Компактный экструдер с двойным винтом ускоряет исследования материалов в лаборатории

В быстро развивающейся области материаловедения эффективность и точность лабораторных исследований напрямую влияют на разработку и применение новых материалов. Для переработки и модификации полимеров технология экструзии играет решающую роль. Высокопроизводительный, хорошо спроектированный лабораторный экструдер служит незаменимым инструментом для исследователей. В этой статье рассматриваются особенности и возможности замечательного 20-миллиметрового двухшнекового экструдера с сонаправленным вращением, подчеркивая, как его модульная конструкция, сложная конструкция и надежная функциональность помогают ученым в исследовании возможностей материалов.

Компактный, но мощный: философия дизайна 20-мм экструдера

Двухшнековый экструдер диаметром 20 мм, вращающийся в одном направлении, унаследовал принципы конструкции своего более крупного аналога диаметром 26 мм, но при этом имеет более компактные размеры и идеально подходит для лабораторий с ограниченным пространством. Его основной особенностью является модульная конструкция ствола «раскладушка». Длина каждой секции ствола составляет 4D (80 мм), стандартные конфигурации варьируются от 32 L/D до 52 L/D, а также варианты индивидуальной длины для удовлетворения конкретных исследовательских требований. Система предлагает два варианта мощности привода: 5,5 кВт и 11 кВт, соответствующие различной интенсивности обработки.

Модульная конструкция и гибкая конфигурация: искусство винтовых и цилиндрических систем

1. Сложная архитектура винтовой системы.

Конструкция шнека, являющегося «сердцем» экструдера, критически влияет на смешивание, пластификацию и транспортировку материала. Этот 20-миллиметровый экструдер оснащен модульной шнековой системой, собранной из отдельных элементов, соединенных шестиугольными закаленными валами. Независимые блоки для замешивания предлагают несколько вариантов угла наклона, что позволяет исследователям настраивать оптимальные конфигурации шнеков в зависимости от характеристик полимера и целей обработки. Такая высокая степень индивидуализации обеспечивает точную обработку и эффективное смешивание.

Винтовые элементы изготовлены из высококачественной инструментальной стали, прошедшей сквозную закалку. Для обеспечения длительного срока службы их твердость немного ниже, чем у гильз ствола, что обеспечивает баланс между прочностью элемента и долговечностью гильзы ствола.

2. Удобная конструкция раскладывающегося ствола.

Конструкция ствола раскладушки представляет собой значительную инновацию: она имеет конфигурацию с центральным разъемом, которая позволяет верхней половине открываться после ослабления болтов ствола. Такая конструкция значительно упрощает очистку, замену и обслуживание гильзы ствола. Во время работы исследователи могут напрямую наблюдать за характеристиками течения расплава и состава полимеров, обеспечивая ценную визуальную информацию для оптимизации процесса.

Верхняя секция ствола точно сбалансирована, требует минимального усилия для открытия и предотвращает случайное закрытие, обеспечивая безопасность оператора.

3. Точный контроль температуры и эффективное охлаждение.

Каждая зона ствола включает в себя системы водяного охлаждения и электрического нагрева для точного регулирования температуры. Система водяного охлаждения работает через сложные внутренние каналы внутри модулей стволов, управляемые независимыми электромагнитными клапанами и регуляторами температуры. Сочетание мощного электрического нагрева и эффективного водяного охлаждения позволяет быстро регулировать температуру при изменении условий обработки, что значительно сокращает время разработки процесса.

Высокопроизводительный вариант: Maxi20Compaunder

Для применений, требующих более высокой производительности и крутящего момента, вариант Maxi20Compounder предлагает мощность привода 11 кВт и максимальную скорость шнека 1200 об/мин. Его главное преимущество – высокомоментная конструкция редуктора с дополнительными валами опорных шестерен. Система включает принудительную смазку, обеспечиваемую внешним шестеренчатым насосом и охлаждаемую большим пластинчатым теплообменником, что обеспечивает стабильность и надежность при тяжелых нагрузках.

Комплексные последующие системы и вспомогательные компоненты

1. Универсальные матрицы и системы разгрузки.

Стандартная конфигурация включает в себя двухручьевую фильеру, установленную на шарнирном фланце и соединенную со стволом двумя болтами. На конце корпуса имеется легкосъемный сменщик сит, поддерживающий как ситовой, так и безэкранный режимы работы. Новая конструкция фильер минимизирует внутренний объем для облегчения очистки и особенно подходит для частой смены цвета или мелкосерийного производства.

Для интеграции с последующим оборудованием (например, охлаждающими валками) адаптер с С-образными зажимами может заменить фильеру с фланцевым креплением.

2. Гибкие возможности боковой подачи

Дополнительные одно- или двухшнековые боковые питатели могут быть прикреплены непосредственно к боковым сторонам модуля ствола, для чего требуются специальные модули ствола с отверстиями и заглушками. Экструдер оснащен несколькими предварительно вставленными модулями боковой подачи для обеспечения оптимальной гибкости положения подачи. В боковых питателях используются сдвоенные шнеки диаметром 20 мм с соотношением длины и диаметра 7, приводы с регулируемой скоростью и стволы с водяным охлаждением в стандартной комплектации.

