare a “blocchi di costruzione”: È disponibile un'ampia varietà di elementi a vite: elementi di trasporto, blocchi impastatori (per il taglio), elementi di miscelazione, elementi a filettatura inversa (per aumentare la pressione o il tempo di miscelazione) e altro ancora. Come i mattoncini giocattolo, questi elementi possono essere disposti e combinati sull'albero della vite in base alle esigenze specifiche del materiale e del processo. Questa modularità consente di progettare viti ottimizzate e su misura per diverse formulazioni.

Scopri i blocchi costitutivi: tipi di elementi a doppia vite

In generale, in base alla loro struttura e funzione, gli elementi a coclea più comuni rientrano in queste categorie principali: elementi di trasporto, elementi di taglio ed elementi di miscelazione/dispersione. Analizziamoli uno per uno.

(1) Elementi di trasporto: i motori

Gli elementi di trasporto sono progettati principalmente per spostare il materiale lungo il cilindro dell'estrusore. Sono disponibili in due tipologie principali: trasporto in avanti (spostamento del materiale verso l'uscita dell'estrusore) e trasporto inversoGli elementi inversi spingono il materiale all'indietro, agendo come una diga temporanea. Questo aumenta il tempo di residenza del materiale, migliora il grado di riempimento dei canali della vite (grado di riempimento), aumenta la pressione e aumenta significativamente l'efficacia della miscelazione.

Le caratteristiche progettuali chiave per gli elementi di trasporto includono la profondità del canale, il passo (la distanza percorsa dalla filettatura della vite in una rotazione), lo spessore della filettatura e il gioco (spazio tra vite e cilindro), come illustrato nella Figura 1. Il loro compito principale è il trasporto, quindi il materiale di solito li attraversa in modo relativamente rapido. Guida È probabilmente il fattore più critico in questo caso. Un piombo più grande significa una maggiore produttività (più materiale estruso all'ora) e tempi di residenza più brevi, ma potenzialmente una miscelazione meno accurata.

Diagramma che mostra gli elementi di trasporto di una vite di estrusione con etichette per diametro, passo e passo — Figura 1: Caratteristiche principali degli elementi di trasporto.

Ecco quando in genere vengono utilizzate diverse dimensioni di piombo:

Grandi elementi di piombo: Utilizzato quando è prioritaria un'elevata produttività, per materiali sensibili al calore che richiedono un tempo di permanenza nel cilindro minimo (per evitare la degradazione) e spesso posizionato vicino alle porte di sfiato (zone di degasaggio) per massimizzare la superficie del materiale e ottenere una migliore rimozione delle sostanze volatili.
Elementi di piombo medio: Scelto quando è necessario un equilibrio tra trasporto e miscelazione. Spesso utilizzato in sequenze in cui il piombo diminuisce gradualmente per aumentare delicatamente la pressione.
Piccoli elementi di piombo: Utilizzato principalmente nella zona di fusione per creare pressione, migliorare l'efficienza di fusione, aumentare l'intensità di miscelazione e migliorare la stabilità complessiva dell'estrusione.

(2) Elementi di taglio: gli impastatori

Elementi di taglio, comunemente noti come blocchi per impastare, sono i centri di potenza per la miscelazione intensiva. Applicano elevate forze di taglio e sono eccellenti sia nella distribuzione (separazione dei componenti) che nella dispersione (scomposizione degli agglomerati) dei materiali. I parametri chiave sono il numero di lobi o "teste", lo spessore di ciascun blocco e l'angolo di sfalsamento tra blocchi adiacenti (vedere Figura 2). Sono tipicamente utilizzati in gruppi. L'angolo tra i blocchi influenza il modo in cui il materiale scorre attraverso di essi. La stretta interazione tra i blocchi sulle due coclee crea un effetto "disco di macinazione", forzando la miscelazione e lo scambio del materiale. Quando più blocchi vengono combinati, possono formare un angolo a spirale netto, contribuendo a spostare il materiale assialmente e a miscelarlo intensamente.

Diagramma che illustra gli elementi di taglio (blocchi di impastamento) di una vite di estrusione, che mostra l'angolo di sfalsamento e lo spessore — Figura 2: Elementi di taglio (blocchi di impasto) che mostrano l'angolo di sfalsamento (α) e lo spessore (t).

