同向旋轉嚙合雙螺桿擠出機 (TSE) 特別適用于加工彩色顏料母料，具有在高吞吐率下分散、提高顏料負載水平、螺桿和機筒部件使用壽命長(cháng)以及機器操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
但不可忽視的是，色母粒的加工有其自身的一系列挑戰，例如原材料的處理、顏料的分散以及顏色變化之間的清潔度。本文將探討可用于生產(chǎn)高質(zhì)量色母粒的雙螺桿擠出機工具，提高產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)克服加工挑戰的技術(shù)。
TSE 可以被視為一個(gè)“工具箱”，為操作員或工藝工程師提供高度靈活的各種部件，這些部件可以修改和/或移動(dòng)以適應特定的共混任務(wù)。生產(chǎn)高質(zhì)量的顏料分散體已在 TSE 上得到廣泛證明，但并非每種顏料的行為和加工方式都相同。顏料的處理方式以及它們在擠出機內的加工方式對于產(chǎn)品的性能至關(guān)重要。
另外，TSE，即使被視為一個(gè)設備整體，也包括獨立單元操作的維度。要了解如何獲得性能優(yōu)良的產(chǎn)品，須仔細研究 TSE 的每個(gè)單元操作。
本文將主要關(guān)注母粒共混的分流法，而不是預混法，盡管這兩種方法都是生產(chǎn)彩色顏料母粒的可接受方法。
上游進(jìn)料
喂料機可以提供各種雙螺桿和單螺桿配置，具有各種螺桿設計以適應各種材料。
將喂料器定位在擠出機上方，對于較大程度地減少原料的流化和困氣起著(zhù)非常重要的作用。大量空氣與粉末一起被夾帶(與顆粒相比則不多)，需要一個(gè)可以逸出的地方。如果沒(méi)有過(guò)濾網(wǎng)或中央抽吸系統連接到進(jìn)料系統，則從擠壓機逸出的氣體將阻礙原料的進(jìn)料。
關(guān)于原料困氣，進(jìn)料器在擠出機上方的高度定位也很重要。一旦原料進(jìn)入進(jìn)料器，粉末就有機會(huì )壓實(shí)一點(diǎn)，增加其堆積密度。當喂料器開(kāi)始喂料時(shí)，根據擠壓機上方的高度，原料會(huì )充氣，這反過(guò)來(lái)會(huì )降低體積密度，導致進(jìn)料量出現問(wèn)題。
根據經(jīng)驗，通常不應超過(guò)15%的顏料粉末進(jìn)入擠出機的主喂料口，以防止投料出現問(wèn)題。但是，如果已經(jīng)有彩色顏料的顆粒母粒形式可用，則不會(huì )遇到進(jìn)料問(wèn)題。
對于高于20%甚至高達80%的彩色顏料粉末負載，強烈建議通過(guò)主進(jìn)料器和側進(jìn)料器分開(kāi)進(jìn)料，其中多個(gè)側進(jìn)料器可以定位在下游以添加彩色顏料。
熔融
TSE內的熔融聚合物受到許多因素的影響，包括外部加熱、內部摩擦和/或聚合物熔體的熱傳遞。TSE 設置有不同的工藝段，包括內部過(guò)程的加熱和冷卻，能量在這些區域被吸收到系統中或從系統中移除。當然，隨著(zhù)擠出機尺寸的增加，外部加熱的效果會(huì )因表面積與體積比的降低而降低。
另一個(gè)影響是擠出機內部聚合物顆?；蚍勰╊w粒之間或材料與螺桿元件之間發(fā)生的內部摩擦。例如，摩擦和剪切應力發(fā)生在捏合塊的狹窄間隙中，這受安裝的螺桿型材類(lèi)型以及吞吐量和擠出機螺桿速度的影響。聚合物熔體中的熱傳遞有助于封裝任何未熔化的聚合物，以幫助形成熔體。
分段式螺桿元件提供多種功能，可以在軸上組裝在一起以適應單元操作。
捏合和混合區的設計取決于所加工聚合物的類(lèi)型，但可以包括各種捏合元件。這些可以包括三頭和兩頭的45°(輸送)捏合元件、兩頭90°(中性)捏合元件和/或左旋(保持)捏合或輸送元件。
這些螺桿組合提供了必要的機械能和停留時(shí)間，以在聚合物向下游移動(dòng)之前有效地熔化和均化聚合物。左旋(保持)元件對 TSE 內的熔體加壓，將此部分設計為不會(huì )過(guò)度剪切和降解聚合物非常重要。同樣重要的是要注意，一旦材料離開(kāi)熔化段，它應該熔化，以便為下游引入的彩色顏料提供足夠的潤濕。
