Материально-технические и конструктивные параметры шнека и цилиндра экструдера для выдувного формования

Шнек экструдера для выдувного формования является основным компонентом экструзионной системы, и его конструкция напрямую влияет на качество пластификации, стабильность экструзии и равномерность пленки. Типичный экструдер для выдувного формования использует конструкцию с одним шнеком, разделенным на три функциональные зоны: зону подачи, зону сжатия и зону гомогенизации. Эти три зоны работают вместе для достижения транспортировки твердого вещества, пластификации расплава и вывода с выравниванием давления.

Зона кормления: Эта зона, расположенная в передней части шнека, имеет относительно глубокий шнековый канал. Ее основная функция — стабильная подача пластиковых гранул. Шаг шнека в этой зоне относительно большой, чтобы обеспечить плавное поступление материала и предотвратить образование сводов или засорение.

Зона сжатия Глубина канавки шнека постепенно уменьшается, а гранулы пластика постепенно плавятся за счет механического сжатия и внешнего нагрева. Эта зона имеет решающее значение для фазового перехода твердое-жидкое; степень сжатия должна быть подобрана в соответствии со свойствами материала (например, LDPE, HDPE, PP) и обычно составляет от 2,5:1 до 3,5:1.

Зона гомогенизации: Этот участок имеет наименьшую и наиболее постоянную глубину канала шнека, что отвечает за гомогенизацию температуры и давления расплава для обеспечения стабильной экструзии. В этом участке проявляется низкое сдвиговое усилие, предотвращающее перегрев и деградацию, что крайне важно для равномерности толщины пленки.

Современные высокопроизводительные экструдеры для выдувного формования обычно используют разъемную конструкцию шнека (например, типа BM или Barr), добавляя ребра на шнеке в зоне сжатия для физического разделения твердого и расплавленного материала, тем самым повышая эффективность пластификации и уменьшая колебания температуры расплава. Некоторые машины также оснащены смесительными элементами (например, штифтами или барьерными блоками) для повышения однородности смешения расплава, что особенно подходит для многослойной коэкструзии или добавления мастербатчей. Кроме того, для переработки биоразлагаемых материалов (например, PBAT и PLA) в некоторых шнеках применяется технология высокоскоростного напыления сплавов и конструкции с водяным охлаждением, повышающие износостойкость и точность контроля температуры.

Соотношение длины шнека к его диаметру (L/D) обычно составляет от 20:1 до 30:1. Более высокое соотношение L/D обеспечивает более полную пластификацию и приводит к более гладкой поверхности пленки. Материал обычно изготавливается из коррозионностойкой легированной стали высокой твердости, прецизионно обработанной и с поверхностной обработкой, что обеспечивает срок службы в 2-3 раза дольше, чем у обычных азотированных шнеков.

Материалы, используемые для шнека и цилиндра винтового экструдера выбираются в первую очередь в зависимости от перерабатываемых материалов, условий эксплуатации и требований к сроку службы. Распространенные материалы можно разделить на три типа: высококачественная легированная сталь, биметаллические композитные материалы и специальные конструкционные сплавы. Среди них легированная сталь 38CrMoAlA в настоящее время является наиболее популярным выбором на рынке.

1. Основной материал: легированная сталь 38CrMoAlA (цементуемая сталь)

Это наиболее широко используемый материал для шнеков и цилиндров экструдеров выдувного формования, особенно подходящий для переработки обычных пластиков, таких как ПЭ, ПП, ПНД, ПНД и ЛПЭНП. После нитридной обработки поверхностная твердость этого материала может достигать HV950–1050, глубина нитридного слоя составляет 0,5–0,8 мм. Он сочетает в себе высокую износостойкость, коррозионную стойкость и хорошую ударную вязкость, что обеспечивает длительный срок службы и низкие затраты на техническое обслуживание.

Преимущества: высокая экономичность, стабильная обработка, подходит для общего производства фильмов.

Типичные применения: машины для выдува пленок из биг-бэгов, линии по производству пленок для упаковки пищевых продуктов.

2. Высокоэффективные материалы: биметаллическая композитная конструкция (SACM645, SKD61 и др.) Для сырья с высокой абразивностью и коррозионной активностью (например, содержащего более 30% карбоната кальция, стекловолокна, ПВХ, инженерных пластиков или вторичного сырья) предпочтительным выбором являются биметаллические шнеки. Их конструкция состоит из внешнего слоя из износостойкого сплава и внутреннего слоя из прочной матрицы, соединение которых на молекулярном уровне достигается посредством высокотемпературного прокаливания. Срок их службы может в 2–3 раза превышать срок службы обычной азотированной стали, а в экстремальных случаях — до 35 раз.

Распространенные износостойкие слои: никелевые сплавы, карбид вольфрама, нержавеющая сталь 9Cr18Mov

Исходные материалы: SACM645, SKD61, немецкая 8407-XW1 и другие полностью закаленные термически обработанные стали

Преимущества: Высокая износостойкость, подходит для наполнителей, переработанных материалов, фторопластов и других труднообрабатываемых материалов

Стоимость: первоначальная цена примерно на 401 TP3T выше, но в долгосрочной перспективе это более экономичный вариант

3. Специальные перерабатываемые материалы: высокотвердые конструкционные сплавы (используются для высококачественных материалов, таких как PEEK)

При переработке высокоэффективных инженерных пластиков, таких как PEEK (полиэфирэфиркетон), требуются материалы с чрезвычайно высокой термостойкостью, прочностью и сопротивлением ползучести. Компании, такие как Zhejiang Huaye, разработали шнеки серии HPT и двухметаллические цилиндры HK специально для PEEK, применяя специальные процессы термообработки для обеспечения длительной стабильной работы при высоких температурах 160–230℃.

Применимые сценарии: Медицина, аэрокосмическая промышленность, высококачественная электронная упаковка и другие области с чрезвычайно строгими требованиями к производительности пленки.