了解 TSE 中的邊界條件 - 什么限制了以更高的速率運(yùn)行？

同旋、相互嚙合的雙螺桿擠出機(jī)將塑料與添加劑和填料混合，以賦予產(chǎn)品所需的性能。分散/分配混合和排氣在TSE工藝部分戰(zhàn)略性地執(zhí)行。與大多數(shù)制造操作一樣，雙螺桿系統(tǒng)的目標(biāo)通常是在制造優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的同時(shí)以可達(dá)到的速度運(yùn)行。

根據(jù)定義，“邊界條件”是阻止產(chǎn)生更高吞吐率的操作參數(shù)。一個(gè)簡(jiǎn)單的例子是螺桿轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)速，因此，如果螺桿轉(zhuǎn)速?gòu)?400 增加到 800，只要沒(méi)有遇到另一個(gè)邊界條件，可達(dá)到的公斤/小時(shí)也可能翻倍。典型邊界條件的示例如下：

扭矩：扭矩限制過(guò)程是指電機(jī)沒(méi)有足夠的功率（kW 或 HP）來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)螺釘并將材料泵送通過(guò) TSE 工藝段和前端/模具系統(tǒng)。螺旋軸是限制 TSE 扭矩傳遞的原因。螺桿軸額定值以牛頓米或同等值（兩個(gè)軸）表示，設(shè)計(jì)系數(shù)包括：軸截面尺寸、軸冶金、花鍵幾何形狀和軸硬化工藝。先進(jìn)的不對(duì)稱花鍵軸從電機(jī)傳遞動(dòng)力，將切向力矢量隔離到螺桿中。

餾熔HDPE或PP配方的加工可能會(huì)受到扭矩限制，因此具有較高NM扭矩額定值（在其他條件相同的情況下）的TSE的運(yùn)行速率高于具有較低扭矩額定值的TSE。提高扭矩限制工藝速率的TSE因素可能涉及去除捏合元件和增加熔煉區(qū)中的區(qū)域溫度設(shè)定值。

體積：體積限制過(guò)程是指 TSE 中的可用體積阻止更多材料計(jì)量到過(guò)程部分。外螺桿直徑除以內(nèi)螺桿直徑（稱為外徑/內(nèi)徑比）是給定螺桿直徑下 TSE 中可用自由體積的指標(biāo)。由于雙螺桿制造商沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化的螺桿尺寸，因此cc/直徑是指標(biāo)。例如，當(dāng)將 70 mm TSE 與 1.55 OD/ID 比 240 cc/dia 與 ZSE-75 MAXX （1.66 OD/ID 比和 300 cc/直徑）進(jìn)行比較時(shí)，在其他條件相同的情況下，吞吐量有望提高 30%。其他可以提高體積限制過(guò)程的可實(shí)現(xiàn)速率的因素旨在保持進(jìn)料密度，包括：物料搬運(yùn)設(shè)備，失重式喂料機(jī)到TSE（或側(cè)填充器）的落差距離，帶擋板落槽的超大側(cè)填充螺桿，真空輔助處理，機(jī)筒溫度曲線，TSE工藝部分中的螺桿和排氣設(shè)計(jì)。

傳質(zhì)-分散混合：薄膜或纖維工藝中色母粒的分散混合要求可能會(huì)設(shè)定邊界條件，并成為實(shí)現(xiàn)更高速率的限制因素。分散混合依賴于旋轉(zhuǎn)螺桿施加到聚合物基體上的強(qiáng)力。較寬的捏合元件突出了拉伸混合和平面剪切效應(yīng)，從而導(dǎo)致分散混合。相比之下，窄揉捏元素有助于高分割率混合，拉伸效應(yīng)小，從而產(chǎn)生分配混合效果。捏合元件可以布置為正向間距（侵蝕性較?。?、中性或反向間距。

以下陳述有助于理解任何 TSE 固有的混合效果： - 通道區(qū)域：TSE通道中的混合速率類(lèi)似于單螺桿擠出機(jī)（與其他TSE區(qū)域相比要低得多） - 飛越間隙：在螺桿頂端和機(jī)筒壁之間是材料發(fā)生顯著平面剪切效應(yīng)的地方 - 拉伸混合： 當(dāng)材料在從通道到飛越間隙的過(guò)渡中“加速、拉伸和斷裂”時(shí)，就會(huì)發(fā)生拉伸混合 - 頂點(diǎn)（上/下）：上頂點(diǎn)和下頂點(diǎn)區(qū)域是材料“感覺(jué)”第二個(gè)螺釘?shù)牡胤剑瑢?dǎo)致方向流動(dòng)變化、壓縮/膨脹和軸向混合效果 - 中間嚙合：少量、有限的材料在螺桿之間通過(guò)，并經(jīng)歷強(qiáng)烈的剪切力（可能還會(huì)退化）

