Одношнековый или двухшнековый экструдер: как выбрать оборудование

Одношнековый экструдер содержит один вращающийся шнек, установленный внутри цилиндра. В состав оборудования также входят привод, система нагрева и охлаждения, загрузочное устройство и экструзионная головка либо другой узел, через который расплав поступает на следующую операцию.

Шнек перемещает материал вдоль цилиндра, участвует в его плавлении и формирует поток расплава, который затем подается к головке. Конструкция шнека и режим переработки подбираются с учетом свойств полимера и требований конкретного процесса.

Гранулы, порошок или другой исходный материал поступают в загрузочную зону. При вращении шнека сырье перемещается вдоль цилиндра и постепенно нагревается. В процессе материал уплотняется, плавится и превращается в однородный расплав.

На характер процесса влияют конструкция шнека, температура цилиндра, скорость вращения, производительность подачи и свойства полимера.

После пластикации расплав перемещается к выходной части экструдера. В зависимости от линии перед головкой могут располагаться фильтр, адаптер и другие элементы.

Одношнековые экструдеры широко применяются в процессах, где используется уже подготовленное полимерное сырье, а основными задачами оборудования являются его плавление, транспортирование и формование.

Типичные примеры — производство труб, профилей, листов, пленок и кабельной продукции. Конкретная конструкция экструдера и всей линии определяется материалом и видом готового изделия.

Одношнековая машина также может обеспечивать смешение. Для этого используются соответствующие конструкции шнеков и смесительные элементы. Поэтому корректнее говорить не об отсутствии смешения, а о более ограниченных возможностях по сравнению с специализированными двухшнековыми системами компаундирования.

В двухшнековом экструдере два шнека работают внутри одного цилиндра. В зависимости от конструкции они могут вращаться в одном или противоположных направлениях.

Двухшнековые машины широко используются для компаундирования и других процессов, в которых необходимо одновременно выполнять несколько операций с полимерным материалом. Конструкция позволяет формировать различные технологические зоны, организовывать ввод дополнительных компонентов и, при соответствующем оснащении, выполнять дегазацию.

У USEON двухшнековые решения применяются, в частности, при производстве мастербатчей, наполненных и функциональных компаундов, инженерных пластиков и других полимерных материалов.

Одно из основных применений двухшнековой экструзии — получение однородного материала из нескольких компонентов. В процессе могут смешиваться полимерная основа, пигменты, минеральные наполнители, армирующие материалы и функциональные добавки.

При этом выделяют распределительное и диспергирующее смешение. Распределительное обеспечивает равномерное размещение компонентов в объеме полимерной матрицы. Диспергирующее связано с разрушением агломератов и распределением дисперсных частиц в расплаве.

Результат определяется не только типом экструдера. Имеют значение конфигурация шнеков, свойства компонентов, скорость вращения, производительность, температура и другие параметры процесса.

Двухшнековые линии могут оснащаться несколькими системами подачи. Это позволяет вводить различные компоненты рецептуры в заданных точках технологического процесса.
Например, основной полимер может подаваться через загрузочный узел, а наполнитель — через боковой питатель. Для жидких компонентов могут применяться отдельные системы дозирования.

Такая организация особенно важна при производстве многокомпонентных компаундов, когда состав материала формируется непосредственно в экструдере.

Некоторые процессы требуют удаления из расплава влаги, воздуха или летучих компонентов. Для этого экструдер может оснащаться вакуумной зоной. Возможность и эффективность дегазации зависят от конструкции оборудования, расположения вакуумного отверстия, условий подачи материала и режима переработки.

Поэтому наличие двух шнеков само по себе не означает, что дегазация есть, и она будет эффективной. Для нее необходима соответствующая конструкция технологической линии.

Главное практическое различие заключается в возможностях организации процесса. Одношнековый экструдер часто используется как машина для пластикации и формования уже подготовленного сырья. Двухшнековый предоставляет больше возможностей для смешения и формирования рецептуры непосредственно в процессе экструзии.

Одношнековый экструдер способен выполнять смешение при использовании соответствующей конструкции шнека. Однако возможности процесса ограничены конструкцией конкретной машины.

Двухшнековые экструдеры позволяют более гибко настраивать смешение за счет конфигурации рабочих элементов. Поэтому они широко применяются для компаундирования полимеров с наполнителями, пигментами и функциональными добавками.

При сложных рецептурах двухшнековая система дает больше возможностей для раздельного дозирования компонентов и выбора места их ввода. Это важно, например, при производстве наполненных компаундов и мастербатчей.

Одношнековый экструдер может быть рациональным решением для стабильного процесса с подготовленным сырьем.

Двухшнековая машина позволяет организовать больше технологических операций внутри одного процесса: смешение компонентов, их дозирование в различных зонах, дегазацию и другие операции при соответствующем оснащении.

Это не означает, что двухшнековый экструдер универсально лучше. Если дополнительные технологические возможности не требуются, более сложная конструкция может быть избыточной.

Производительность нельзя сравнивать только по количеству шнеков. На нее влияют диаметр и длина рабочей части, скорость вращения, конструкция шнеков, свойства сырья, рецептура, степень заполнения и режим переработки.

