Alleen al het begrijpen van de fysieke beschrijvingen die in dit hoofdstuk worden gepresenteerd, kan voor veel lezers voldoende nuttig blijken te zijn en hen helpen hun processen en producten te verbeteren.Een polymeerextruder wordt gebruikt om een vast polymeer te smelten en het gesmolten polymeer af te leveren voor verschillende vormings- of vormgevingsprocessen.De schroef is het enige werkende onderdeel van de extruder.Alle andere componenten (motor, versnellingsbak, trechter, loop en matrijs, enz.) bieden slechts de noodzakelijke ondersteuning om de schroef goed te laten functioneren.De algemene functies van een extruder worden hieronder weergegeven.
De toevoerfunctie van het overbrengen van het toevoerpolymeer van de trechter naar het schroefkanaal vindt plaats buiten de schroef en is in wezen niet afhankelijk van het schroefontwerp.De schroef vervult drie basisfuncties: (1) transportfunctie voor vaste stoffen, (2) smeltfunctie en (3) doseerfunctie of pompfunctie.De drie schroeffuncties treden gelijktijdig op over het grootste deel van de schroeflengte en zijn sterk van elkaar afhankelijk.De geometrische naam van een schroefsectie, zoals een voedingssectie, weergegeven in hoofdstuk 1;Fig. 1.3 geeft niet noodzakelijkerwijs de enige functie van het schroefgedeelte aan.De toevoersectie vervult bijvoorbeeld niet alleen het transporteren van vaste stoffen, maar ook de functies voor smelten en doseren.De schroef vervult ook andere secundaire functies, zoals distributief mengen, dispersief mengen en afschuifraffinage of homogenisatie.Distributief mengen verwijst naar de ruimtelijke herschikking van verschillende componenten, en dispersief mengen verwijst naar het verkleinen van de componentgroottes, zoals beschreven in hoofdstuk 2;Sectie 2.6.4.Afschuifraffinage verwijst naar homogenisatie van polymeermoleculen door afschuiving.Een enkelschroefsextruder is een continue volumetrische pomp zonder terugmengmogelijkheid en zonder positieve transportmogelijkheid.Wat als eerste in een schroef gaat, komt ook als eerste uit de schroef.Een polymeer, vast of gesmolten, beweegt door het schroefkanaal door de krachten die door de roterende schroef en het stationaire vat op het polymeer worden uitgeoefend.Er is geen mechanisme om het polymeer positief langs het schroefkanaal naar de matrijs te transporteren.De roterende schroef grijpt het polymeer vast en probeert het polymeer mee te laten draaien.Stel dat de loop uit de extruder wordt verwijderd, of perfect wordt gesmeerd, zodat deze geen weerstand biedt tegen de beweging van het polymeer.Vervolgens draait het polymeer gewoon met dezelfde snelheid met de schroef mee en komt er niets uit de schroef.De stationaire cilinder geeft een breekkracht aan het roterende polymeer en zorgt ervoor dat het polymeer lichtjes over het schroefoppervlak glijdt.Het polymeer roteert nog steeds terwijl de schroef over het vatoppervlak wrijft, maar met een iets lagere snelheid dan de schroef, vanwege het slippen.Het slippen van het polymeer op het schroefoppervlak langs het schroefkanaal resulteert in een uitvoersnelheid.Een gesmeerd schroefoppervlak verhoogt de uitvoersnelheid, maar een gesmeerd cilinderoppervlak verlaagt de uitvoersnelheid nadelig.Het is duidelijk begrijpelijk waarom commerciële schroeven sterk gepolijst zijn en waarom gegroefde tonnen in het invoergedeelte de voorkeur hebben.Hoewel veel handelspraktijken eerder empirisch zijn ontwikkeld dan gebaseerd op theoretische analyses, komen ze zeker overeen met de onderliggende theoretische concepten.De mechanismen in een extruder met enkele schroef worden bestudeerd door de polymeerdwarsdoorsneden langs het schroefkanaal te onderzoeken, ontleend aan ‘schroefbevriezingsexperimenten’.In een schroefbevriezingsexperiment, ontwikkeld door Maddock [1], wordt de schroef gedraaid om een stabiele werking te bereiken.Vervolgens wordt de schroef gestopt en wordt waterkoeling toegepast op de loop (en indien mogelijk ook op de schroef) om het polymeer in het schroefkanaal te bevriezen.Het vat wordt opnieuw verwarmd om het polymeer te smelten, en de schroef wordt uit het vat geduwd zodra het polymeer op het oppervlak van het vat begint te smelten.Vervolgens wordt de gestolde polymeerstrip uit het schroefkanaal verwijderd en op veel plaatsen doorgesneden om de dwarsdoorsneden langs het schroefkanaal te onderzoeken.Er worden enkele gekleurde korrels door het voer gemengd om het smeltmechanisme en het stromingspatroon zichtbaar te maken.De gekleurde pellets behouden hun vorm als ze vast bleven in het vaste bed voordat de schroef stopte, maar ze schraapten en werden strepen in het smeltbad als ze gesmolten waren voordat de schroef stopte.
Posttijd: 16 juni 2019