สกรูอัดรีด

สกรูเป็นหัวใจสำคัญของเครื่องอัดรีดและเป็นส่วนประกอบสำคัญของเครื่องอัดรีด ประสิทธิภาพของสกรูจะกำหนดผลผลิต คุณภาพการทำให้เป็นพลาสติก การกระจายตัวของสารตัวเติม อุณหภูมิของของเหลวที่หลอมละลาย การใช้พลังงาน ฯลฯ ของเครื่องอัดรีด สกรูเป็นส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดของเครื่องอัดรีด ซึ่งสามารถส่งผลโดยตรงต่อขอบเขตการใช้งานและประสิทธิภาพการผลิตของเครื่องอัดรีด การหมุนของสกรูจะสร้างแรงกดดันอย่างมากต่อพลาสติก ทำให้พลาสติกสามารถเคลื่อนที่ สร้างแรงดัน และรับความร้อนบางส่วนจากแรงเสียดทานในกระบอก พลาสติกจะถูกผสมและทำให้เป็นพลาสติกระหว่างการเคลื่อนที่ในกระบอก เมื่อของเหลวที่มีความหนืดถูกอัดรีดและไหลผ่านแม่พิมพ์ ก็จะได้รูปร่างที่ต้องการและเกิดขึ้น เช่นเดียวกับกระบอก สกรูยังทำจากโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูง ทนความร้อน และทนต่อการกัดกร่อนอีกด้วย
เนื่องจากพลาสติกมีหลายประเภท คุณสมบัติของพลาสติกจึงแตกต่างกัน ดังนั้นในการใช้งานจริง เพื่อให้สามารถตอบโจทย์ความต้องการในการแปรรูปพลาสติกที่แตกต่างกันได้ จึงจำเป็นต้องใช้สกรูประเภทต่างๆ และโครงสร้างก็แตกต่างกันด้วย เพื่อให้สามารถขนส่ง อัด ผสม และขึ้นรูปพลาสติกได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด
พารามิเตอร์พื้นฐานที่แสดงถึงคุณลักษณะของสกรู ได้แก่ เส้นผ่านศูนย์กลาง อัตราส่วนภาพ อัตราส่วนการบีบอัด ระยะพิทช์ ความลึกของร่อง มุมเกลียว ระยะห่างระหว่างสกรูและกระบอกสูบ ฯลฯ
เส้นผ่านศูนย์กลางสกรู D ที่พบมากที่สุดคือประมาณ 45~150 มม. เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางสกรูเพิ่มขึ้น ความสามารถในการประมวลผลของเครื่องอัดรีดก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย และผลผลิตของเครื่องอัดรีดจะแปรผันตามกำลังสองของเส้นผ่านศูนย์กลางสกรู D อัตราส่วนความยาวที่มีประสิทธิภาพของส่วนการทำงานของสกรูต่อเส้นผ่านศูนย์กลาง (ย่อว่าอัตราส่วนด้าน แสดงเป็น L/D) มักจะอยู่ที่ 18~25 L/D ขนาดใหญ่สามารถปรับปรุงการกระจายอุณหภูมิของวัสดุ อำนวยความสะดวกในการผสมและการทำให้พลาสติกเป็นพลาสติก และลดการรั่วไหลและการไหลย้อนกลับ ปรับปรุงกำลังการผลิตของเครื่องอัดรีด สกรูที่มี L/D ขนาดใหญ่มีความสามารถในการปรับตัวที่แข็งแกร่งและสามารถใช้สำหรับการอัดรีดพลาสติกหลากหลายชนิด แต่เมื่อ L/D มีขนาดใหญ่เกินไป พลาสติกจะได้รับความร้อนเป็นเวลานานขึ้นและเสื่อมสภาพ ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากน้ำหนักของสกรูที่เพิ่มขึ้น ปลายที่ว่างจะงอและหย่อนลง ซึ่งทำให้เกิดรอยขีดข่วนระหว่างกระบอกและสกรูได้ง่าย และทำให้การผลิตและการแปรรูปยากขึ้น เพิ่มการใช้พลังงานของเครื่องอัดรีด สกรูที่สั้นเกินไปอาจทำให้การผสมพลาสติกไม่ดี
