Принцип работы экструдера

Материал в загрузочный бункер самотеком или с помощью дозирующего шнека подается в виде гранул, дробинок, порошка или других форм. Под действием сил трения в зоне загрузки материал захватывается шнеком и уплотняется на первых полтора-двух витках.

Под действием тепла, поступающего от нагревательных элементов, полимер нагревается, и у цилиндрической поверхности корпуса образуется сначала тонкая плёнка расплава, который начинает сдвигаться толкающим гребнем шнека (при достижении этой пленки размеров, превышающих зазор между гребнем шнека и цилиндрической поверхности корпуса).

Постепенно образуется бассейн расплава у толкающего гребня шнека. При появлении жидкой фазы возникает еще один источник тепла (диссипативный), обусловленный трением вязких слоев друг о друга.

Процесс плавления и действие этого механизма интенсифицируется, бассейн расплава растет, сокращая размеры твердой фазы.

При полном расплавлении материала (зона дозирования) при движении жидкости происходит нагнетание давления. Материал под высоким давлением выдавливается через профилирующую головку.

Критериями работы экструдера являются:

- температурная однородность материала на выходе;

- стабильность расхода или градиент давлений на выходе;

- непревышение заданной температуры выхода и отсутствие деструкции материала внутри экструдера.

Шнек и корпус экструдера делаются из очень прочных легированных сталей, частично с износостойкими покрытиями.

Характеристики экструдера зависят в основном от конструкций шнека и рабочих условий. Основной геометрической переменной шнека является глубина канала в зонах экструдера, то есть радиальное расстояние между цилиндрической поверхностью и основанием шнека в различных сечениях. Глубина канала по зонам и длина зона оказывают существенное влияние на работу экструдера.

В процессе работы экструдера могут быть изменены и находятся под контролем такие характеристики как, частота вращения шнека, температура корпуса, давление в головке.

Частота вращения шнека зависит от размеров экструдера и его производительности.

Температура устанавливается обычно большей, чем температура плавления полимера, но она не может быть чрезмерно высокой в виду возможной деструкции материала.

Давление в головке зависит от многих факторов: температуры, материала, геометрии шнека, скорости вращения шнека и так далее.

В целом работа экструдера в физическом понимании и математическом описании достаточно сложна. На сегодняшний день не существует единой теории экструзии, имеются лишь упрощенные модели процессов движения, плавления и смещения для каждой из трёх зон шнека.