3. Надежная основная система подачи.

Стандартная система подачи состоит из объемного бункера из нержавеющей стали с одним шнеком и мешалки над подающим шнеком. Двухшнековая подача не является обязательной. Подающий шнек приводится в движение мотор-редуктором переменного тока переменной частоты мощностью 0,3 кВт с цифровым регулированием скорости, расположенным в шкафу управления.

4. Оптимизированная система вентиляции.

Конфигурация 32 L/D включает одну стандартную вентиляционную зону, а модели 40 L/D и более длинные имеют две вентиляционные зоны (одну для вакуумной вентиляции и одну для атмосферной вентиляции). Оба вентиляционных отверстия могут обеспечивать вакуумную вентиляцию. Вакуумная система состоит из вентиляционного корпуса из нержавеющей стали со смотровым окном, клапана регулирования вакуума и манометра, а также уловителя смолы для предотвращения засорения линии насоса. Корпус соединяется с двумя большими вакуумными фильтрами и лопастным вакуумным насосом, установленным в нижнем шкафу.

Безопасность и контроль: комплексный мониторинг процессов

1. Надежная защита от перегрузки.

Все двухшнековые экструдеры диаметром 20 мм оснащены приводным двигателем мощностью 5,5 кВт с ограничителем крутящего момента. Если происходит перегрузка винта, ограничитель крутящего момента немедленно отключает муфту двигателя, а датчики останавливают двигатель, при этом сигнальные лампы указывают на перегрузку винта.

2. Прецизионные датчики и интеллектуальное управление

На наконечнике винта расположены датчики давления на 300 бар и температуры расплава. Дополнительные датчики расплава устанавливаются через каждый второй модуль ствола, данные отображаются на цифровых индикаторах температуры панели управления (четыре для моделей 32 L/D, пять для моделей 40 L/D).

Панель управления включает цифровые индикаторы скорости (для главного и подающего винтов) с кнопками регулировки вверх/вниз, а также цифровой дисплей крутящего момента (показывающий процент максимального крутящего момента).

3. Комплексные предупреждающие индикаторы

Система сигнальных ламп четко отображает: избыточное давление на наконечнике шнека, низкое давление охлаждающей воды, открытый корпус грейфера, перегрузку двигателя, перегрузку ограничителя крутящего момента, перегрузку механизма подачи и невозможность достижения заданной температуры из-за повреждения нагревательных элементов.

4. Независимый ПИД-регулятор температуры.

В нижнем шкафу расположена специальная панель управления с независимыми цифровыми самонастраивающимися ПИД-регуляторами (по одному на зону ствола плюс один для головки). К ним относятся функции отказоустойчивости, предотвращающие запуск экструдера до тех пор, пока не будет достигнута заданная температура, и автоматическая остановка работы, если температура падает ниже заданных пределов.

Варианты материалов и улучшения производительности

1. Выбор износостойких и коррозионностойких материалов.

Стандартные экструдеры оснащены винтовыми валами с высоким крутящим моментом и различными вариантами материалов для специализированных применений:

• Износостойкие шнеки/втулки ствола:Стали CPM9V и CPM10V (Crucible, США) для смесей, содержащих абразивные наполнители, например керамические порошки.
• Среднекоррозионностойкие шнеки/втулки ствола:Нержавеющая сталь SUS440C для ПВХ и аналогичных смол.
• Устойчивые к коррозии шнеки/втулки ствола:Сталь М390 (Германия) для фторполимеров и высококоррозионных пластмасс, обеспечивающая превосходную твердость и износостойкость по сравнению с традиционными сплавами инконель.

2. Преимущества производительности Maxi20Compounder

Приводной двигатель Maxi20Compounder мощностью 11 кВт обеспечивает скорость шнека до 1200 об/мин. Его коробка передач с высоким крутящим моментом использует принудительную смазку маслом через шестеренчатый насос и большой пластинчатый теплообменник, специально разработанный для применений с высокой производительностью.

Показатели производственной мощности

В следующей таблице представлены данные производительности модели LTE20-40 (40 л/д, двигатель 5,5 кВт, 800 об/мин) при обработке различных полимеров:

*Примечание. Для полимеров, отмеченных звездочкой, могут потребоваться особые условия обработки или добавки.

Заключение

Двухшнековый экструдер диаметром 20 мм, вращающийся в одном направлении, с его сложной конструкцией, высокой модульностью, гибкими возможностями конфигурации и надежностью представляет собой идеальное решение для лабораторных исследований. Будь то фундаментальные исследования, разработка новых материалов или мелкосерийное экспериментальное производство, он предоставляет исследователям стабильную, надежную и эффективную платформу обработки для продвижения инноваций в области материаловедения.