ความแตกต่างครึ่งหนึ่งระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของกระบอกและเส้นผ่านศูนย์กลางของสกรูเรียกว่าช่องว่าง δ ซึ่งสามารถส่งผลกระทบต่อกำลังการผลิตของเครื่องอัดรีด เมื่อ δ เพิ่มขึ้น ผลผลิตจะลดลง โดยปกติแล้ว การควบคุม δ จะเหมาะสมที่ประมาณ {{0}}.1 ถึง 0.6 มม. เมื่อ δ มีขนาดเล็ก เอฟเฟกต์การเฉือนบนวัสดุจะมีขนาดใหญ่ ซึ่งเอื้อต่อการเกิดพลาสติก อย่างไรก็ตาม หาก δ มีขนาดเล็กเกินไป เอฟเฟกต์การเฉือนที่รุนแรงอาจทำให้เกิดการเสื่อมสภาพทางเทอร์โมเมคานิกส์ของวัสดุ และสกรูอาจถูกยึดหรือถูกับผนังกระบอก นอกจากนี้ เมื่อ δ มีขนาดเล็กเกินไป แทบจะไม่มีการรั่วไหลและการไหลย้อนกลับของวัสดุ ซึ่งส่งผลกระทบต่อการผสมของของเหลวหลอมเหลวในระดับหนึ่ง
มุมเกลียว Φ คือมุมระหว่างเกลียวกับหน้าตัดของสกรู เมื่อ Φ เพิ่มขึ้น กำลังการผลิตของเครื่องอัดรีดจะเพิ่มขึ้น แต่เอฟเฟกต์การเฉือนและแรงอัดบนพลาสติกจะลดลง โดยทั่วไป มุมเกลียวจะอยู่ระหว่าง 10 องศาถึง 30 องศา และเปลี่ยนแปลงไปตามทิศทางความยาวของสกรู มักใช้สกรูที่มีระยะห่างเท่ากัน และระยะพิทช์จะเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลาง ค่า Φ อยู่ที่ประมาณ 17 องศา 41′
ยิ่งอัตราส่วนการบีบอัดสูงขึ้น อัตราส่วนการอัดขึ้นรูปที่พลาสติกได้รับก็จะสูงขึ้น เมื่อร่องสกรูตื้นขึ้น จะทำให้พลาสติกได้รับอัตราเฉือนที่สูงขึ้น ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการถ่ายเทความร้อนระหว่างผนังกระบอกและวัสดุ ยิ่งประสิทธิภาพการผสมและการทำให้พลาสติกเป็นพลาสติกสูงขึ้น ประสิทธิภาพการผลิตก็จะยิ่งลดลง ในทางกลับกัน เมื่อร่องสกรูลึก สถานการณ์จะตรงกันข้าม ดังนั้น สกรูร่องสกรูลึกจึงเหมาะสำหรับวัสดุที่ไวต่อความร้อน (เช่น โพลีไวนิลคลอไรด์) ในขณะที่สกรูร่องสกรูตื้นเหมาะสำหรับพลาสติกที่มีความหนืดของการหลอมเหลวต่ำและมีเสถียรภาพทางความร้อนสูง (เช่น โพลีเอไมด์)
1. การแบ่งส่วนของสกรู
เมื่อวัสดุเคลื่อนไปข้างหน้าตามสกรู จะเกิดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ แรงดัน ความหนืด ฯลฯ การเปลี่ยนแปลงนี้จะแตกต่างกันไปตลอดความยาวของสกรู ตามลักษณะของการเปลี่ยนแปลงวัสดุ สกรูสามารถแบ่งออกได้เป็นส่วนป้อน (feeding) ส่วนอัด (compress) และส่วนทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน (homogenization)
① พลาสติกและพลาสติก 3 สถานะ
พลาสติกแบ่งออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่ เทอร์โมเซตติ้งและเทอร์โมพลาสติก หลังจากที่พลาสติกเทอร์โมเซตติ้งขึ้นรูปและแข็งตัวแล้ว พลาสติกจะไม่สามารถให้ความร้อนหรือหลอมละลายได้ อย่างไรก็ตาม ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากเทอร์โมพลาสติกสามารถให้ความร้อนและหลอมละลายเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์อื่นได้
เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง พลาสติกเทอร์โมพลาสติกจะเปลี่ยนไปเป็น 3 สถานะ ได้แก่ สถานะแก้ว สถานะยืดหยุ่นสูง และสถานะการไหลหนืด เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงซ้ำๆ กัน สถานะทั้ง 3 นี้จะเปลี่ยนแปลงซ้ำๆ กัน
ก. ลักษณะการหลอมของพอลิเมอร์ที่แตกต่างกันใน 3 สถานะ:
สถานะคล้ายแก้ว - พลาสติกปรากฏเป็นของแข็งที่มีความแข็ง พลังงานจลน์ความร้อนมีค่าน้อย แรงระหว่างโมเลกุลมีค่ามาก และการเปลี่ยนรูปนั้นส่วนใหญ่เกิดจากการเปลี่ยนรูปของมุมพันธะ การเปลี่ยนรูปนั้นจะกลับคืนสู่สภาพเดิมทันทีหลังจากที่แรงภายนอกถูกเอาออก ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการเปลี่ยนรูปยืดหยุ่นทั่วไป
