Penyemperit skru berkembar pusingan bersama lwn putaran balas: Berapakah harganya

prestasi penyemperitan berbeza dengan arah putaran yang berbeza?
Dalam pemprosesan pencampuran bahan, prestasi penyemperit skru berkembar secara langsung menentukan kesan pencampuran bahan, kecekapan pengeluaran dan kualiti produk akhir. Mengikut arah putaran skru, penyemperit skru berkembar dibahagikan kepada penyemperit skru berkembar berputar bersama dan penyemperit skru berkembar berputar balas, dan perbezaan utama antara kedua-duanya terletak pada arah putaran skru. Apa yang kelihatan hanya perbezaan dalam arah putaran menghasilkan perbezaan yang ketara antara keduanya dalam ciri pemprosesan, kapasiti pencampuran dan keserasian produk.

Perbezaan utama antara skru berkembar berputar bersama dan skru berkembar berputar balas terletak pada proses interaksi skru:
• Apabila dua utas skru berkembar berputar bersama menolak bahan, tujahan mereka ditindih;
• Apabila dua garisan benang bahan tolak skru berkembar berputar balas, tujahan mereka membatalkan satu sama lain.
Ini menentukan prinsip kerja asas dan ciri prestasi kedua-dua skru berkembar putaran bersama dan putaran balas.

Rajah 4 Muatkan skru berkembar putar bersama

Mod mengawan skru berkembar berputar bersama ditunjukkan dalam Rajah 4. Kedua-dua skru skru berkembar berputar bersama berputar ke arah yang sama, dan benang skru kedua-duanya menggunakan tangan kanan. Penentuan arah penghantaran bahan adalah sama dengan satu skru.

Mod mengawan skru berkembar pusing balas ditunjukkan dalam Rajah 5. Dua skru skru berkembar pusing balas berputar ke arah bertentangan, dan benang dua skru berputar ke arah bertentangan. Kedua-dua skru berputar ke luar. Iaitu, di sepanjang arah penyemperitan, sebelah kanan ialah skru sebelah kiri, yang berputar mengikut arah jam, dan sebelah kiri ialah skru sebelah kanan, yang berputar mengikut arah jam.

Rajah 5 Kesesuaian skru berkembar putaran balas

Analisis keputusan eksperimen simulasi
Medan fizikal
1
Medan tekanan
Seperti yang dilihat daripada peta awan tekanan (Rajah 6) dan lengkung variasi tekanan (Rajah 7):

Dalam proses penyemperitan skru berkembar berputar bersama, tekanan dalam saluran aliran berubah-ubah. Merujuk kepada struktur selepas pasang skru berkembar berputar bersama (Rajah 4), didapati turun naik tekanan turun naik ke atas dan ke bawah dengan kedudukan rabung skru. Ini kerana rabung skru adalah bahagian permukaan skru yang menonjol tinggi, dan bahan tersemperit tertakluk kepada daya penyemperitan dan ricih yang lebih kuat apabila melalui rabung skru, jadi tekanan selalunya agak tinggi pada kedudukan rabung skru.

Dalam penyemperitan skru berkembar pusingan balas, tekanan dalam pelari mula-mula meningkat dan kemudian berkurangan sepanjang arah penyemperitan, dan tekanan tinggi tempatan berlaku pada kedudukan tengah. Merujuk kepada struktur padanan skru berkembar putaran balas (Rajah 5), didapati tekanan tinggi tempatan berlaku pada titik jerat di sepanjang tengah arah penyemperitan. Ini kerana kedua-dua skru berputar dalam arah yang bertentangan, dan aliran bahan tidak sekata atau terhalang semasa proses penyemperitan, yang terkumpul di kedudukan tengah dan kemudian membentuk tekanan tinggi tempatan dalam saluran.

Rajah 6 Gambar rajah awan tekanan dalam pelari semasa proses penyemperitan

Rajah 7 Keluk variasi tekanan

2
Medan kadar ricih
Seperti yang dilihat daripada awan kadar ricih (Rajah 8) dan lengkung variasi kadar ricih (Rajah 9):

Dalam kedua-dua penyemperitan skru berkembar berputar bersama dan penyemperitan skru berkembar pusingan balas, kadar ricih lebih tinggi pada rabung skru dan lebih rendah pada alur skru. Sebab untuk fenomena ini ialah bahan mengalir lebih cepat dalam jurang sempit, dan jurang antara rabung skru dan dinding dalam tong adalah lebih kecil, jadi kadar ricih lebih tinggi, manakala jurang antara alur skru dan dinding dalam tong lebih besar, jadi kadar ricih lebih rendah.

Kadar ricih tempatan yang tinggi dalam skru berkembar pusingan balas disebabkan oleh kebocoran.

Rajah 8 Awan kadar ricih semasa penyemperitan

Rajah 9 Keluk variasi kadar ricih

Pencampuran dibahagikan terutamanya kepada pencampuran pengedaran dan penyebaran.

