Jednoskrętowe i dwustrętowe wytłaczacze

Wyobraź sobie taki scenariusz: Firma produkująca tworzywa sztuczne planuje zwiększyć produkcję i potrzebuje zakupić nowe urządzenia do wytłaczania. Stojąc przed szeroką gamą wytłaczarek na rynku, kierownik staje przed dylematem: Wytłaczarki jednoślimakowe są przystępne cenowo i łatwe w obsłudze, ale wydają się pozbawione możliwości mieszania. Wytłaczarki dwuślimakowe oferują lepsze mieszanie i szersze zastosowanie, ale wiążą się z wyższymi kosztami i bardziej złożoną konserwacją. Która wytłaczarka lepiej odpowiada rzeczywistym potrzebom firmy? Jest to częste wyzwanie, przed którym staje wielu przetwórców tworzyw sztucznych przy wyborze sprzętu.

Jak sama nazwa wskazuje, wytłaczarki dwuślimakowe posiadają dwa ślimaki wewnątrz cylindra. W porównaniu do wytłaczarek jednoślimakowych, konstrukcje dwuślimakowe oferują większą elastyczność – ślimaki mogą być stożkowe lub równoległe, obracać się w tym samym (współbieżnie) lub przeciwnych (przeciwbieżnie) kierunkach, i mieć różne stopnie zazębiania. Ta wszechstronność pozwala wytłaczarkom dwuślimakowym dostosować się do szerszego zakresu materiałów i wymagań procesowych.

Zasada działania wytłaczarek dwuślimakowych jest podobna do modeli jednoślimakowych: Materiał wchodzi do cylindra przez zasyp, a obrót ślimaków przesuwa go do przodu. W trakcie tego procesu materiał jest ściskany, podgrzewany, topiony i równomiernie mieszany, tworząc jednorodną masę. Jednak wytłaczarki dwuślimakowe przewyższają swoje jednoślimakowe odpowiedniki w transporcie materiału, mieszaniu i plastyfikacji.

Zazwyczaj wytłaczarki dwuślimakowe równoległe dzielą przetwarzanie materiału na cztery kluczowe etapy:

• Etap transportu: Ta faza skupia się na stabilnym transporcie materiału, monitorując potencjalne zatory, aby zapewnić płynne przejście do kolejnych etapów.
• Etap topnienia: Tutaj materiał całkowicie się topi pod wpływem ogrzewania cylindra i sił ścinających ślimaka, przechodząc wstępne mieszanie. Jednorodność i szybkość topnienia bezpośrednio wpływają na późniejszą plastyfikację i jakość produktu.
• Etap plastyfikacji: Rdzeń wytłaczania dwuślimakowego, ten etap dalej topi i miesza materiał, kładąc nacisk na równomierne rozprowadzenie i drobne mieszanie dla optymalnej plastyfikacji. Konstrukcja ślimaka i ustawienia parametrów są kluczowe.
• Etap wyciskania: Materiał jest zagęszczany, sprężany przez transport ślimakowy i ostatecznie wytłaczany przez dyszę. Ta faza zapewnia gęstość i jednorodność materiału dla stabilnego dopływu masy do dalszego formowania.

Dzięki wyjątkowej zdolności mieszania, precyzyjnej kontroli procesu, wysokiej wydajności i wszechstronności, wytłaczarki dwuślimakowe są szeroko stosowane w wytłaczaniu tworzyw sztucznych, w tym:

• Komponowanie: Mieszanie polimerów, wypełniaczy i dodatków w celu stworzenia specjalistycznych tworzyw sztucznych o dostosowanych właściwościach. Wytłaczarki dwuślimakowe zapewniają wydajne, jednorodne mieszanie dla spójnej modyfikacji.
• Wytłaczanie PET: Przetwarzanie politereftalanu etylenu (PET) do produkcji butelek, arkuszy itp., przy jednoczesnej kontroli degradacji w celu poprawy jakości produktu.
• Bezpośrednie wytłaczanie arkuszy: Produkcja arkuszy tworzyw sztucznych bezpośrednio z surowców, bez pośredniego granulowania, zapewniając stałą grubość i jakość powierzchni.
• Wytłaczanie pianek: Produkcja spienionych wyrobów z tworzyw sztucznych (np. paneli, profili) z precyzyjnym wprowadzaniem środka spieniającego i równomiernym rozprężaniem.

