영어 연속 스크류 압출기는 높은 수준의 유연성과 자동화 기능을 갖추고 있습니다. 폴리머 가공 중 압출 가공을 사용하면 가공 비용을 효과적으로 절감하고 생산 효율성을 향상시키며 폐기물 배출을 줄일 수 있습니다.
기존 압출기는 현재 스크류 내 재료의 용융 및 혼합에 대처할 수 있지만 산업화 수준이 높아짐에 따라 출력 효율성이 낮아 더 이상 미래 산업의 요구를 충족할 수 없습니다. 폴리머의 가공 효율을 더욱 향상시키기 위해서는 대규모 압출기의 설계가 시급합니다.
그러나 대규모 장비를 직접 설계할 경우 설계 경험 부족으로 인한 자원 낭비 등의 문제에 직면하게 됩니다. 따라서 스크류 압출 장비에 대한 확장 이론 연구가 특히 중요해졌습니다.
유사성 증폭 이론은 시스템의 특정 현상과 관련된 매개변수를 나타내는 무차원 숫자 그룹입니다. 두 시스템의 현상이 유사할 때 관련 매개변수 간에도 어느 정도 유사성이 있습니다. 이 유사성은 차원이 없는 숫자 그룹을 형성할 수 있습니다. 즉, 유사성 기준은 상수 값입니다. 유사성 정리에서 시작하여 소규모 장비에서 도출된 경험적 결론을 대규모 생산 장비에 적용하면 소규모 장비와 대규모 장비에서 생산되는 무차원 그룹이 동일하다는 것을 보장할 수 있으며 이를 통해 다양한 솔루션에 대한 무차원 형태의 솔루션을 유지할 수 있습니다. 방정식은 일관됩니다. 변화. 대형 이축 압출기의 스크류 구조 설계에는 유사한 압출기 증폭 이론을 사용할 수 있습니다. 이 이론은 기하학적 유사성의 관점에서 출발하여 파라메트릭 모델링 연구를 통해 디자인의 기반을 제공할 수 있습니다. 이 설계 방법을 채택하면 반복적인 모델링을 피하고 설계 시간을 절약하여 생산 효율성과 생산 품질을 향상시킬 수 있습니다.
최근 소형 압출기의 구조에 대한 연구가 널리 논의되고 있으나, 대형 압출기에 대한 연구는 아직 탐색 단계이다. 실험 모델의 기하학적 매개변수 및 성능 지수 증폭에 대한 심층적인 연구를 통해 대형 스크류 압출기 개발을 위한 이론적 기반을 제공하여 설계 품질 및 성공률을 향상시킬 수 있습니다. 이 기사는 이축 압출기에 적용할 수 있는 유사한 증폭 이론을 바탕으로 이 분야의 현재 작업과 진행 상황을 소개하는 것을 목표로 합니다.
이축 압출기 유사 증폭 이론
이축 압출기는 단축 압출기보다 혼합 성능이 더 좋습니다. 단일 스크류 압출기의 유사한 증폭 이론에 대한 과학적 연구 끝에 이를 이축 압출기로 확장했습니다. 그림 2에서 보는 바와 같이 나선각(Φ)을 일정하게 유지한다는 전제 하에 이축 나사를 펼쳐서 식(1)과 같이 이축 나사와 단일 나사 사이의 직경 관계를 구한다. 맞물림 영역(ψ 맞물림 각도는 대략 0)의 영향을 무시함으로써 단일 나사에 대한 이축 나사 근사의 타당성이 추가로 설명됩니다.
그림 2 단일 나사 흐름 채널과 거의 동등한 트윈 나사의 유사한 다이어그램
이축 압출기의 혼합 성능과 안전성 연구는 성공적인 압출기 설계에 중요한 요소입니다. 주요 매개변수에 대한 증폭 기준을 결정하고 수치 계산을 기반으로 증폭 효과를 연구하는 것이 필요합니다. 이축 압출기에서 재료에는 부분적으로 채워진 섹션과 완전히 채워진 섹션이 있습니다. 단축 압출기에 적용할 수 있는 유사한 증폭 이론은 섹션이 완전히 채워진 이축 압출기에 적용 가능합니다. 그러나 분산형 혼합 압출기와 휘발물질 제거 이축 압출기에 대한 수요가 증가함에 따라 채널 영역을 부분적으로 채우는 비메싱 이축 압출기에 대해서도 유사한 확장 이론이 나타나기 시작했습니다. 이축 압출기의 충전 정도는 스크류 이송 용량의 중요한 지표이기 때문에 이축 압출기 흐름 채널의 다양한 충전 정도에 따라 이축 증폭 기준을 더 세분화할 수 있습니다.