Diamo un'occhiata ai parametri:

Angolo di sfalsamento (α): Gli angoli più comuni sono 30°, 45°, 60° e 90°. Per i blocchi sfalsati in avanti (che favoriscono l'avanzamento del materiale), un angolo maggiore generalmente comporta una minore capacità di trasporto. Ciò aumenta il tempo di residenza e migliora la qualità della miscelazione. I blocchi sfalsati in senso inverso ostacolano il flusso in avanti, aumentando significativamente la pressione e l'intensità della miscelazione.
Spessore (t): Tipicamente varia da 7 a 19 mm, a seconda dell'applicazione. Lo spessore influisce sull'intensità del taglio e sul tipo di miscelazione. I blocchi più spessi generano più taglio, ma potrebbero avere un'efficienza di miscelazione distributiva leggermente inferiore rispetto ai blocchi più sottili, che spesso offrono una migliore miscelazione distributiva.

Sia gli elementi di trasporto che quelli di taglio variano anche in base al numero di teste (o lobi) – in genere modelli a testa singola, doppia o tripla (Figura 3).

Esempi di elementi di taglio a testa singola, a testa doppia e a testa tripla — Figura 3: Esempi di elementi a vite a testa singola, doppia e tripla.

Il numero di teste influenza le prestazioni: per gli elementi ad azione diretta, un numero maggiore di teste comporta generalmente una minore capacità di trasporto, una minore generazione di coppia per unità di volume, potenzialmente una minore miscelazione distributiva, ma una maggiore intensità di taglio. Per gli elementi ad azione inversa, un numero maggiore di teste può comportare una *maggiore* capacità di trasporto all'indietro (barriera più resistente) e una minore miscelazione distributiva.

Elemento a vite a testa singola

Offre la massima efficienza di trasporto (per canale) e la sua spirale più spessa riduce al minimo le perdite di materiale (riflusso). Presenta un volume aperto complessivo inferiore rispetto ai modelli multitesta.

Elemento a vite a doppia testa

La scelta standard e versatile per le bivite corotanti. Genera meno taglio rispetto agli elementi a tripla testa. Comunemente utilizzato per l'alimentazione di solidi, il trasporto del fuso e le zone di degasaggio. Noto per il riscaldamento uniforme e le buone proprietà autopulenti.

Elemento a vite a tripla testa

Offre un taglio più elevato, rendendolo ideale per fusione, dispersione e miscelazione intensiva. Consente un controllo più flessibile sulla distribuzione di pressione e temperatura nel cilindro. Può produrre eccellenti effetti di degasaggio, ma in genere si traduce in una resa inferiore rispetto agli elementi a doppia testa con lo stesso piombo.

(3) Elementi di miscelazione: gli omogeneizzatori

Gli elementi di miscelazione spesso si riferiscono a elementi dentati (che possono avere denti/scanalature dritti o elicoidali ricavati nelle punte delle spire della vite), come mostrato in Figura 4. Lo scopo principale di queste scanalature è quello di creare connessioni tra i canali adiacenti della vite, favorendo lo scambio di materiale tra di essi. Ciò favorisce l'omogeneizzazione del fuso e migliora la miscelazione longitudinale (lungo l'asse della vite). Poiché la spira della vite è interrotta da scanalature, questi elementi hanno capacità di trasporto e di creazione di pressione leggermente ridotte. Tuttavia, ciò aumenta anche il livello di riempimento all'interno dei canali della vite e prolunga il tempo di residenza del materiale in quella sezione.

Esempi di elementi di miscelazione dentati per viti di estrusione — Figura 4: Esempi di elementi di miscelazione (elementi dentati con scanalature dritte o elicoidali).

Il numero, la forma e la disposizione dei denti (o scanalature) sono parametri di progettazione chiave. La forma dei denti serve principalmente a interrompere il flusso del materiale, accelerando l'omogeneizzazione. Un numero maggiore di denti comporta generalmente un effetto di miscelazione più pronunciato. Tuttavia, è fondamentale, sia in fase di progettazione che di funzionamento, evitare un taglio eccessivo che potrebbe danneggiare le molecole polimeriche.