Wytłaczarki jednoślimakowe, posiadające tylko jeden ślimak w cylindrze, są znane z niezawodności, trwałości, prostoty i przystępności cenowej. Typowe modele mają średnice ślimaka od 25 do 150 mm (1-6 cali) i stosunek długości do średnicy (L/D) od 20 do 30, przy czym najczęściej spotykany jest stosunek 24.

Ich działanie jest proste: Materiał stały wchodzi przez zasyp, a obrót ślimaka przesuwa go do przodu. Ciepło cylindra i ścinanie mechaniczne przekształcają ciało stałe w jednorodną masę do wytłaczania przez dyszę. Wytłaczarka jednoślimakowa składa się z trzech głównych systemów:

• System wytłaczania: Rdzeń maszyny, składający się z systemu podawania, ślimaka, głowicy, dyszy i cylindra, przekształca polimer stały w jednorodną masę. Ślimak jest sercem tego procesu.
• System napędowy: Zazwyczaj obejmuje silnik, przekładnię i łożyska, aby zapewnić wymaganą prędkość obrotową ślimaka i moment obrotowy. Stała prędkość obrotowa ślimaka zapewnia spójność produktu, chociaż regulowane prędkości (10-100 obr./min) pozwalają na dostosowanie do różnych materiałów.
• System ogrzewania/chłodzenia: Kluczowy dla utrzymania optymalnych temperatur. Ogrzewanie elektryczne (indukcyjne lub rezystancyjne) podgrzewa cylinder, podczas gdy chłodzenie wodą lub powietrzem zapobiega przegrzaniu, które mogłoby zdegradować tworzywo.

Transport materiału opierający się głównie na tarciu ogranicza wydajność podawania, utrudniając wprowadzanie włókien szklanych, wypełniaczy nieorganicznych lub proszków. Ponadto, transport, pompowanie, topienie i mieszanie odbywają się jednocześnie i wzajemnie od siebie zależnie, co komplikuje kontrolę procesu i zmniejsza wydajność – zwłaszcza pod wysokim ciśnieniem. Niemniej jednak, wytłaczarki jednoślimakowe nadają się do specyficznych zastosowań:

• Podstawowe komponowanie: Dla mniej wymagających potrzeb mieszania.
• Wytłaczanie arkuszy: Produkcja arkuszy, gdzie jednorodność grubości i jakość powierzchni są mniej krytyczne.
• Wytłaczanie profili: Produkcja profili z tworzyw sztucznych (np. ramy okienne/drzwiowe, listwy ozdobne).
• Wytłaczanie rur: Produkcja rur z tworzyw sztucznych do dostarczania wody, odprowadzania ścieków itp.

Ogólnie rzecz biorąc, wytłaczarki dwuślimakowe przewyższają modele jednoślimakowe pod kilkoma względami:

• Zdolność mieszania: Dwuślimakowe zapewniają dokładne, jednorodne mieszanie dzięki zazębianiu i ścinaniu.
• Wydajność odgazowania: Współbieżne dwuślimakowe stale odnawiają powierzchnie materiału dla lepszego odgazowania.
• Wydajność: Szybsze prędkości wytłaczania i niższe zużycie energii na jednostkę produkcji.
• Samoczyszczenie: Zautomatyzowane czyszczenie zmniejsza gromadzenie się pozostałości.

Jednak wytłaczarki jednoślimakowe pozostają korzystne dla:

• Kontrola procesu: Łatwiejsze w obsłudze dzięki prostszym kontrolkom.
• Koszt: Znacznie tańsze ze względu na prostszą konstrukcję.
• Wszechstronność: Nadal mają zastosowanie w wielu standardowych procesach.

Każdy typ wytłaczarki wyróżnia się w różnych zastosowaniach ze względu na podstawowe zasady konstrukcyjne:

Wytłaczarki jednoślimakowe:

• Podstawowe komponowanie
• Wytłaczanie arkuszy
• Wytłaczanie profili
• Wytłaczanie rur

Wytłaczarki dwuślimakowe:

• Wysokowydajne komponowanie
• Przetwarzanie PET
• Bezpośrednie wytłaczanie arkuszy
• Wytłaczanie pianek