01완전유로 충진의 유사 증폭 이론
흐름 채널이 완전히 채워졌다는 것은 재료가 틈 없이 흐름 채널에 완전히 채워졌음을 의미합니다. 연구진은 압출기의 완전히 채워진 부분의 길이가 압출기에서 용융된 압출 재료의 체류 시간과 전력 소비에 상당한 영향을 미친다는 사실을 발견했습니다. 유동 채널이 완전히 채워지면 나사가 완전히 채워지지 않았을 때보다 재료 특성이 더 안정적입니다. 스크류가 완전히 채워져야만 압출 제품의 일관성, 품질 및 생산량이 보장될 수 있습니다. 따라서 이축 압출기의 유사한 이론에 대한 현재 학자들의 논의는 기본적으로 흐름 채널이 완전히 채워져 있다고 가정합니다.
Li Ao는 흐름 채널을 완전히 채우기 위한 유사한 증폭 방법을 포괄적으로 비교하고 단일 스크류 압출기의 증폭 방법을 이축 압출기에 적용하여 이축 대형 기계의 변형을 위한 이론적 토대를 마련할 것을 제안했습니다. . Berzinet al. 완전히 채워진 압출기의 열 전달 계수는 매우 중요하다고 생각합니다. 표면 대 부피 비율이 직경에 따라 감소함에 따라 압출기의 열 전달 속도도 감소합니다. 따라서 시뮬레이션 계산 과정에서 나사는 단열로 정의되는 경우가 많습니다. 상태, 평가 기준 중 하나로 용융 온도를 사용합니다. 압출 공정은 열 전달에 의해 제한되기 때문에 용융물 공급 섹션에서 필요한 용융 온도를 달성하기가 쉽지 않습니다. 따라서 열전달 증폭을 사용할 경우 추가적인 실험과 모델링이 필요할 수 있습니다. Matic'은 열전달 유사 증폭 방식과 에너지 유사 증폭 방식을 실험적으로 비교한 결과, 부분적으로 채워진 영역의 용융 온도가 더 낮고, 완전히 채워진 영역에서 증폭 전후의 체류 시간이 유사한 것을 확인하여 이 두 가지 방법이 유사함을 알 수 있었습니다. 증폭 방법은 완전히 채워진 흐름에 더 적합합니다. 터널에서는 이때 압출기 내부의 혼합 성능이 더 좋습니다. 그림 3에서 볼 수 있듯이 다양한 공정에서 체류 시간과 용융 온도 분포를 조사한 결과, 완전히 채워진 흐름 채널의 체류 시간과 용융 온도는 동일한 변화 추세를 가지며 증폭된 용융 온도와 체류 시간이 있음을 알 수 있습니다. 이는 증폭 후 생성된 산물의 품질이 참조 모델의 품질과 유사함을 나타내며, 이는 증폭된 산물의 분해 문제를 해결합니다. Nakatani는 단열 지수와 비뉴턴 지수가 압출기 조건과 폴리머 특성을 결정한다고 믿었습니다. 그는 출력 증폭 지수를 주요 변수로 사용하여 열 균형 유사 증폭을 제안했으며, 일관된 용융 온도를 통해 이 방법의 타당성을 검증했습니다.
그림 3 압출기 확장 전후의 용융 온도와 국소 체류 시간 비교
이축 압출기는 혼합 기능이 좋으며 증폭 후에는 이축 압출기 내 재료의 혼합 효과에 주의를 기울여야 합니다. Qu Wenbin은 혼합 유사성 증폭 방법을 사용하여 압출기의 혼합 섹션에서 스크류 요소의 설계를 확대했습니다. 그는 완전히 채워진 흐름 채널에서 다양한 스크류 구성의 혼합 성능을 분석하고 스크류 압출기의 증폭이 스크류 구조의 기하학적 유사성을 기반으로 함을 입증했습니다. 성행위. Chen은 압출물의 품질이 기하학적 매개변수, 비에너지, 체류 시간 분포, 온도 및 압력과 같은 매개변수에 의해 결정되며 이러한 매개변수가 압출 공정 중 혼합 분포를 결정한다고 제안했습니다. Juan은 다양한 직경의 이축 압출기를 사용하여 유사한 기하학적 비율 증폭 규칙의 타당성을 개발하고 테스트했습니다. 그는 기본 공정 매개변수, 재료 흐름 속도 및 스크류 속도가 재료 특성에 거의 영향을 미치지 않는 반면, 스크류 구성은 더 큰 영향을 미친다는 사실을 발견했습니다. 위의 연구는 스크류 구성 결정을 기반으로 기하학적 유사성 증폭이 출력을 생성하고 일정한 혼합 요구 사항을 충족할 수 있지만 온도 변화가 다르다는 것을 보여줍니다. 따라서 여러 유사한 증폭 방법을 포괄적으로 적용하면 문제를 더 잘 해결할 수 있습니다.
