재료 배합 및 압출 분야에서 트윈-스크류 압출기는 생산의 핵심입니다. 그 성능은 혼합 품질, 생산 효율성 및 최종 제품의 기계적 특성을 직접적으로 결정합니다.
~에제이웰, 우리는 올바른 기술을 선택한다는 것을 이해합니다.-동-회전또는카운터-회전-특정 애플리케이션에 매우 중요합니다. 단지 회전 방향의 차이인 것처럼 보일 수도 있지만, 당사의 전산유체역학(CFD) 시뮬레이션과 현장 테스트를 통해 처리 특성, 혼합 기능 및 제품 적응성에서 상당한 차이가 있음을 알 수 있습니다.
이 기사에서는 이러한 기술적 차이점을 분석하여 생산 라인에 대해 정보에 입각한 결정을 내리는 데 도움을 줍니다.
근본적인 차이점: 작동 원리
핵심 차이점은 나사가 재료와 상호 작용하는 방식에 있습니다.
동방향 -이축 압출기:
• 회전: 두 나사가 모두 같은 방향으로 회전합니다.
• 메커니즘: 스크류 플라이트의 추력이 중첩됩니다. 재료는 "무한대"(그림 - 8) 경로로 이송되어 강제 이송 효과를 생성합니다.
동방향 -쌍둥이-나사 결합 모드
역회전-이축 압출기:
회전: 나사가 반대 방향으로 회전합니다.
메커니즘: 추력은 서로 상쇄됩니다. 물질은 닫힌 챔버 내에서 "C"{1}} 모양의 궤적을 따라 이동하며 반복적인 혼합과 반응을 겪습니다.
역-회전 이중-나사 결합 모드
시뮬레이션 결과 분석: 압력장
압력 구름 맵(그림. 3)과 압력 변화 곡선(그림. 4)을 기반으로 다음과 같은 관찰이 이루어졌습니다.
• 동방향-쌍나사:흐름 채널 내의 압력은 리드미컬한 변동을 나타냅니다. 이러한 변동은 스크류 플라이트의 위치와 일치합니다(그림. 4 참조). 스크류 플라이트가 솟아오른 융기부이기 때문에 재료는 스크류 플라이트 위를 지나갈 때 강한 압축과 전단력을 겪게 되어 플라이트 위치에서 더 높은 압력 피크가 발생합니다.
• 역-회전 트윈 나사:압력은 처음에는 증가하다가 압출 방향을 따라 감소하며, 중간 부분에 상당한 국지적 고압 현상이 나타나는 것이 특징입니다. 이 높은 압력은 맞물림 영역에서 발생합니다(그림. 2 참조). 나사의 반대 회전으로 인해 재료가 고르지 않게 흐르거나 막히게 되어 중앙에 재료가 축적되어 국부적인 고압이 발생합니다.
압출 공정 중 러너의 압력운 다이어그램
압력 이력
시뮬레이션 결과 분석: 전단율 필드
전단율 등고선(그림. 5)과 변동 곡선(그림. 6)을 기반으로 관찰 결과는 다음과 같습니다.
• 일반적인 행동(두 유형 모두):동회전 및 역회전 공정 모두에서-전단율은 스크류 플라이트에서 일관되게 높고 스크류 채널에서는 낮습니다. 이는 스크류 날개와 배럴 벽 사이의 간격이 최소화되어 재료 흐름을 가속화하고 높은 전단력을 유발하기 때문에 발생합니다. 대조적으로, 스크류 채널의 간격이 클수록 전단 속도가 낮아집니다.
• 역-회전 트윈 나사:이 유형은 전단율의 국부적인 스파이크를 나타냅니다. 이 현상은 특히 누출 흐름(일반적으로 맞물림 영역의 좁은 간격을 통해 발생)으로 인해 발생합니다.
압출 공정 중 전단율에 대한 클라우드 그래프
전단율 변화 곡선
재료 혼합 성능 분석
혼합은 분배와 분산의 두 가지 기본 범주로 나뉩니다.
분배 혼합:동질성을 달성하기 위해 물질을 재분배하고 방향을 바꾸는 과정입니다.
분산 혼합:신축력과 전단력을 통해 재료 입자의 크기를 줄이는 과정입니다.
추적 입자 방법은 정량화, 체류 시간(RT), 분리 규모 및 최대 전단 응력과 같은 궤적 매개변수를 분석하여 혼합 차이를 평가하는 데 사용됩니다.
축 혼합 성능: 체류 시간 분포(RTD)
RTD(체류 시간 분포)는 재료가 압출기 내에서 소비하는 시간의 통계적 확산을 설명하는 축 혼합의 중요한 측정 기준입니다. 확률과 확률밀도함수로 표현됩니다.
누적 체류 시간 분포
누적 체류 시간 분포 곡선(그림. 7)은 압출기 내부에 남아 있는 유체 또는 재료의 누적 확률을 보여줍니다.
동방향 -쌍나사-스크류 시스템에서 추적 입자는 채널에서 빠져나오기 시작합니다.1.00 s그리고 완전히 종료54.82 s, 체류 시간 범위를 제공합니다53.82 s.
역회전-쌍나사-나사 시스템에서 추적 입자는 먼저 다음 위치에서 나옵니다.1.48 s그리고 완전히 종료59.80 s, 그 결과 체류 시간 범위는 다음과 같습니다.58.32 s.
