使用這些雙螺桿“工具”可提高彩色顏料分散體的質(zhì)量

雙螺桿配混擠出機(jī)是分為不同單元操作的單個(gè)設(shè)備。將每個(gè)單元操作視為工具箱的一部分，有助于確定可以添加或改進(jìn)哪些內(nèi)容以處理優(yōu)質(zhì)的色母粒。

共向嚙合雙螺桿擠出機(jī)特別適用于加工彩色顏料母粒，具有高產(chǎn)量下出色的分散性、高顏料負(fù)載水平、螺桿和機(jī)筒部件使用壽命長(zhǎng)以及機(jī)器操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

也就是說(shuō)，色母粒的加工有其自身的一系列挑戰(zhàn)，例如原料的處理、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)量色母粒的工具，以及克服加工挑戰(zhàn)，同時(shí)大限度地提高產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量的技術(shù)。

雙螺桿擠出機(jī)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零件，可以修改和/或移動(dòng)以適應(yīng)特定的配混任務(wù)。生產(chǎn)高質(zhì)量的顏料分散體在雙螺桿擠出機(jī)上得到了廣泛的證明，但并非每種顏料的行為和加工方式都相同。顏料的處理方式及其在雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)的處理方式對(duì)最終產(chǎn)品的性能至關(guān)重要。

首先，雙螺桿擠出機(jī)雖然被視為一種設(shè)備，但也包括一個(gè)單獨(dú)的單元操作的維度。為了了解如何實(shí)現(xiàn)性能的最終產(chǎn)品，仔細(xì)研究雙螺桿擠出機(jī)的每個(gè)單元操作至關(guān)重要。

本文將主要關(guān)注母料復(fù)合的分流進(jìn)料方法，而不是預(yù)混方法，盡管兩者都是生產(chǎn)彩色顏料母粒的可接受方法。

機(jī)組操作：上游進(jìn)料

首先，了解原材料原料很重要。喂料機(jī)（如雙螺桿喂料機(jī)、單螺桿喂料機(jī)等）的選擇取決于喂料的行為。一旦為每種原材料適當(dāng)?shù)剡x擇了喂料器，那么將該材料進(jìn)料到雙螺桿擠出機(jī)中可能是下一個(gè)挑戰(zhàn)。根據(jù)原料的不同，材料在實(shí)際送入機(jī)器之前可能會(huì)發(fā)生流態(tài)化和曝氣。

將進(jìn)料器放置在雙螺桿擠出機(jī)上方對(duì)于大限度地減少原料的流化和曝氣起著非常重要的作用。大量的空氣與粉末一起夾帶（不是顆粒），粉末需要一個(gè)逃逸的地方。如果沒(méi)有過(guò)濾襪或中央抽吸系統(tǒng)連接到進(jìn)料系統(tǒng)，則從擠出機(jī)逸出的氣體將阻礙進(jìn)料的進(jìn)料。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，通常不超過(guò)15%的顏料粉末應(yīng)進(jìn)入雙螺桿擠出機(jī)的主進(jìn)料。

關(guān)于原料曝氣，喂料機(jī)高度高于擠出機(jī)的位置也至關(guān)重要。一旦原料進(jìn)入進(jìn)料器，粉末就有機(jī)會(huì)壓實(shí)一點(diǎn)，從而增加其堆積密度。當(dāng)喂料機(jī)開(kāi)始喂料時(shí)，根據(jù)擠出機(jī)上方的高度，原料會(huì)充氣，這反過(guò)來(lái)會(huì)降低堆積密度，導(dǎo)致進(jìn)料量出現(xiàn)問(wèn)題。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，通常不超過(guò)15%的彩色顏料粉末應(yīng)進(jìn)入雙螺桿擠出機(jī)的主進(jìn)料，以防止進(jìn)料問(wèn)題。但是，如果已經(jīng)有彩色顏料的顆粒母粒形式，則不會(huì)遇到進(jìn)料問(wèn)題。

對(duì)于顏色顏料粉末負(fù)載量高于 20% 和任何高達(dá) 80% 的粉末，強(qiáng)烈建議在主進(jìn)料器和側(cè)喂料器之間分體進(jìn)料，其中可以在下游放置多個(gè)側(cè)進(jìn)料器以添加彩色顏料。

機(jī)組操作：熔煉

雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)的熔融聚合物受到許多因素的影響，包括外部加熱，內(nèi)部摩擦和/或聚合物熔體的熱傳遞。雙螺桿擠出機(jī)設(shè)置了不同數(shù)量的區(qū)域，包括內(nèi)部過(guò)程的加熱和冷卻，其中能量被吸收到系統(tǒng)中或從系統(tǒng)中移除。當(dāng)然，隨著擠出機(jī)尺寸的增加，由于表面體積比的減小，外部加熱的影響會(huì)降低。

另一個(gè)影響是雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)部聚合物顆?；蚍勰╊w粒之間或材料和螺桿元件之間發(fā)生的內(nèi)部摩擦。例如，摩擦和剪切應(yīng)力發(fā)生在捏合塊的狹窄間隙中。這完全受安裝的螺桿型材類型以及產(chǎn)量和擠出機(jī)螺桿速度的影響。聚合物熔體中的傳熱有助于封裝任何未熔化的聚合物，以幫助形成完整的熔體。

捏合和混合區(qū)的設(shè)計(jì)完全由被處理的聚合物的類型決定，但可以包括各種捏合元件。這些可以包括三個(gè)葉片和兩個(gè)葉片的45°（輸送）揉捏元件、兩個(gè)葉片90°（中性）揉捏部件和/或左手（保留）揉捏或輸送部件。