進(jìn)料速率與螺桿轉(zhuǎn)速的關(guān)系決定了停留時(shí)間分布，并通過(guò)螺桿設(shè)計(jì)和溫度曲線來(lái)調(diào)節(jié)工藝的傳質(zhì)/混合特性。

分散混合應(yīng)用以相對(duì)較低的吞吐率運(yùn)行。隨著速率的降低或增加（在恒定的螺桿轉(zhuǎn)速下），材料在剪切效應(yīng)和延伸流場(chǎng)占主導(dǎo)地位的混合區(qū)花費(fèi)的時(shí)間或多或少，因此“混合體驗(yàn)”受到影響。

傳質(zhì)-脫揮/氣體去除：TSE非常適合DV，因?yàn)門(mén)SE工藝段的壓力梯度易于設(shè)計(jì)，以適應(yīng)通風(fēng)口下方的零壓力，以防止排氣口溢流。脫揮（DV）是一種傳質(zhì)受限過(guò)程，在TSE過(guò)程中，未反應(yīng)的單體，溶劑，水或其他不需要的揮發(fā)性污染物從聚合物熔體中去除。（高達(dá)25%是可行的）增加螺桿轉(zhuǎn)速和/或降低速率通常會(huì)提高DV效率。通風(fēng)口可以按順序和大氣，或者可以應(yīng)用真空以進(jìn)一步增強(qiáng)脫揮效果。在高螺桿轉(zhuǎn)速下，配方可能會(huì)發(fā)生降解。

影響脫揮效率的因素包括：

通風(fēng)口或通風(fēng)口下的停留時(shí)間 - 越長(zhǎng)越好，但是...

- 氧氣、剪切力、時(shí)間和溫度可能導(dǎo)致降解和副反應(yīng)

- 了解降解動(dòng)力學(xué)

熔體的表面積 - 越高越好

- 較小的熔池

- 增加螺絲轉(zhuǎn)速

- 降低率

表面更新-越高越好

- 更新的表面來(lái)自滾動(dòng)的水池和部分填充的螺桿通道

- 增加螺絲轉(zhuǎn)速

熔體溫度（Tm）：必須取得平衡，以賦予足夠的剪切（和能量）到工藝中，以熔化聚合物并促進(jìn)混合/脫揮，降解效應(yīng)小。無(wú)一例外，Tm升高會(huì)導(dǎo)致聚合物配方的降解。許多因素直接影響Tm，包括但不限于：

- 螺桿轉(zhuǎn)速（通常越低越好，峰值剪切越低）

- 熔化區(qū)（擴(kuò)展熔融區(qū)和高溫設(shè)定點(diǎn)可能會(huì)有所幫助）

- 混合元件（混合質(zhì)量仍然實(shí)現(xiàn)） - 排氣壓力（由于泵送元件的飛越混合較少，因此越低越好）

- 外徑/內(nèi)徑比（外徑/內(nèi)徑比越高，平均剪切力越低）

- 機(jī)筒設(shè)計(jì)（密集冷卻孔幫助，2個(gè)入口/出口，即桶被認(rèn)為是先進(jìn)的）

雙螺桿工藝段的停留時(shí)間通常在 15 秒到 1+ 分鐘范圍內(nèi)。與 TSE 放電 Tm 相比，高溫下延長(zhǎng)的停留時(shí)間可能是導(dǎo)致性能下降的主要原因。 包括換網(wǎng)器、齒輪泵和模具的前端系統(tǒng)將要求 TSE 降低較低的 Tm 輸入要求。

研發(fā)階段原材料的稀缺性/成本 - 在早期開(kāi)發(fā)階段，可用的昂貴材料數(shù)量通常有限。因此，挑戰(zhàn)在于擠出一個(gè)可以放大的可用樣品。為了適應(yīng)有限的批處理，雙螺桿擠出機(jī)指定使用小容量螺桿（1.2/1 OD/ID 比，1 cc 直徑自由體積）和用于微批量取樣的專(zhuān)用進(jìn)料機(jī)構(gòu)。（即總共50克），以便為放大目的進(jìn)行取樣。

上游和/或下游有限 - ZSE-MAXX系統(tǒng)就像一條鏈，它只與薄弱的環(huán)節(jié)一樣強(qiáng)大。雙螺桿擠出機(jī)和各種輔助設(shè)備通常有多個(gè)進(jìn)料流。然后將芯片和下游系統(tǒng)連接到ZSE-MAXX前端。如果制造“列車(chē)”中的任何組件不能完成這項(xiàng)工作，則系統(tǒng)的整體kgs/hr將受到該設(shè)備的限制。