Campuran teragih digunakan untuk menerangkan proses pengedaran bahan, di mana bahan sentiasa disusun semula dan diarahkan di bawah tolakan pemutar skru;

Campuran serakan digunakan untuk menerangkan proses di mana saiz bahan berubah apabila zarah bahan sentiasa diregangkan dan digunting. Kaedah zarah pengesan digunakan untuk menjalankan statistik matematik mengenai parameter trajektori seperti masa tinggal, indeks taburan, skala pemisahan, dan taburan tegasan ricih maksimum untuk menganalisis perbezaan prestasi campuran antara skru berkembar pusingan bersama dan skru berkembar pusingan balas.

Prestasi pencampuran paksi
Pengagihan masa tinggal ialah penunjuk penting untuk mengukur prestasi pencampuran paksi elemen skru. Ia menerangkan pengagihan masa tinggal bahan dalam penyemperit skru berkembar dalam dua bentuk: fungsi pengagihan masa kediaman kumulatif dan fungsi pengagihan masa kediaman, yang masing-masing dinyatakan oleh fungsi kebarangkalian dan fungsi ketumpatan kebarangkalian.

1 Pengagihan masa tinggal kumulatif
Keluk taburan masa tinggal terkumpul (Rajah 10) menerangkan taburan kebarangkalian terkumpul bagi masa tinggal bendalir atau bahan dalam penyemperit.


Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 10, dalam skru berkembar berputar bersama, masa apabila zarah pengesan mula-mula keluar dari pelari ialah 1.00 s, masa apabila mereka keluar sepenuhnya dari pelari ialah 54.82 s, dan lebar taburan masa tinggal ialah 53.82 s.

Dalam skru berkembar berputar balas, masa untuk zarah pengesan mula-mula mengalir keluar dari saluran ialah 1.48 saat, masa untuk mereka mengalir sepenuhnya keluar dari saluran ialah 59.80 saat, dan lebar taburan masa kediaman ialah 58.32 saat.

Keluk pengedaran masa tinggal terkumpul skru berkembar berputar bersama berada di atas masa tinggal terkumpul skru berkembar berputar bersama, dan lengkung yang lebih tinggi menunjukkan bahawa lebih banyak zarah mengalir keluar dari saluran pada masa tertentu.

Rajah 10 Taburan masa tinggal terkumpul

2 Pengagihan masa tinggal
Keluk taburan ketumpatan kebarangkalian masa tinggal menerangkan taburan kebarangkalian masa tinggal bahan dalam penyemperit dalam tempoh masa yang berbeza. Ketumpatan kebarangkalian yang lebih tinggi bermakna kebarangkalian kediaman bahan yang lebih besar dalam tempoh tersebut, manakala ketumpatan kebarangkalian yang lebih rendah menunjukkan masa kediaman yang agak singkat. Daripada fungsi ketumpatan kebarangkalian taburan masa kediaman (Rajah 11), diketahui bahawa:

Dalam skru berkembar berputar bersama, majoriti zarah tertumpu pada 1.00 hingga 1.99 saat, dan dalam skru berkembar pusingan balas, majoriti zarah tertumpu pada 1.48 hingga 2.97 saat. Lengkung sepadan skru berkembar berputar bersama lebih jauh ke kiri, dan puncaknya lebih tinggi, menunjukkan bahawa kapasiti penghantar skru berkembar berputar bersama lebih kuat. Sebab fenomena ini mungkin semasa proses penyemperitan skru berkembar berputar bersama, bahan diangkut secara paksa di sepanjang laluan berbentuk "∞" oleh skru.

Dalam penyemperitan skru berkembar pusingan balas, bahan bergerak dalam bentuk "C" dan bercampur dan bertindak balas berulang kali dalam ruang berbentuk C, menghasilkan masa tinggal yang dilanjutkan.

Rajah 11 Taburan masa tinggal

Prestasi pencampuran teragih
1 Indeks pengedaran
Indeks taburan menerangkan sifat reologi dan kelakuan aliran bahan tersemperit. Ia boleh dilihat daripada lengkung indeks pengedaran (Rajah 12) bahawa keseragaman pengedaran skru berkembar pusing balas adalah lebih baik daripada skru berkembar pusing bersama.

Rajah 12 Indeks Taburan

2 Skala pemisahan
Skala pemisahan mencirikan proses pencampuran teragih. Rajah 13 menunjukkan lengkung skala pemisahan. Pada saat awal, kedua-dua zarah berada di kedua-dua sisi salur masuk, jadi nilai skala pemisahan adalah besar. Apabila masa meningkat, skala pemisahan berkurangan di bawah kesan pencampuran skru, lengkung jatuh, tahap pengagihan pencampuran zarah permukaan semakin mendalam, dan terdapat fenomena turun naik semasa proses, yang disebabkan oleh pengagregatan zarah semasa proses aliran.

Lengkung skala pemisahan skru berkembar berputar bersama sentiasa di bawah skru berkembar berputar balas, menunjukkan bahawa ia lebih seragam dalam pengedaran.

Rajah 13 Skala pemisahan

Dalam penyemperitan skru berkembar berputar bersama, kedua-dua skru berputar ke arah yang sama dan membentuk kesan ricih yang kuat pada titik meshing, dan bahan bertukar beberapa kali antara skru, yang membantu mencapai pencampuran pengedaran seragam.