這些元素的組合提供了必要的機(jī)械能和停留時(shí)間，以便在聚合物向下游移動(dòng)之前有效地熔化和均質(zhì)化聚合物。左手（保持）元件對(duì)雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)的熔體加壓。重要的是將此部分設(shè)計(jì)為不會(huì)過(guò)度剪切和降解聚合物。同樣重要的是要注意，一旦材料離開(kāi)熔融部分，它應(yīng)該完全熔化，以提供適當(dāng)?shù)臐?rùn)濕正在下游引入的彩色顏料。

為了了解如何實(shí)現(xiàn)性能的最終產(chǎn)品，仔細(xì)研究雙螺桿擠出機(jī)的每個(gè)單元操作非常重要。

隨著雙螺桿擠出機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，螺桿元件設(shè)計(jì)已經(jīng)偏離了在工業(yè)中廣泛使用的經(jīng)典Erdmenger輪廓。這些所謂的“漸開(kāi)線螺桿元件”的幾何形狀發(fā)生了變化，同時(shí)保持了同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)中的自擦拭輪廓。在熔煉段和下游混合段使用漸開(kāi)線元件可減少標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中觀察到的填料摻入限制。漸開(kāi)線元件使用戶能夠?qū)⑻盍匣虿噬伭纤腿腚p螺桿擠出機(jī)的主進(jìn)料中，同時(shí)降低熔化不足的風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)于下游混合，漸開(kāi)線元素的使用也可以減少填料摻入不足的限制?？傮w而言，漸開(kāi)線元素是用戶可以用來(lái)克服在配制大量填料或顏料時(shí)遇到的限制的一種工具。

單元操作：“分體進(jìn)料”

前面提到過(guò)，根據(jù)配方中彩色顏料的負(fù)載量，根據(jù)其顆粒形狀和大小，有機(jī)會(huì)將一些彩色顏料送入雙螺桿擠出機(jī)的主進(jìn)料中高達(dá)15%左右。但是，當(dāng)考慮到彩色顏料的高負(fù)載（高達(dá)80%）時(shí)，有可能在雙螺桿擠出機(jī)的主進(jìn)料器和位于下游的側(cè)進(jìn)料器（有時(shí)是多個(gè)側(cè)進(jìn)料器）之間“拆分進(jìn)料”。分體進(jìn)料的比例取決于物料類型和裝載水平;但歸根結(jié)底，找到最有效的方法是一種平衡行為。

機(jī)組操作：下游混合/排氣

熔融部分是在雙螺桿擠出機(jī)上生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)彩色顏料分散體的非常重要的工具。下游混合部分也是如此。一旦彩色顏料被有效地引入雙螺桿擠出機(jī)中，并且聚合物熔體對(duì)顆粒進(jìn)行了適當(dāng)?shù)臐?rùn)濕，下游混合部分的設(shè)計(jì)對(duì)于分配和分散彩色顏料至關(guān)重要。前面提到過(guò)，當(dāng)進(jìn)入下游側(cè)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(cè)進(jìn)料機(jī)筒本身上的上游通風(fēng)口進(jìn)行反向排放。

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(shè)計(jì)不正確，可能會(huì)導(dǎo)致夾帶的空氣向后移動(dòng)并返回側(cè)進(jìn)料器，從而阻礙材料的流動(dòng)。下游混合部分的目的是用熔體潤(rùn)濕顏料，并將夾帶的空氣輸送到下游，在那里可以放置大氣通風(fēng)口以讓空氣逸出。

單元操作：脫揮

現(xiàn)在產(chǎn)品已經(jīng)經(jīng)歷了大部分上游單元操作，材料非常接近退出雙螺桿擠出機(jī)并進(jìn)入下游設(shè)備。有時(shí)被忽視的一個(gè)領(lǐng)域是機(jī)器的脫揮（或脫氣）部分。這是一個(gè)重要的單元操作，因?yàn)楫?dāng)材料進(jìn)行真空應(yīng)用時(shí)，氣泡和/或揮發(fā)物從聚合物熔體中剝離出來(lái)，提供無(wú)孔且致密的顆粒。

如果最終顆粒中存在孔隙，則會(huì)影響最終成型部件的強(qiáng)度和耐用性。雙螺桿擠出機(jī)提供了一種相當(dāng)簡(jiǎn)單的真空應(yīng)用方法，它由一個(gè)開(kāi)放的（或排氣）桶組成，帶有連接到分離鍋（或冷凝器）和真空泵的真空?qǐng)A頂。

在某些情況下，無(wú)論施加何種真空度或使用何種擠出機(jī)螺桿速度，材料仍然會(huì)從真空排氣口逸出，堵塞通風(fēng)口并阻止充分脫揮。在這種情況下，一種有時(shí)稱為側(cè)面脫氣裝置（ZS-EG）的設(shè)備將用于幫助將材料保持在雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)，同時(shí)讓氣體逸出以進(jìn)行適當(dāng)?shù)拿摀]。

單元操作：壓力積聚和造粒

通常不會(huì)花太多時(shí)間考慮雙螺桿擠出機(jī)壓力積聚部分的設(shè)計(jì)。 該部分中的聚合物流是由于螺桿的旋轉(zhuǎn)而流向螺桿的阻力流和上游的壓力流（遠(yuǎn)離雙螺桿擠出機(jī)的排放）的組合。請(qǐng)注意真空端口的位置，因?yàn)檫^(guò)多的壓力積聚會(huì)導(dǎo)致脫揮問(wèn)題。

通常，色母粒的造粒將涉及拉條或水下造粒。接近80%的彩色顏料的較高負(fù)載量可能會(huì)導(dǎo)致股線非常脆，在這種情況下，水下造粒將是更好的選擇，但這完全取決于所使用的顏料類型。