동방향 회전하는 -쌍나사-의 누적 곡선은 역방향 회전 시스템의 누적 곡선보다 높게 유지됩니다. 이는 주어진 시간에 채널에서 나가는 입자의 비율이 더 높다는 것을 나타냅니다.
누적 체류 시간 분포
체류 시간 분포
체류-시간 확률 밀도 곡선은 다양한 시간 간격 동안 재료가 압출기 내부에 남아 있을 가능성을 보여줍니다. 밀도가 높을수록 물질이 특정 시간 창 내에 머무를 확률이 높음을 나타내고, 밀도가 낮을수록 발생 횟수가 적다는 것을 나타냅니다.
확률밀도함수에 따르면(그림. 8):
동방향 -이중-스크류 압출기의 대부분의 입자는 다음 범위에 속합니다.1.00–1.99 s, 역-회전 시스템에서는 내부에 집중합니다.1.48–2.97 s. 동방향 회전 곡선은-더 왼쪽으로 이동하고 더 높은 피크를 나타내며 이는 더 강력한 운반 성능을 나타냅니다. 이는 동방향 회전 나사의 강제 "무한대- 모양" 운송 경로 특성 때문일 수 있습니다.
이와 대조적으로, 역-회전 압출기는 "C-자형" 궤적을 따라 재료를 구동하며, C-챔버 내에서 반복된 혼합과 재순환이 체류 시간을 연장합니다.
체류 시간 분포
분산 혼합 성능
분배지수
분포 지수는 압출 중 재료의 유변학적 거동과 흐름 특성을 반영합니다. 분포 지수 곡선(그림. 9)에 표시된 것처럼 역-회전 이축-스크류 압출기는 동방향 회전 시스템에 비해 더 나은 분포 균일성을 보여줍니다.
분포지수
분리 규모
분리 규모는 분배 혼합의 진행을 특징으로 합니다. 그림. 10에서 볼 수 있듯이 두 종류의 입자가 반대쪽에서 들어오기 때문에 초기 분리 규모가 큽니다. 혼합이 진행됨에 따라 스크류-로 인한 분산 작용으로 인해 분리 규모가 감소하여 표면-레벨 혼합이 더 깊어짐을 나타냅니다. 관찰된 변동은 유동 중 입자 응집으로 인해 발생합니다.
동회전 이축-스크류 압출기의 분리{0}}규모 곡선은 역회전 시스템보다 일관되게 낮게 유지되어{3}}더 강력한 분산 혼합 기능을 보여줍니다.
동방향 -쌍나사-스크류 압출에서는 두 나사가 모두 같은 방향으로 회전하고 맞물림 영역에서 강한 전단력을 생성합니다. 이는 스크류 간의 빈번한 재료 교환을 촉진하여 보다 균일한 분배 혼합을 제공합니다.
이와 대조적으로 역-회전 압출은 C- 모양의 챔버 내에 대부분의 재료를 유지합니다. 전단 및 신장이 발생하는 간격 영역에는 작은 부분만 들어갑니다. 인클로저 등급이 높을수록 불규칙한 흐름이 줄어들지만 전반적인 혼합 균일성도 낮아집니다.
분산 혼합 성능
분산 혼합은 주로 전단 및 신장 응력에 의해 발생하는 입자 크기의 점진적인 감소로 정의됩니다. 추적자 입자가 겪는 최대 전단 응력은 분산 과정의 강도를 반영합니다. 고전단을 받는 입자의 비율이 높을수록 분산 능력이 더 강하다는 것을 나타냅니다.
그림. 11에 표시된 것처럼 역방향 -쌍방향 회전-스크류는 더 높은 확률 곡선을 나타내며, 이는 더 많은 입자가 높은 전단 수준에 노출된다는 것을 의미합니다.
최대 전단 응력의 확률
그림. 12은 최대 전단 응력의 확률 밀도를 보여줍니다. 여기서 피크는 입자가 가장 자주 경험하는 응력 수준을 나타냅니다.
두 시스템의 곡선 특성은 역방향 -쌍방향 회전-스크류가 더 강한 전단력과 신장력을 제공하여 동방향 회전 설계에 비해 분산 혼합이 우수하다는 것을 확인시켜 줍니다.-
인장 충격 시험 분석
그림. 13과 14는 인장 및 충격 테스트 결과를 요약합니다.
동방향 회전하는 -쌍나사-에 의해 압출된 소재는 인장 강도와 파단 신율이 약간 더 높습니다.
반대로, 역-회전 시스템의 샘플은 약간 더 높은 충격 에너지 흡수 및 충격 강도를 나타냅니다.
인장시험 데이터
충격시험 데이터
동방향-트윈-스크류 압출기의 장점:
특히 압력 제어 측면에서 더욱 안정적인 유동장을 제공합니다.
강력한 분산-재료 균일성과 혼합 성능.
체류 시간이 짧고 전달 효율이 높아 열에 민감한 제제에 이상적이며 열 분해를 최소화합니다.{0}}
압출물은 더 나은 인장 특성을 나타냅니다.
역회전-트윈-스크류 압출기의 장점:
더 높은 압력-성능 구축(국지적인 압력 피크에 주의)
더 강한 전단 및 신축 효과로 탁월한 분산 혼합을 제공합니다.
더 길고 더 넓은 체류-시간 분포로, 반응 시간이나 혼합 시간이 길어지는 공정에 적합합니다.
압출물은 더 광범위한 사슬 절단으로 인해 더 높은 충격 강도와 더 낮은 용융 점도를 나타냅니다.