여러 유사한 증폭 방법을 포괄적으로 사용하기 위한 전제는 스크류 구성과 배럴 조합의 기하학적 유사성을 결정하는 것입니다. 그리고 이축산업에서의 출력 증폭을 목적으로 유사체적 증폭을 수행하고 최종적으로 소형 기계의 스크류 속도를 역계산하여 대형 기계를 판별한다. 스크류 속도, 유동장 시뮬레이션은 증폭 및 혼합 성능의 안전성을 판단하는 데 사용됩니다. Dong Zhonghua는 재료 간의 혼합 및 온도 장의 균형, 즉 포괄적인 열 균형과 혼합 유사한 증폭을 통해 여러 증폭 방법을 결합하는 증폭 이론을 도출하여 ZSK 시리즈 믹서에 적용했습니다. Yue Jinfenget al. 지오메트리⁃체적⁃전단률 유사 증폭 방법을 사용하여 메인프레임의 혼합 배기 계량 섹션에 대한 증폭 연구를 수행하고 증폭된 모델의 안전성 및 혼합 성능을 탐색했습니다. 또한 평행 이축 압출기의 유사한 대형화를 기반으로 원추형 이축 압출기 역시 이와 관련하여 연구되고 논의되었습니다. Langhorst는 원추형 역회전 이축 압출기의 특수 구조의 각 기능 섹션에 대해 다양한 시뮬레이션과 유사한 증폭을 수행했습니다. Yin Qingzhen은 관련 매개변수를 무차원 상수의 형태로 요약하고 원추형 이축 압출기의 각 부품의 기능 섹션을 설계 및 확대하여 대형 압출기의 안정적인 작동을 위한 조건을 제공했습니다. Chen Simeng은 미세 요소 방법을 사용하여 에너지 재료용 원추형 이축 압출기를 이산화하고 다양한 기능 섹션에 대한 해당 증폭 이론을 확립하고 수정했습니다. 요약하면, 기존 유사 증폭 방법은 독립적인 기능 섹션의 특정 매개변수를 증폭할 수 있지만 스크류 압출기의 전체 증폭에는 여전히 단점이 있습니다. 서로 다른 기능 구간의 특성을 결합하기 위해 최적화된 유사 증폭 방식을 적용할 수 있습니다. 실제 생산. 동시에, 유사한 증폭의 타당성을 검증하고 증폭 모델의 매개변수 수준을 최적화하기 위해 교정 과정에서 다양한 매개변수의 종합적인 균형을 맞추고 평가하기 위해 직교 실험 설계를 사용하는 것이 중요한 검증 방법입니다.
02 부분유로 충진의 유사성 증폭 이론
실제 스크류 압출기 가공에서 재료는 흐름 채널의 일부만 채울 수 있지만 전체 흐름 채널을 완전히 채울 수는 없습니다. 부분 흐름 채널 충전 프로세스의 복잡성은 흐름 채널이 완전히 채워졌을 때 단상 흐름보다 훨씬 더 큽니다. 흐름 채널이 부분적으로 채워지면 재료 용융물의 유속과 전단 응력이 증가하여 압출 공정이 더욱 복잡해집니다.