Поэтому два экструдера одинакового диаметра могут иметь разную производительность для одного и того же материала. При выборе необходимо использовать характеристики конкретной модели применительно к требуемому процессу.

Одношнековая машина конструктивно проще во многих типичных вариантах применения. Двухшнековая линия может включать дополнительные системы дозирования, боковой подачи, дегазации, фильтрации и гранулирования.

Поэтому сравнивать оборудование только по первоначальной цене некорректно. Необходимо учитывать состав всей линии и те технологические операции, которые она должна выполнять.

Одношнековую схему целесообразно рассматривать, если основная задача — переработка уже подготовленного сырья с последующим непрерывным формованием.

• Простая или заранее подготовленная рецептура

Если полимер уже содержит необходимые добавки и поставляется в виде готового компаунда, в процессе экструзии может потребоваться преимущественно его плавление и транспортирование. В таком случае использование двухшнековой системы для дополнительного компаундирования не обязательно.

• Приоритет — формование

Одношнековые экструдеры широко применяются в линиях производства труб, профилей, листов и пленок. Здесь важны стабильная подача расплава, необходимое давление перед головкой и согласованная работа последующего оборудования.

• Не требуется сложное компаундирование

Если рецептура не требует последовательного ввода нескольких компонентов и интенсивного смешения, одношнековая конструкция может быть более рациональным решением.

Двухшнековую схему следует рассматривать, если экструдер должен не только пластицировать материал, но и выполнять сложные операции с рецептурой.

• Производство компаундов

Двухшнековые экструдеры широко используются для смешения полимеров с наполнителями, пигментами и функциональными добавками. Это одна из основных областей применения ко-ротационных двухшнековых машин.

• Производство мастербатчей

При производстве цветных, функциональных и наполненных мастербатчей необходимо обеспечить равномерное распределение компонентов в полимерной основе. Двухшнековая конструкция позволяет подобрать конфигурацию рабочих элементов под конкретную рецептуру и организовать необходимые операции смешения.

• Работа с наполнителями

При высоком содержании минеральных наполнителей или армирующих компонентов важны способ подачи, последовательность ввода и конфигурация рабочей части. Для таких процессов двухшнековая технология предоставляет соответствующие возможности, но конкретное оборудование необходимо подбирать по характеристикам наполнителя и рецептуры.

• Необходимость дегазации

Если в процессе необходимо удалять влагу или летучие компоненты, линия может оснащаться вакуумной системой. Двухшнековая конструкция позволяет организовать отдельную дегазационную зону без выделения операции в самостоятельный технологический этап.

• Многостадийный процесс

Если разные компоненты должны вводиться на разных этапах, двухшнековая линия позволяет организовать несколько зон подачи и обработки материала. Это востребовано при производстве сложных компаундов, когда последовательность операций влияет на качество конечного продукта.

Выбор следует начинать с анализа технологического процесса.

• Определить исходное сырье

Необходимо учитывать тип полимера, форму сырья, содержание влаги, температурную чувствительность, наличие вторичного материала и другие характеристики.

Особенно важно определить, поступает ли на линию уже готовый компаунд или рецептура формируется непосредственно в экструдере.

• Определить состав рецептуры

Если кроме полимера используются пигменты, наполнители, стабилизаторы, модификаторы или другие компоненты, необходимо определить их концентрацию и способ ввода.

Для каждого компонента оценивают требования к смешению и совместимость с полимерной матрицей.

• Определить требуемые операции

До выбора оборудования необходимо определить, какие операции должны выполняться внутри линии:

1. плавление и пластикация;
2. транспортирование;
3. смешение;
4. диспергирование;
5. дозирование компонентов;
6. дегазация;
7. фильтрация;
8. гранулирование.

Чем больше операций требуется объединить в одном процессе, тем важнее возможности конфигурации экструдера.

• Определить производительность

Требуемая производительность задается не только в кг/ч. Необходимо учитывать свойства материала, состав рецептуры, режим переработки и характеристики последующего оборудования.

Производительность конкретной модели следует оценивать применительно к реальному сырью, а не только по паспортному максимуму.

• Определить состав технологической линии

Экструдер является частью системы. В зависимости от задачи в нее могут входить системы подачи и дозирования, боковые питатели, вакуумная дегазация, фильтрация расплава и оборудование для гранулирования.

Для компаундирования особенно важно согласовать производительность и режим работы всех узлов.

Одношнековые и двухшнековые экструдеры решают разные задачи, хотя области их применения могут пересекаться.

Если используется подготовленный полимерный материал, а основная задача заключается в его плавлении и формовании, стоит рассматривать одношнековую схему.

Если рецептуру необходимо формировать непосредственно в процессе экструзии, а материал нужно смешивать с наполнителями, пигментами или функциональными добавками, следует рассматривать двухшнековую технологию.

Если необходимы последовательное дозирование компонентов, сложное смешение или дегазация, двухшнековая линия может предоставить больше возможностей для построения процесса.

При сложной рецептуре окончательный выбор делают не между абстрактными «одношнековым» и «двухшнековым» экструдерами, а между конкретными моделями и технологическими конфигурациями.