สถานะความยืดหยุ่นสูง - พลาสติกปรากฏเป็นสารคล้ายยาง การเปลี่ยนรูปเกิดจากการยืดตัวของโครงสร้างโมเลกุลขนาดใหญ่ที่เกิดจากการวางแนวของส่วนต่างๆ ของโซ่ และค่าการเปลี่ยนรูปมีขนาดใหญ่ การเปลี่ยนรูปสามารถฟื้นคืนได้หลังจากเอาแรงภายนอกออกแล้ว แต่จะขึ้นอยู่กับเวลา ซึ่งจัดอยู่ในประเภทการเปลี่ยนรูปยืดหยุ่นสูง
สถานะการไหลหนืด - พลาสติกปรากฏเป็นของเหลวที่มีความหนืดสูง พลังงานความร้อนกระตุ้นการเคลื่อนที่แบบสลิปสัมพันธ์ของโมเลกุลของโซ่ การเปลี่ยนรูปนั้นไม่สามารถย้อนกลับได้ ซึ่งจัดอยู่ในประเภทการเปลี่ยนรูปพลาสติก
ข. การแปรรูปพลาสติกและพลาสติก 3 สถานะ ได้แก่
พลาสติกสามารถตัดได้ในสถานะแก้ว ในสถานะยืดหยุ่นสูง สามารถยืดได้ เช่น การดึงลวด การอัดรีดท่อ การเป่าขึ้นรูป และการขึ้นรูปด้วยความร้อน ในสถานะไหลหนืด สามารถแปรรูปได้โดยการเคลือบ การขึ้นรูปด้วยการหมุน และการฉีดขึ้นรูป
เมื่ออุณหภูมิสูงกว่าสถานะการไหลหนืด พลาสติกจะสลายตัวเนื่องจากความร้อน และเมื่ออุณหภูมิต่ำกว่าสถานะแก้ว พลาสติกจะเปราะ เมื่ออุณหภูมิของพลาสติกสูงกว่าสถานะการไหลหนืดหรือต่ำกว่าสถานะแก้ว พลาสติกเทอร์โมพลาสติกมีแนวโน้มที่จะเสื่อมสภาพและได้รับความเสียหายอย่างรุนแรง ดังนั้นควรหลีกเลี่ยงบริเวณอุณหภูมิทั้งสองนี้เมื่อทำการแปรรูปหรือใช้ผลิตภัณฑ์พลาสติก
② สกรูสามชั้น
พลาสติกมีสถานะทางกายภาพในเครื่องอัดรีดอยู่ 3 สถานะ ซึ่งก็คือกระบวนการเปลี่ยนเป็นสถานะแก้ว สถานะยืดหยุ่นสูง และสถานะการไหลหนืด โดยแต่ละสถานะจะมีข้อกำหนดที่แตกต่างกันสำหรับโครงสร้างสกรู
c. เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของรัฐต่างๆ สกรูของเครื่องอัดรีดมักจะแบ่งออกเป็นสามส่วน:
ส่วนการป้อน L1 (เรียกอีกอย่างว่าส่วนการลำเลียงของแข็ง)
ส่วนหลอมเหลว L2 (เรียกว่าส่วนอัด)
ส่วนการทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน L3 (เรียกว่า ส่วนการวัด)
นี่คือสิ่งที่มักเรียกว่าสกรูสามชั้น กระบวนการอัดรีดพลาสติกในสามส่วนนี้จะแตกต่างกัน
หน้าที่ของส่วนป้อนคือส่งวัสดุที่ป้อนโดยถังไปยังส่วนอัด พลาสติกโดยทั่วไปจะยังคงอยู่ในสถานะของแข็งระหว่างการเคลื่อนตัวและละลายบางส่วนเนื่องจากความร้อน ความยาวของส่วนป้อนจะแตกต่างกันไปตามประเภทของพลาสติก และอาจยาวตั้งแต่ไม่ไกลจากถังไปจนถึง 75% ของความยาวทั้งหมดของถ้วยสกรู
โดยทั่วไปแล้วการอัดรีดของพอลิเมอร์ผลึกจะยาวที่สุด รองลงมาคือพอลิเมอร์อะมอร์ฟัสแบบแข็ง และสั้นที่สุดสำหรับพอลิเมอร์อะมอร์ฟัสแบบอ่อน เนื่องจากส่วนการป้อนไม่จำเป็นต้องสร้างการบีบอัด ปริมาตรของร่องสกรูจึงสามารถคงอยู่ได้ไม่เปลี่ยนแปลง ขนาดของมุมเกลียวมีผลกระทบต่อความสามารถในการป้อนของส่วนนี้มากกว่า และส่งผลกระทบต่อผลผลิตของเครื่องอัดรีด โดยทั่วไป มุมเกลียวของวัสดุที่เป็นผงจะอยู่ที่ประมาณ 30 องศา และผลผลิตจะสูงที่สุด มุมเกลียวของวัสดุบล็อกควรอยู่ที่ประมาณ 15 องศา และมุมเกลียวของวัสดุทรงกลมควรอยู่ที่ประมาณ 17 องศา