隨著(zhù)TSE技術(shù)的進(jìn)步，螺桿元件設計已經(jīng)有空間偏離在行業(yè)中廣泛使用的經(jīng)典Erdmenger螺桿元件輪廓。這些所謂的“漸開(kāi)線(xiàn)螺桿元件”的幾何形狀發(fā)生了變化，同時(shí)保持了同向旋轉TSE中的自擦拭輪廓。在熔化段和下游混合段中使用漸開(kāi)線(xiàn)元件減少了標準設計中觀(guān)察到的填料摻入限制。漸開(kāi)線(xiàn)元件使用戶(hù)能夠將填料或彩色顏料送入TSE的主進(jìn)料中，同時(shí)降低熔化不充分的風(fēng)險。
關(guān)于下游混合，漸開(kāi)線(xiàn)元件的使用也可以減少填料摻入不足的限制?？偟膩?lái)說(shuō)，漸開(kāi)線(xiàn)元件是用戶(hù)可以用來(lái)克服在混合大量填料或顏料時(shí)遇到的限制的一種工具。
側喂料
前面提到，根據配方中彩色顏料的載量，可以將一些彩色顏料添加到TSE的主進(jìn)料中，可達15%左右，具體取決于其顆粒形狀和大小。
但是當考慮到彩色顏料的高負載量(高達 80%)時(shí)，TSE的主進(jìn)料器和位于下游的側進(jìn)料器(有時(shí)是多個(gè)側進(jìn)料器)之間的材料可能會(huì )“分開(kāi)進(jìn)料”。分次進(jìn)料的比例取決于物料的種類(lèi)和裝載量；找到有效的方法是一種平衡行為。
混合/排氣
熔化部分是在TSE上生產(chǎn)彩色顏料分散體的一個(gè)非常重要的工具，下游混合部分也是如此。一旦有色顏料有效地引入TSE并且聚合物熔體對顆粒進(jìn)行適當潤濕，下游混合部分的設計對于分布和分散有色顏料至關(guān)重要。前面提到，當進(jìn)入下游側進(jìn)料器時(shí)，空氣確實(shí)會(huì )被顏料粉末夾帶，其中一些空氣通過(guò)側進(jìn)料器桶本身上的上游通風(fēng)口回流。
然而，大部分夾帶的空氣實(shí)際上進(jìn)入了下游混合部分，如果設計不正確，可能會(huì )導致夾帶的空氣向后移動(dòng)并返回到側進(jìn)料器，從而阻礙材料流動(dòng)。下游混合部分的目的是用熔體潤濕顏料，并將夾帶的空氣輸送到下游，在那里可以放置一個(gè)大氣通風(fēng)口讓空氣逸出。
脫揮發(fā)分
現在產(chǎn)品已經(jīng)完成大部分上游單元操作，材料即將離開(kāi)擠出機并進(jìn)入下游設備。有時(shí)會(huì )被忽視的一個(gè)區域是機器的脫揮發(fā)分(或脫氣)部分。這是一個(gè)重要的單元操作，因為當材料經(jīng)歷真空應用時(shí)，氣泡和/或揮發(fā)物從聚合物熔體中剝離，提供無(wú)孔且致密的顆粒。
如果顆粒中存在孔隙率，它會(huì )影響成型部件的強度和耐用性。TSE 提供了一種相當簡(jiǎn)單的真空應用方法，它由一個(gè)開(kāi)放(或通風(fēng))桶和一個(gè)連接到分離罐(或冷凝器)和真空泵的真空圓頂組成。
在某些情況下，無(wú)論應用何種真空度或使用何種擠出機螺桿速度，材料仍會(huì )從真空排氣口逸出，堵塞排氣口并阻止充分的脫揮發(fā)分。在這種情況下，有時(shí)稱(chēng)為側脫氣裝置的設備將用于幫助將材料保留在擠出機內，同時(shí)讓氣體逸出以進(jìn)行適當的脫揮發(fā)分。
加壓和造粒
工程師通常不會(huì )花太多時(shí)間來(lái)考慮TSE的增壓部分的設計。該部分中的聚合物流是由于螺桿旋轉而朝向螺桿尖的阻力流和遠離TSE排放口的上游壓力流的組合。請注意真空端口的位置，因為過(guò)多的壓力積累會(huì )導致脫揮發(fā)分問(wèn)題。
通常，色母粒的造粒將涉及線(xiàn)料或水下造粒。接近 80% 的較高著(zhù)色顏料負載量可能會(huì )導致線(xiàn)材非常脆，在這種情況下，水下造粒將是更好的選擇，但這需要根據所使用的顏料類(lèi)型進(jìn)行判斷。
