Trong quy trình ép đùn nhựa, việc trộn đều là yếu tố then chốt quyết định chất lượng sản phẩm. Điều này trở nên đặc biệt quan trọng khi kết hợp các hạt màu có tỷ lệ phần trăm thấp, trong đó việc trộn ngược—pha trộn vật liệu ngược chiều dọc trục—đóng một vai trò thiết yếu. Quá trình này đòi hỏi các hạt masterbatch phải trải qua quá trình giảm kích thước đáng kể từ quy mô milimet xuống micromet trong máy đùn, đặt ra những thách thức trộn đặc biệt.
Trộn đùn nhằm mục đích đạt được sự phân bố đồng nhất của các thành phần, đảm bảo các đặc tính nhất quán của sản phẩm như màu sắc và tính chất cơ học. Khi thêm các hạt màu có nồng độ thấp, độ phân tách hạt ban đầu có thể vượt quá 100 mm. Để đạt được màu sắc đồng nhất, độ dày vân cuối cùng phải đạt đến thang đo micromet—giảm năm bậc độ lớn đòi hỏi khả năng trộn đặc biệt.
Phân tích truyền thống tập trung vào việc trộn mặt cắt ngang (trong mặt cắt kênh trục vít), được điều chỉnh bởi tốc độ cắt Couette:
γ = πDN/H
Trong đó D = đường kính thùng, N = tốc độ trục vít, H = độ sâu kênh. Tốc độ cắt điển hình (50-100 s⁻¹) kết hợp với thời gian cư trú 20 giây mang lại tổng số 1.000-2.000 đơn vị biến dạng cắt—đủ để giảm sọc ba bậc nhưng thường không đủ để có được sự đồng nhất về mặt thị giác.
Ngược lại, trộn dọc trục (trộn ngược) là dòng chảy được điều khiển bằng áp suất dọc theo trục máy đùn. Hiểu được cơ chế này là điều quan trọng để tối ưu hóa thiết kế trục vít.
Đối với chất lỏng định luật lũy thừa (τ = m(γ')ⁿ), vận tốc không thứ nguyên φ=v/vmax liên quan đến tọa độ không thứ nguyên ξ=2y/H như sau:
φ = 1 - |ξ|^((n+1)/n)
Chất lỏng Newton (n=1) thể hiện biên dạng vận tốc parabol với lực cắt bằng 0 tại đường tâm — tạo ra các vùng chết trộn lẫn. Khi n giảm (hành vi cắt mỏng), biên dạng tiếp cận dòng cắm, mở rộng các vùng cắt thấp và làm phức tạp quá trình trộn ngược.
Phân tích RTD cho thấy thời gian lưu trú của vật liệu thay đổi như thế nào trong máy đùn. Đối với dòng áp suất định luật lũy thừa giữa các tấm song song:
v(y) = v_max * [1 - (2|y|/H)^((n+1)/n)]
Hàm RTD bên ngoài f(t)dt xuất phát từ phân bố vận tốc, cho thấy rằng độ mỏng cắt tăng (n thấp hơn) sẽ thu hẹp RTD—làm giảm hiệu quả trộn ngược. Mô hình RTD trục vít đơn của Pinto-Tadmor cho chất lỏng Newton:
F(θ) = 1 - (1 - θ)²(1 + 0,35θ + 0,135θ²)
trình bày cách hình dạng trục vít hạn chế hơn nữa RTD so với các kịch bản tấm song song, nhấn mạnh các thách thức trộn ngược.
Các vấn đề chính phát sinh từ lực cắt dọc trục gần như bằng 0 ở tâm kênh trục vít. Các giải pháp hiệu quả bao gồm:
Trộn ngược vẫn là nhiệm vụ trộn đòi hỏi khắt khe nhất của quá trình ép đùn do lực cắt dọc trục vốn đã thấp, đặc biệt là ở các tâm kênh và với các vật liệu cắt mỏng. Để đạt được mức giảm vết sọc năm bậc đòi hỏi phải có thiết bị trộn tiên tiến (như máy trộn từ trong ra ngoài hoặc máy trộn CRD) hoặc giảm vết sọc ban đầu thông qua sửa đổi nguyên liệu thô. Những đổi mới trong tương lai có thể kết hợp tối ưu hóa hình học với các kỹ thuật xử lý vật liệu tiên tiến để vượt qua những thách thức dai dẳng này.
