Yeni Yöntem, Vidalı Ekstrüzyonda Polimer Karışımını İyileştiriyor

Plastik ekstrüzyon proseslerinde düzgün karıştırma, ürün kalitesini belirleyen önemli bir faktördür. Bu, özellikle geri karıştırmanın (malzemelerin eksenel ters akışlı harmanlanması) önemli bir rol oynadığı düşük yüzdeli renkli masterbatch'ler birleştirildiğinde hayati önem taşıyor. Proses, masterbatch parçacıklarının ekstruder içinde milimetreden mikrometre ölçeğine dramatik bir boyutta küçülmesini gerektirir ve bu da olağanüstü karıştırma zorlukları sunar.

Ekstrüzyon karıştırma, renk ve mekanik özellikler gibi tutarlı ürün özellikleri sağlayarak bileşenlerin homojen dağılımını sağlamayı amaçlar. Düşük konsantrasyonlu masterbatchler eklenirken, başlangıçtaki parçacık ayrımı 100 mm'yi aşabilir. Tekdüze bir renk elde etmek için, son çizgi kalınlığının mikrometre ölçeğine ulaşması gerekir; bu, olağanüstü karıştırma kapasitesi gerektiren beş büyüklükte bir azalmadır.

Geleneksel analiz, Couette kesme hızı tarafından yönetilen kesitsel karışıma (vidalı kanal kesiti içinde) odaklanır:

γ = πDN/H

Burada D = namlu çapı, N = vida hızı, H = kanal derinliği. Tipik kesme hızları (50-100 s⁻¹) 20 saniyelik kalma süreleriyle birleştiğinde toplam 1.000-2.000 kayma gerilimi birimi elde edilir; bu, üç dereceli çizgilenmenin azaltılması için yeterlidir ancak görsel tekdüzelik için genellikle yetersizdir.

Eksenel karıştırma (geri karıştırma), tersine, ekstrüder ekseni boyunca basınçla yönlendirilen akıştır. Bu mekanizmayı anlamak, vida tasarımının optimize edilmesi açısından hayati öneme sahiptir.

Kuvvet yasası akışkanları için (τ = m(γ')ⁿ), boyutsuz hız φ=v/vmax boyutsuz koordinat ξ=2y/H ile şu şekilde ilişkilidir:

φ = 1 - |ξ|^((n+1)/n)

Newton tipi akışkanlar (n=1), merkez çizgisinde sıfır kesme ile parabolik hız profilleri sergiler; bu da ölü karıştırma bölgeleri yaratır. N azaldıkça (kesme-incelme davranışı), profiller tıkaç akışına yaklaşarak düşük kesme bölgelerini genişletir ve geri karıştırmayı karmaşık hale getirir.

RTD analizi, malzemenin ekstruder içinde kalma sürelerinin nasıl değiştiğini ortaya çıkarır. Paralel plakalar arasındaki kuvvet kanunu basınç akışı için:

v(y) = v_max * [1 - (2|y|/H)^((n+1)/n)]

Harici RTD fonksiyonu f(t)dt, hız dağılımından türetilir ve artan kayma incelmesinin (düşük n) RTD'yi daraltarak geri karıştırma verimliliğini azalttığını gösterir. Pinto-Tadmor'un Newton tipi akışkanlar için tek vidalı RTD modeli:

F(θ) = 1 - (1 - θ)²(1 + 0,35θ + 0,135θ²)

vida geometrisinin paralel plaka senaryolarına göre RTD'yi nasıl daha da kısıtladığını göstererek geri karıştırma zorluklarını vurguluyor.

Önemli sorunlar vida kanalı merkezlerinde sıfıra yakın eksenel kaymadan kaynaklanmaktadır. Etkili çözümler şunları içerir:

• Pimleri/yuvaları karıştırma:Malzemeyi yeniden dağıtmak için akış düzenlerini bozun
• İçten dışa karıştırıcılar:Ofset uçuşlar, çekirdek malzemeyi aktif olarak kanal çevrelerine aktarır
• CRD karıştırıcılar:Radyal-eksenel malzeme değişimini destekleyen özel tasarımlar
• Parçacık boyutunun azaltılması:Daha küçük besleme stoğu, başlangıçtaki çizgi kalınlığını azaltır
• Sıvı renklendiriciler:Başlangıçtaki çizgilenmeyi azaltın ancak namlu yağlamasını etkileyebilir

Geri karıştırma, özellikle kanal merkezlerinde ve kayma inceltici malzemelerde doğası gereği düşük eksenel kayma nedeniyle ekstrüzyonun en zorlu karıştırma görevi olmaya devam ediyor. Beş dereceli çizgilenmeyi azaltmak için ya gelişmiş karıştırma cihazları (içten dışa veya CRD karıştırıcılar gibi) ya da hammadde değişiklikleri yoluyla başlangıçtaki çizgilenmenin azaltılması gerekir. Gelecekteki yenilikler, bu kalıcı zorlukların üstesinden gelmek için geometrik optimizasyonu gelişmiş malzeme taşıma teknikleriyle birleştirebilir.