円錐形二軸スクリューバレルの形状は材料の混合と均質化にどのような影響を及ぼしますか?

円錐形のツインスクリューバレルの形状は、材料の混合と均質化においていくつかの方法で重要な役割を果たします。

チャネルの深さと幅: スクリューフライト間のチャネルの寸法は、材料が受けるせん断速度の重要な決定要因です。狭いチャネルではせん断速度が増加し、より強力な混合と分散が促進されます。この効果は、粘性のある材料や、凝集する傾向のある添加剤や充填剤を含む材料の場合に特に顕著です。過剰な圧力の蓄積や材料の劣化を引き起こすことなく、望ましいレベルのせん断を達成するには、チャネル寸法のバランスを保つために形状を微調整する必要があります。

スクリューピッチ: スクリューピッチはバレルに沿った材料の軸方向の動きを支配し、混合速度に大きく影響します。ピッチが狭いと、材料が単位長さあたりに経験するせん断イベントの数が増加し、より完全な混合が促進されます。ただし、ピッチが狭すぎると、摩擦加熱とせん断応力が増加し、材料の完全性が損なわれたり、溶融劣化が引き起こされる可能性があります。最適なピッチの選択には、材料のレオロジー、加工条件、および望ましい混合目的を微妙に理解することが含まれ、多くの場合、経験的試験やレオロジー分析によって情報が得られます。

スクリュー構成: スクリューフライトに沿ってさまざまな混合要素を戦略的に組み込むことで、さまざまな混合メカニズムが容易になり、全体的な混合効率が向上します。混練ブロックは強力なせん断力と伸長力を引き起こし、分配混合と分散混合を促進します。逆要素は材料の流れのパターンを乱し、材料層間の界面接触を促進することによって分配混合を強化します。分配混合要素は混沌とした流れパターンを作成し、界面面積を最大化し、完全な混合を促進します。

バレルテーパー: 円錐形二軸スクリューバレルのテーパー角度は、材料の滞留時間と流動挙動に大きな影響を与えます。テーパーが急勾配になると、材料の流れに利用できる断面積が減少するため滞留時間が長くなり、材料間のより広範な混合と相互作用が促進されます。ただし、過度に急なテーパーは材料の停滞や不均一な流量分布を引き起こす可能性があるため、混合効率と材料のスループットのバランスを保つために慎重な最適化が必要になります。

温度制御: バレルに組み込まれた正確な温度制御機構は、材料の粘度や流動挙動を制御する上で重要な役割を果たし、混合効率に影響を与えます。加熱要素は材料の溶融と粘度の低下を促進し、特に熱可塑性材料の流動と分散を促進します。逆に、冷却要素は、熱に弱い材料や反応性配合物にとって重要な、望ましい処理温度を維持しながら、過熱と材料の劣化を防ぎます。 PID (比例-積分-微分) コントローラーや熱電対アレイなどの高度な温度制御システムにより、バレル温度プロファイルの正確な制御が可能になり、混合パフォーマンスが最適化され、一貫した製品品質が保証されます。

バレルの長さ: バレルの長さは、処理ゾーン内の材料の滞留時間と混合ステージの数に直接影響します。バレルが長いと滞留時間が長くなり、混合の機会が増えるため、予混合、分散、最終均質化などの一連の処理ステップが容易になります。ただし、バレルの長さが長すぎると、不必要なエネルギー消費や滞留時間の分布の問題が発生する可能性があるため、処理目的と材料特性を慎重に考慮する必要があります。

コニカルツインバレルスクリュー
Conical twin barrel screw