Allein das Verständnis der in diesem Kapitel vorgestellten physikalischen Beschreibungen kann sich für viele Leser als ausreichend nützlich erweisen und ihnen helfen, ihre Prozesse und Produkte zu verbessern.Ein Polymerextruder wird verwendet, um ein festes Polymer zu schmelzen und das geschmolzene Polymer für verschiedene Formungs- oder Formungsprozesse bereitzustellen.Die Schnecke ist die einzige funktionierende Komponente des Extruders.Alle anderen Komponenten (Motor, Getriebe, Trichter, Zylinder und Matrize usw.) bieten lediglich die notwendige Unterstützung für die ordnungsgemäße Funktion der Schnecke.Die Gesamtfunktionen eines Extruders sind unten dargestellt.
Die Förderfunktion der Überführung des zugeführten Polymers aus dem Trichter in den Schneckenkanal erfolgt außerhalb der Schnecke und hängt im Wesentlichen nicht von der Schneckenkonstruktion ab.Die Schnecke erfüllt drei Grundfunktionen: (1) Feststoffförderfunktion, (2) Schmelzfunktion und (3) Dosierfunktion oder Pumpfunktion.Die drei Schraubenfunktionen treten über den größten Teil der Schraubenlänge gleichzeitig auf und sind stark voneinander abhängig.Der geometrische Name eines Schneckenabschnitts, z. B. des Zufuhrabschnitts, siehe Kapitel 1;Abb. 1.3 zeigt nicht unbedingt die einzige Funktion des Schraubenabschnitts.Beispielsweise übernimmt der Zuführbereich nicht nur Feststoffförderfunktionen, sondern auch Schmelz- und Dosierfunktionen.Die Schnecke erfüllt auch andere Sekundärfunktionen wie verteilendes Mischen, dispersives Mischen und Scherverfeinerung oder Homogenisierung.Distributives Mischen bezieht sich auf die räumliche Neuanordnung verschiedener Komponenten, und dispersives Mischen bezieht sich auf die Reduzierung der Komponentengrößen, wie in Kapitel 2 beschrieben.Abschnitt 2.6.4.Unter Scherverfeinerung versteht man die Homogenisierung von Polymermolekülen durch Scherung.Ein Einschneckenextruder ist eine kontinuierlich arbeitende volumetrische Pumpe ohne Rückmischmöglichkeit und ohne positive Fördermöglichkeit.Was zuerst in eine Schraube hineingeht, kommt zuerst aus der Schraube heraus.Ein festes oder geschmolzenes Polymer bewegt sich durch die Kräfte, die von der rotierenden Schnecke und dem stationären Zylinder auf das Polymer ausgeübt werden, durch den Schneckenkanal.Es gibt keinen Mechanismus, um das Polymer zwangsweise entlang des Schneckenkanals zur Matrize zu transportieren.Die rotierende Schnecke ergreift das Polymer und versucht, das Polymer mit sich zu drehen.Angenommen, der Zylinder wird aus dem Extruder entfernt oder perfekt geschmiert, sodass er der Polymerbewegung keinen Widerstand entgegensetzt.Dann dreht sich das Polymer einfach mit der gleichen Geschwindigkeit mit der Schnecke und es kommt nichts aus der Schnecke.Der stationäre Zylinder übt eine Brechkraft auf das rotierende Polymer aus und lässt das Polymer leicht auf der Schneckenoberfläche gleiten.Das Polymer rotiert immer noch, während die Schnecke an der Zylinderoberfläche reibt, jedoch aufgrund des Schlupfes mit einer etwas geringeren Geschwindigkeit als die Schnecke.Das Verrutschen des Polymers auf der Schneckenoberfläche entlang des Schneckenkanals führt zu einer Ausstoßleistung.Eine geschmierte Schneckenoberfläche erhöht die Förderleistung, eine geschmierte Zylinderoberfläche verringert die Förderleistung jedoch nachteilig.Es ist klar verständlich, warum handelsübliche Schnecken hochglanzpoliert sind und gerillte Zylinder im Einzugsbereich bevorzugt werden.Obwohl viele Geschäftspraktiken eher empirisch als auf theoretischen Analysen entwickelt wurden, stimmen sie durchaus mit den zugrunde liegenden theoretischen Konzepten überein.Die Mechanismen im Inneren eines Einschneckenextruders werden untersucht, indem die Polymerquerschnitte entlang des Schneckenkanals aus „Schneckengefrierexperimenten“ untersucht werden.In einem von Maddock [1] entwickelten Experiment zum Einfrieren von Schnecken wird die Schnecke betrieben, um einen stationären Betrieb zu erreichen.Anschließend wird die Schnecke angehalten und der Zylinder (und wenn möglich auch die Schnecke) mit Wasser gekühlt, um das Polymer im Schneckenkanal einzufrieren.Der Zylinder wird erneut erhitzt, um das Polymer zu schmelzen, und die Schnecke wird aus dem Zylinder gedrückt, während das Polymer auf der Zylinderoberfläche zu schmelzen beginnt.Anschließend wird der verfestigte Polymerstreifen aus dem Schraubenkanal entfernt und an vielen Stellen aufgeschnitten, um die Querschnitte entlang des Schraubenkanals zu untersuchen.Dem Futter werden einige farbige Pellets beigemischt, um den Schmelzmechanismus und das Fließmuster sichtbar zu machen.Die farbigen Pellets behalten ihre Form, wenn sie vor dem Stoppen der Schnecke im Feststoffbett fest blieben, aber wenn sie vor dem Stoppen der Schnecke geschmolzen waren, zerbrachen sie und bildeten im Schmelzbad Streifen.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 16. Juni 2019