Por que uma extrusora de parafuso único não pode replicar o desempenho de mistura de um parafuso duplo?

As pessoas costumam perguntar: por que o desempenho de mistura ou composição de um parafuso duplo paralelo contra-rotativo não pode ser replicado em uma extrusora de parafuso único?

As vantagens principais do parafuso duplo:

Controle preciso da mistura e cisalhamento por toda a ranhura do parafuso

Primeiro, os parafusos gêmeos podem transferir todo o canal preenchido com polímero de um parafuso para o outro várias vezes, alcançando assim a mistura completa.

Ao alcançar essa transferência completa de mistura de sulco, a maioria do polímero que está sendo transferida pode ser submetida a cisalhamento muito baixo, enquanto apenas uma pequena porção é submetida a cisalhamento extremamente alto, simplesmente alterando a profundidade dos ranhuras opostas ou usando cumes de mistura.

Além disso, o parafuso é ocioso, permitindo amplo espaço para que essa transferência ocorra. Devido à malha dos elementos do parafuso, essa transferência ocorre com queda de pressão mínima e, consequentemente, perda mínima de produção.

Limitações do parafuso único:

A contradição entre a queda de pressão e a distribuição de cisalhamento

Em um único parafuso, a queda de pressão na zona de cisalhamento alta (necessária para a mistura intensiva) é um fator limitante, pois leva a uma perda de taxa de transferência e um aumento na temperatura de fusão. Ao repetir esse processo várias vezes, os parafusos duplos podem obter uma mistura bastante intensiva e completa sem superaquecimento.

Independentemente do tipo de extrusora, é necessária uma mistura poderosa de cisalhamento alta para dispersar totalmente aditivos e até outros polímeros (porque muitos materiais são parcialmente compatíveis entre si ou formam aglomerados que requerem alto cisalhamento para quebrar).

A mistura em um único parafuso é limitada principalmente pela passagem do polímero abaixo do parafuso. A taxa de cisalhamento e a velocidade resultante a jusante são melhores na parte superior do barril ou canal e são mínimas ou possivelmente zero na raiz do parafuso.

A mistura em um parafuso único é limitado principalmente pelo fluxo do polímero ao longo do canal de parafuso. A taxa de cisalhamento e a velocidade a jusante resultante são máximas na parte superior da parede ou sulco do barril e são mínimas ou potencialmente zero na raiz do parafuso. Como o polímero derretido adere fortemente às superfícies do barril e do parafuso, as forças de cisalhamento geradas pelo polímero à medida que o parafuso gira dentro do barril são a força motriz primária. Essencialmente, no equilíbrio de força dos polímeros, o barril gira em torno do parafuso, com a superfície móvel do barril em contato com o polímero que fornece transporte. No diagrama anexado, essas velocidades são representadas como VB e V0.

A estratificação de velocidade também resulta em apenas 'flipando ' do polímero na ranhura do parafuso. Isso por si só dificulta a mistura completamente o material dentro da ranhura do parafuso. Além disso, devido ao afinamento contínuo de cisalhamento da viscosidade da parede do barril até a raiz do parafuso, o material dentro de uma ranhura de parafuso único tende a permanecer em uma posição radial relativamente constante.

Design flexível de parafuso duplo:

Equilíbrio entre cisalhamento alto e cisalhamento geral

Para superar essa limitação, vários tipos de misturadores e threads adicionais são usados para interromper e redirecionar o fluxo de fusão do polímero. No entanto, esses dispositivos criam resistência ao fluxo, reduzindo a saída e aumentando a temperatura de fusão. Todos os polímeros devem fluir através de tais dispositivos repetidamente para alcançar a mistura de uniformidade.

Os parafusos duplos podem aplicar alto cisalhamento em pequenos incrementos, variando a profundidade da sulca de parafuso várias vezes e/ou usando costelas de mistura, limitando o cisalhamento geral experimentado por todo o derretimento. Isso é difícil de alcançar em um único parafuso e, na maioria dos casos, nem mesmo é possível, pois requer liberações apertadas ou restrições de fluxo para produzir altas taxas de cisalhamento.

Um único parafuso deve ter uma profundidade de ranhura específica para atingir a taxa de transferência desejada e a temperatura de fusão. Isso limita o uso de múltiplas zonas de cisalhamento, o que é muito útil para parafusos duplos, porque a troca de material entre os parafusos permite que o cisalhamento alto seja aplicado a apenas uma pequena porção do polímero, transferindo o polímero para o outro sulco.

Recursos do Maddock Mixer

Existem muitos designs de mistura e barreira de parafuso único que podem adicionar um pouco de mistura a um único parafuso, embora a maioria ajude principalmente a derreter, impedindo a passagem de material não derretido. Curiosamente, um dos misturadores de parafuso único mais antigo e popular foi o misturador do tipo Maddock, que combinou dois princípios de um parafuso duplo.

Os misturadores de Maddock são projetados com as características da mistura de escalas duplas: rotatividade completa de polímeros e cisalhamento alto limitado.

Embora bastante eficaz em princípio, ele é limitado principalmente a 'Aplicação única ' porque sua queda de pressão inerente reduz a taxa de transferência e aumenta significativamente a temperatura de fusão, dificultando o uso de várias seções de mistura. Os projetos de Maddock Spiral também estão disponíveis, mas oferecem melhorias mínimas na queda de pressão. Muitos outros misturadores de parafuso único simplesmente dividem o derretimento em baixo cisalhamento, principalmente para homogeneizar a temperatura, mas não têm o alto cisalhamento necessário para uma mistura poderosa.