Mettere tutto insieme: combinazione di elementi a vite

Una configurazione completa della vite di estrusione è in genere suddivisa in sezioni o zone funzionali, ciascuna progettata per un compito specifico. Un layout comune include cinque sezioni principali (Figura 5):

Illustrazione che mostra le cinque sezioni funzionali tipiche di un gruppo vite di estrusione — Figura 5: Le cinque sezioni funzionali tipiche di un gruppo vite di estrusione.

1. Sezione di trasporto (zona di alimentazione)

Obiettivo: Trasporta in modo affidabile materiale solido (pellet o polvere) dalla tramoggia di alimentazione all'estrusore, impedendo al materiale di ristagnare nell'apertura di alimentazione.

Elementi tipici: Grandi elementi di trasporto in piombo (spesso a doppia testa).

2. Sezione di fusione (zona di transizione)

Obiettivo: Fondere completamente e uniformemente il materiale solido tramite il trasferimento di calore dal cilindro e il calore di attrito generato dal taglio.

Elementi tipici: Piccoli elementi di trasporto in piombo, spesso abbinati a blocchi impastatori (elementi di taglio) per un apporto energetico efficiente.

3. Sezione di missaggio

Obiettivo: Garantire una miscelazione e omogeneizzazione accurata di singoli o più componenti (ad esempio, polimero + additivi, polimeri diversi). Può comportare una miscelazione distributiva (distribuzione uniforme dei componenti) e una miscelazione dispersiva (disgregazione di agglomerati o goccioline).

Elementi tipici: Combinazioni di blocchi impastatori (di vari spessori e con angolazioni diverse) ed elementi di miscelazione specializzati (come elementi dentati). In questo caso, si potrebbero utilizzare elementi di trasporto inversi per aumentare il tempo di residenza e l'intensità di miscelazione.

4. Sezione di degasaggio (zona di sfiato)

Obiettivo: Rimuove umidità, aria intrappolata, monomeri, oligomeri o altre impurità volatili dal fuso per migliorare la qualità del prodotto finale. Richiede che i canali della vite siano riempiti solo parzialmente in questa zona.

Elementi tipici: Grandi elementi di trasporto in piombo (spesso con canali più profondi) per massimizzare l'esposizione superficiale sotto vuoto. Spesso preceduti da una guarnizione di fusione (ad esempio, un elemento invertito o un piccolo elemento in piombo) per prevenire perdite di vuoto.

5. Sezione di omogeneizzazione e dosaggio (zona di trafilatura)

Obiettivo: Convogliare il materiale fuso completamente miscelato verso la filiera, creare una pressione sufficiente e stabile per l'estrusione, omogeneizzare ulteriormente la temperatura del materiale fuso e garantire una velocità di uscita costante.

Elementi tipici: Piccoli elementi di trasporto in piombo per generare pressione in modo affidabile. Talvolta includono elementi di miscelazione delicati per l'omogeneizzazione della temperatura finale.

In sintesi

Come abbiamo visto, gli elementi della vite e la loro disposizione sono assolutamente vitali nel determinare le prestazioni di un estrusore bivite. La giusta combinazione garantisce un trasporto, una fusione e una miscelazione efficienti e un output stabile, su misura per materiali e applicazioni specifiche.

A Macchinari Rumtoo Sfruttiamo la nostra profonda competenza tecnica e la continua innovazione nella tecnologia di estrusione per fornire a clienti come voi soluzioni di estrusione bivite ad alte prestazioni. Le nostre macchine sono progettate per soddisfare i severi requisiti di precisione ed efficienza della moderna industria di lavorazione delle materie plastiche, grazie a eccellenti capacità di miscelazione, un controllo preciso del fuso e prestazioni di trasporto stabili. Selezionando e disponendo accuratamente gli elementi della vite, insieme a tecnologie di produzione e scienza dei materiali all'avanguardia, garantiamo ai nostri estrusori affidabilità e durata in diverse condizioni di processo. Il nostro impegno va oltre la tecnologia all'avanguardia; si concentra sul controllo qualità e su un servizio di assistenza dedicato.

Non vediamo l'ora di collaborare con voi per promuovere l'innovazione e il successo nelle vostre attività di lavorazione della plastica!

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