MEIJER는 동회전 이축 압출기의 용융물 공급 섹션의 부분 충전 특성을 기반으로 부분 충전이나 점도 변화의 경우 채널 깊이, 층류의 유사한 증폭, 열 전달의 유사한 증폭에 대해 논의했습니다. 압출 공정(비등온, 비뉴턴 조건) 중에 심각한 흐름 누출이 발생합니다. Ganzeveld는 누출 유량이 공급 구역의 챔버 충전 정도와 관련이 있음을 지적했습니다. 부분 충전의 경우 완전히 충전된 챔버 수가 감소함에 따라 누출 유량에 영향을 미치고 생산 증폭 지수가 감소합니다. Fukudaet al. 비례적으로 확대된 운반 요소와 반죽 블록에 대해 저항 흐름 테스트를 수행하고 지정된 요소의 저항 흐름 비율을 일정하게 유지하여 유량을 증폭시키기 위한 저항 흐름 비율의 유사한 증폭을 제안했습니다.
스크류 압출기의 완전한 충진을 위한 다양한 유사한 규모 확대 방법이 제안되었기 때문에 많은 연구자들은 이러한 방법이 부분적으로 충진된 유동 채널에 적용 가능한지 여부를 연구하기 시작했습니다. Bigioet al. 이축 압출기의 부분 충전 정도와 혼합 속도가 일정하게 유지된다면 완전 충전에 적용할 수 있는 유사한 규모 확대 방법이 부분 충전 채널에도 똑같이 효과적일 것이라고 믿습니다. 완전한 충진을 전제로 제안된 유사한 규모 확장에서 스크류 형상은 이축 압출기 내에서 발생하는 혼합 및 흐름에 상당한 영향을 미칩니다. Dryeret al. 나사가 대부분 채워졌을 때 부피 유사성 증폭 이론을 제안했습니다. 부피 유사성 증폭은 나사 전체 길이의 자유 부피만 고려하고 동일한 충만도를 유지합니다. 부피 유량을 단일 변수로 사용하면 증폭 매개변수 지수는 완전 충전 시와 동일합니다. 혼합 유사성 증폭 방법도 유사합니다. Haser는 부피 유사성 증폭을 기반으로 다양한 형상의 압출 공정 증폭이 달성될 수 있으며 증폭 매개변수 추세가 일관됨을 입증했습니다. 이축 압출기의 흐름 채널을 부분적으로 채우는 데 적용 가능한 증폭 방법은 대부분 흐름 채널을 완전히 채우는 것에서 파생된다는 결론을 내릴 수 있습니다. 표 2는 이축 압출기에 일반적으로 사용되는 유사한 증폭 방법을 보여줍니다.
표 2 트윈 스크류에 일반적으로 사용되는 유사한 증폭 방법의 특성
애플리케이션
이론적으로 많은 연구자들이 유사성 증폭 이론을 실제 생산에 적용했습니다. 초기 연구는 서로 다른 유사한 증폭 방법을 비교하는 데 사용되었습니다. 정 교수는 보편적 유사성 증폭, 열전달 유사성 증폭, 기하학적 유사성 증폭을 위해 동일한 유형의 단축 압출기에 대해 실험적 검증을 수행한 결과, 기하학적 유사성 이후 확대된 모델이 출력된다는 사실을 발견했습니다. Wang Jianping은 "등가 직경" 방법을 적용하여 메싱 동회전 이축 압출기의 용융 이송 섹션의 세 가지 유사한 증폭 방법을 분석하고 대형 이축 스크류의 기술 데이터를 사용하여 보다 일치하는 결과를 얻었습니다. 실제 상황.
그림 4(a)~(c)는 다양한 증폭 방법에 따른 실험 데이터와 출력, 전력 및 속도를 비교한 것입니다. Maddock의 유사 증폭법의 데이터 경향이 실험 데이터에 더 가까운 것으로 나타났다. Nastaj 팀은 기존의 많은 방법을 기반으로 압출 출력을 최대화하고 특정 에너지 소비를 최소화하기 위해 글로벌 스크류 압출 모델을 기반으로 프로세스를 최적화하는 새로운 압출 컴퓨터 최적화 시스템을 개발했습니다. , 그림 4(d)는 전체 압출기 섹션을 시뮬레이션하여 얻은 재료 및 공정 데이터의 곡선입니다. 고형물 이송 구간에서는 충진도가 낮으며, 고형층이 사라진 후 완전히 채워진 상태에 도달합니다. 이때 압력과 온도의 명백한 변동이 발생합니다. Menge는 폴리염화비닐을 예로 들어 역회전 이축 압출기의 일정한 용융 온도와 일정한 전단 속도에서 유사한 증폭을 확인했습니다. Richter는 유사한 증폭 방법을 통해 다양한 충전 수준에서 입자의 입자 크기 분포를 얻었습니다. 흐름 채널에서 안전한 혼합을 확인하기 위해 입자 추적을 사용하는 것은 현재 효과적이고 직관적인 방법입니다.
