了解 TSE 中的边界条件 - 什么限制了以更高的速率运行？

了解 TSE 中的边界条件 - 什么限制了以更高的速率运行？

同旋、相互啮合的双螺杆挤出机将塑料与添加剂和填料混合，以赋予产品所需的性能。分散/分配混合和排气在TSE工艺部分战略性地执行。与大多数制造操作一样，双螺杆系统的目标通常是在制造优质产品的同时以可达到的速度运行。

根据定义，“边界条件”是阻止产生更高吞吐率的操作参数。一个简单的例子是螺杆转速/转速，因此，如果螺杆转速从 400 增加到 800，只要没有遇到另一个边界条件，可达到的公斤/小时也可能翻倍。典型边界条件的示例如下：

扭矩：扭矩限制过程是指电机没有足够的功率（kW 或 HP）来转动螺钉并将材料泵送通过 TSE 工艺段和前端/模具系统。螺旋轴是限制 TSE 扭矩传递的原因。螺杆轴额定值以牛顿米或同等值（两个轴）表示，设计系数包括：轴截面尺寸、轴冶金、花键几何形状和轴硬化工艺。先进的不对称花键轴从电机传递动力，将切向力矢量隔离到螺杆中。

馏熔HDPE或PP配方的加工可能会受到扭矩限制，因此具有较高NM扭矩额定值（在其他条件相同的情况下）的TSE的运行速率高于具有较低扭矩额定值的TSE。提高扭矩限制工艺速率的TSE因素可能涉及去除捏合元件和增加熔炼区中的区域温度设定值。

体积：体积限制过程是指 TSE 中的可用体积阻止更多材料计量到过程部分。外螺杆直径除以内螺杆直径（称为外径/内径比）是给定螺杆直径下 TSE 中可用自由体积的指标。由于双螺杆制造商没有标准化的螺杆尺寸，因此cc/直径是指标。例如，当将 70 mm TSE 与 1.55 OD/ID 比 240 cc/dia 与 ZSE-75 MAXX （1.66 OD/ID 比和 300 cc/直径）进行比较时，在其他条件相同的情况下，吞吐量有望提高 30%。其他可以提高体积限制过程的可实现速率的因素旨在保持进料密度，包括：物料搬运设备，失重式喂料机到TSE（或侧填充器）的落差距离，带挡板落槽的超大侧填充螺杆，真空辅助处理，机筒温度曲线，TSE工艺部分中的螺杆和排气设计。

传质-分散混合：薄膜或纤维工艺中色母粒的分散混合要求可能会设定边界条件，并成为实现更高速率的限制因素。分散混合依赖于旋转螺杆施加到聚合物基体上的强力。较宽的捏合元件突出了拉伸混合和平面剪切效应，从而导致分散混合。相比之下，窄揉捏元素有助于高分割率混合，拉伸效应小，从而产生分配混合效果。捏合元件可以布置为正向间距（侵蚀性较小）、中性或反向间距。

以下陈述有助于理解任何 TSE 固有的混合效果： - 通道区域：TSE通道中的混合速率类似于单螺杆挤出机（与其他TSE区域相比要低得多） - 飞越间隙：在螺杆顶端和机筒壁之间是材料发生显着平面剪切效应的地方 - 拉伸混合： 当材料在从通道到飞越间隙的过渡中“加速、拉伸和断裂”时，就会发生拉伸混合 - 顶点（上/下）：上顶点和下顶点区域是材料“感觉”第二个螺钉的地方，导致方向流动变化、压缩/膨胀和轴向混合效果 - 中间啮合：少量、有限的材料在螺杆之间通过，并经历强烈的剪切力（可能还会退化）

进料速率与螺杆转速的关系决定了停留时间分布，并通过螺杆设计和温度曲线来调节工艺的传质/混合特性。

分散混合应用以相对较低的吞吐率运行。随着速率的降低或增加（在恒定的螺杆转速下），材料在剪切效应和延伸流场占主导地位的混合区花费的时间或多或少，因此“混合体验”受到影响。

传质-脱挥/气体去除：TSE非常适合DV，因为TSE工艺段的压力梯度易于设计，以适应通风口下方的零压力，以防止排气口溢流。脱挥（DV）是一种传质受限过程，在TSE过程中，未反应的单体，溶剂，水或其他不需要的挥发性污染物从聚合物熔体中去除。（高达25%是可行的）增加螺杆转速和/或降低速率通常会提高DV效率。通风口可以按顺序和大气，或者可以应用真空以进一步增强脱挥效果。在高螺杆转速下，配方可能会发生降解。

影响脱挥效率的因素包括：

通风口或通风口下的停留时间 - 越长越好，但是...

- 氧气、剪切力、时间和温度可能导致降解和副反应

- 了解降解动力学

熔体的表面积 - 越高越好

- 较小的熔池

- 增加螺丝转速

- 降低率

表面更新-越高越好

- 更新的表面来自滚动的水池和部分填充的螺杆通道

- 增加螺丝转速

熔体温度（Tm）：必须取得平衡，以赋予足够的剪切（和能量）到工艺中，以熔化聚合物并促进混合/脱挥，降解效应小。无一例外，Tm升高会导致聚合物配方的降解。许多因素直接影响Tm，包括但不限于：

- 螺杆转速（通常越低越好，峰值剪切越低）

- 熔化区（扩展熔融区和高温设定点可能会有所帮助）

- 混合元件（混合质量仍然实现） - 排气压力（由于泵送元件的飞越混合较少，因此越低越好）

- 外径/内径比（外径/内径比越高，平均剪切力越低）

- 机筒设计（密集冷却孔帮助，2个入口/出口，即桶被认为是先进的）

双螺杆工艺段的停留时间通常在 15 秒到 1+ 分钟范围内。与 TSE 放电 Tm 相比，高温下延长的停留时间可能是导致性能下降的主要原因。 包括换网器、齿轮泵和模具的前端系统将要求 TSE 降低较低的 Tm 输入要求。

研发阶段原材料的稀缺性/成本 - 在早期开发阶段，可用的昂贵材料数量通常有限。因此，挑战在于挤出一个可以放大的可用样品。为了适应有限的批处理，双螺杆挤出机指定使用小容量螺杆（1.2/1 OD/ID 比，1 cc 直径自由体积）和用于微批量取样的专用进料机构。（即总共50克），以便为放大目的进行取样。

上游和/或下游有限 - ZSE-MAXX系统就像一条链，它只与薄弱的环节一样强大。双螺杆挤出机和各种辅助设备通常有多个进料流。然后将芯片和下游系统连接到ZSE-MAXX前端。如果制造“列车”中的任何组件不能完成这项工作，则系统的整体kgs/hr将受到该设备的限制。