Dalam penyemperitan skru berkembar pusingan balas, kebanyakan bahan dikekalkan dalam ruang berbentuk C, dengan hanya sejumlah kecil bahan yang mengalir keluar dari celah untuk dikenakan ricih dan regangan. Pengedap adalah baik, mengurangkan aliran tidak teratur bahan dalam pelari, dan dengan itu keseragaman campuran juga berkurangan.

Prestasi penyebaran dan pencampuran
Proses serakan dan pencampuran ialah proses di mana saiz zarah terus berkurangan, dan daya ricih dan tegangan yang dikenakan zarah bahan memainkan peranan penting dalam proses ini.

Tegasan ricih maksimum yang dialami oleh zarah pengesan menunjukkan proses ricih yang dialami oleh zarah pengesan semasa proses penyemperitan skru berkembar. Lebih besar bahagian zarah pengesan yang mengalami ricih yang tinggi, lebih baik kesan penyebaran skru.

Rajah 14 menunjukkan lengkung kebarangkalian tegasan ricih maksimum. Seperti yang dapat dilihat daripada Rajah 14, lengkung yang sepadan dengan skru berkembar pusing balas adalah di atas skru berkembar pusing bersama.

Rajah 14 Kebarangkalian tegasan ricih maksimum

Rajah 15 menunjukkan keluk ketumpatan kebarangkalian tegasan ricih maksimum. Daripada Rajah 15, dapat dilihat bahawa tegasan ricih maksimum yang ditanggung oleh zarah adalah tertumpu pada puncak tonjolan lengkung.

Kedua-dua ciri lengkung menunjukkan bahawa skru berkembar pusing balas mempunyai keupayaan serakan yang lebih kuat dan boleh memberikan kesan ricih dan tegangan yang lebih kuat daripada skru berkembar berputar bersama.

Rajah 15 Ketumpatan kebarangkalian tegasan ricih maksimum

Analisis Keputusan Eksperimen
Analisis ujian kesan tegangan
Rajah 17 dan 18 masing-masing menunjukkan data ujian tegangan dan kesan.

Kekuatan tegangan dan terikan tegangan pada pecah splin bahan yang tersemperit oleh penyemperitan skru berkembar berputar bersama adalah lebih tinggi sedikit daripada yang disemperit oleh penyemperitan skru berkembar putaran balas.

Penyerapan tenaga hentaman dan kekuatan hentaman splin bahan yang tersemperit oleh penyemperitan skru balas adalah lebih tinggi sedikit daripada yang disemperit oleh penyemperitan skru bersama.

Rajah 17 Data ujian tegangan

Rajah 18 Data ujian impak

Keputusan ujian reologi
Sifat reologi polimer lazimnya dicerminkan dalam modulus penyimpanan (G'), modulus kehilangan (G'), dan kelikatan komposit (η*). Modulus penyimpanan mencerminkan keanjalan bahan, modulus kehilangan mencerminkan kelikatan bahan, dan kelikatan komposit mencerminkan berat molekul. Kecairan polimer cair bergantung kepada keupayaan segmen rantai molekul untuk bergerak. Penyemperitan skru mengubah struktur molekul PLA, menyebabkan rantai molekulnya putus dan mengurangkan kelikatannya.

Rajah 19 menunjukkan lengkung kelikatan komposit η* dengan frekuensi sudut. Ia boleh dilihat daripada Rajah 19 bahawa η* berkurangan dengan peningkatan frekuensi sudut.

Oleh kerana perbezaan struktur, skru berkembar berputar balas mempunyai keupayaan penyebaran dan pencampuran yang lebih kuat, dan rantai molekul terputus dengan lebih lengkap. Oleh itu, η* bahan yang tersemperit oleh skru berkembar pusing balas adalah lebih rendah daripada skru berkembar pusing bersama.

Rajah 19 Lengkung bagi η * dengan frekuensi sudut

Ringkasan
Kelebihan penyemperit skru berkembar berputar bersama:
• Medan aliran (terutamanya tekanan) adalah agak stabil.
• Keupayaan pencampuran pengedaran yang sangat kuat, keseragaman pengedaran bahan yang tinggi.
• Masa tinggal bahan yang singkat dan kecekapan penghantaran yang tinggi memudahkan pemprosesan bahan sensitif haba dan mengurangkan risiko degradasi haba.
• Produk tersemperit mempunyai sifat tegangan yang lebih baik.

Kelebihan penyemperit skru berkembar pusingan balas:
• Keupayaan membina tekanan yang lebih kuat (tetapi berhati-hati terhadap kemungkinan tekanan tinggi tempatan).
• Keupayaan ricih yang lebih sengit, penyebaran dan pencampuran yang unggul. Ia boleh memberikan kesan regangan yang lebih kuat.
• Masa tinggal yang lebih lama dan pengedaran bahan yang lebih luas, sesuai untuk proses yang memerlukan tindak balas atau masa pencampuran yang mencukupi.
• Produk tersemperit mempunyai kekuatan hentaman yang lebih tinggi dan kelikatan cair yang lebih rendah (terputus rantai molekul yang lebih teliti).