¿Por qué no puede un extrusor de un solo tornillo replicar el rendimiento de mezcla de un tornillo de doble?

La gente a menudo pregunta: ¿por qué no puede replicar el rendimiento de mezcla o compuesto de un tornillo de doble rotación en una extrusora de un solo tornillo?

Las ventajas básicas del tornillo gemelo:

Control preciso de la mezcla y el cizallamiento en todo el ritmo de tornillo

Primero, los tornillos gemelos pueden transferir todo el canal lleno de polímero de un tornillo a las otras varias veces, logrando así una mezcla de ranura completa.

Si bien se logra esta transferencia completa de mezcla de ranuras, la mayoría del polímero que se transfiere puede someterse a muy bajo cizallamiento, mientras que solo una pequeña porción está sujeta a cizallamiento extremadamente alto, simplemente cambiando la profundidad de los surcos opuestos o usando crestas de mezcla.

Además, el tornillo funciona inactivo, lo que permite que ocurra esta transferencia. Debido a la malla de los elementos del tornillo, esta transferencia ocurre con una caída de presión mínima y, en consecuencia, una pérdida mínima de producción.

Limitaciones del tornillo único:

La contradicción entre la caída de presión y la distribución de corte

En un solo tornillo, la caída de presión a través de la zona de alta cizallamiento (que es necesaria para la mezcla intensiva) es un factor limitante porque conduce a una pérdida de rendimiento y un aumento en la temperatura de fusión. Al repetir este proceso varias veces, los tornillos gemelos pueden lograr una mezcla bastante intensiva y exhaustiva sin sobrecalentamiento.

Independientemente del tipo de extrusora, se requiere una mezcla de alta cizallamiento potente para dispersar por completo aditivos e incluso otros polímeros (porque muchos materiales solo son parcialmente compatibles entre sí o forman aglomerados que requieren una cizalla alta para romper).

Mezclar en un solo tornillo está limitado principalmente por el paso del polímero por el tornillo. La velocidad de corte y la velocidad aguas abajo resultante es mayor en la parte superior del barril o canal y es mínimo o posiblemente cero en la raíz del tornillo.

Mezclar en un solo tornillo está limitada principalmente por el flujo del polímero a lo largo del canal de tornillo. La velocidad de corte y la velocidad posterior resultante son máximas en la parte superior de la pared o el surco del cañón, y son mínimos o potencialmente cero en la raíz del tornillo. Debido a que el polímero derretido se adhiere fuertemente a las superficies de barril y tornillo, las fuerzas de corte generadas por el polímero a medida que el tornillo gira dentro del barril es la fuerza impulsora primaria. Esencialmente, en el equilibrio de la fuerza de los polímeros, el barril gira alrededor del tornillo, con la superficie en movimiento del cañón en contacto con el polímero que proporciona transporte. En el diagrama adjunto, estas velocidades se representan como VB y V0.

La estratificación de la velocidad también da como resultado solo parcial 'volteo' del polímero en la ranura del tornillo. Esto solo dificulta mezclar completamente el material dentro del surco del tornillo. Además, debido al adelgazamiento continuo de la viscosidad desde la pared del barril hasta la raíz del tornillo, el material dentro de un surco de un solo tornillo tiende a permanecer en una posición radial relativamente constante.

Diseño flexible de tornillo gemelo:

Equilibrio entre múltiples cizallas altas y cizallamiento general

Para superar esta limitación, se utilizan varios tipos de mezcladores y hilos adicionales para interrumpir y redirigir el flujo de fusión del polímero. Sin embargo, estos dispositivos crean resistencia al flujo, reduciendo la salida y aumentando la temperatura de fusión. Todos los polímeros deben fluir a través de dichos dispositivos repetidamente para lograr la uniformidad de mezcla.

Los tornillos gemelos pueden aplicar una cizalla alta en pequeños incrementos variando la profundidad de la ranura de tornillo varias veces y/o usando costillas de mezcla, al tiempo que limita el corte general experimentado por toda la fusión. Esto es difícil de lograr en un solo tornillo, y en la mayoría de los casos ni siquiera es posible, ya que requiere espacios libres o restricciones de flujo para producir altas tasas de corte.

Un solo tornillo debe tener una profundidad de ranura específica para lograr el rendimiento deseado y la temperatura de fusión. Esto limita el uso de múltiples zonas de cizallamiento alto, que es muy útil para los tornillos gemelos porque el intercambio de material entre los tornillos permite aplicar la cizalla alta a solo una pequeña porción del polímero transfiriendo el polímero al otro surco.

Características del mezclador Maddock

Hay muchos diseños de vuelo de mezcla y barrera de una sola barrera que pueden agregar algo de mezcla a un solo tornillo, aunque la mayoría ayuda principalmente a fusión al evitar el paso de material no fundido. Curiosamente, uno de los primeros y populares mezcladores de una sola vez fue el mezclador de tipo Maddock, que combinó dos principios de un tornillo de doble.

Los mezcladores Maddock están diseñados con las características de la mezcla de tornillos gemelos en mente: rotación de polímeros completos y cizallamiento limitado.

Aunque es bastante efectivo en principio, se limita principalmente a 'aplicación única ' porque su caída de presión inherente reduce el rendimiento y aumenta significativamente la temperatura de la fusión, lo que dificulta el uso de múltiples secciones de mezcla. Los diseños de Spiral Maddock también están disponibles, pero ofrecen una mejora mínima en la caída de presión. Muchos otros mezcladores de un solo tornillo simplemente dividen la fusión a baja cizallamiento, principalmente para homogeneizar la temperatura, pero carecen de la alta cizalladura requerida para una mezcla potente.