그림 4(a)~(c)는 다양한 증폭 방법에 따른 실험 데이터와 출력, 전력 및 속도를 비교한 것입니다. Maddock의 유사 증폭법의 데이터 경향이 실험 데이터에 더 가까운 것으로 나타났다. Nastaj 팀은 기존의 많은 방법을 기반으로 압출 출력을 최대화하고 특정 에너지 소비를 최소화하기 위해 글로벌 스크류 압출 모델을 기반으로 프로세스를 최적화하는 새로운 압출 컴퓨터 최적화 시스템을 개발했습니다. , 그림 4(d)는 전체 압출기 섹션을 시뮬레이션하여 얻은 재료 및 공정 데이터의 곡선입니다. 고형물 이송 구간에서는 충진도가 낮으며, 고형층이 사라진 후 완전히 채워진 상태에 도달합니다. 이때 압력과 온도의 명백한 변동이 발생합니다. Menge는 폴리염화비닐을 예로 들어 역회전 이축 압출기의 일정한 용융 온도와 일정한 전단 속도에서 유사한 증폭을 확인했습니다. Richter는 유사한 증폭 방법을 통해 다양한 충전 수준에서 입자의 입자 크기 분포를 얻었습니다. 흐름 채널에서 안전한 혼합을 확인하기 위해 입자 추적을 사용하는 것은 현재 효과적이고 직관적인 방법입니다.
스크류 압출기의 유사한 규모 확장을 기반으로 유사한 구조 장비의 규모 확장 애플리케이션이 점차 등장했습니다. 연삭 디스크 스크류 압출기, 내부 믹서, 트윈 스크류 리파이너 및 트윈 로터 연속 믹서와 같은 장비도 유사한 확장 응용 분야를 구축하기 시작했습니다. 방법. He Xiaoling은 혼합 유사성 증폭을 기반으로 디스크 스크류 압출기 모델을 구축하는 동시에 직교 실험과 수치 시뮬레이션을 통해 매개변수를 최적화했습니다. Chen Kejuanet al. 내부 믹서 모델을 설계하기 위해 스크류 가공 기술의 기하학적 유사성과 일정한 최대 전단 응력의 유사성 기준을 사용했습니다. Hu Dongkui는 이축 압출기와 이축 리파이너의 기능과 구조를 비교한 결과 이축 리파이너와 이축 압출기가 전체적으로 가장 유사하다는 사실을 발견했으며 실험을 통해 검증할 수 있어 이축 압출기에 대한 이해를 높일 수 있습니다. 스크류 압출기. 기계의 디자인은 매우 중요합니다. Gong Shuyun은 에너지 등가를 기준으로 혼합 효과를 측정하고 이중 로터 연속 혼합기 혼합부의 유사한 증폭 설계 과정과 이론적 모델을 제안했습니다. 유사한 증폭방식에 대한 연구 아이디어가 업계에서 점점 더 주목받고 있다.
그림 4 실제 생산에서 유사한 증폭 이론의 비교 분석
결론
스크류 압출기의 유사한 확장 설계 및 적용은 스크류 구조, 속도 및 압출기의 기타 매개변수를 최적화하고 압출기의 성능을 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 최근 국내외 유사한 스크류 압출기의 scale-up 기준을 종합해보면, 어떤 방법을 사용하더라도 scale-up 실험은 스크류 압출의 안전성 확보와 혼합을 전제로 한다는 것을 알 수 있다.
그러나 스크류 압출기는 에너지 소비, 누출, 혼합 성능 및 안전성과 같은 문제를 안고 있습니다. 기존의 유사한 증폭 방식으로는 장점을 극대화할 수 없습니다. 따라서 유사성 표준과 증폭 인자의 최적화는 매우 중요합니다. 향후 연구에서는 압출기 구조 및 공정 매개변수의 최적화에서 유사성 증폭 이론의 적용 가능성을 더 탐구하고, 대형 압출기의 보다 정확한 성형, 설계 및 적용을 위한 보다 완전한 솔루션을 제공하기 위해 상응하는 실용적인 도구 및 방법을 개발해야 합니다. 이론적 지원.
