По какой-то причине, есть много барьерных шнеков, работающих со смесителями с большими сдвиговыми усилиями, когда распределительный смеситель, как правило, является лучшим выбором.
Есть много типов смесительных устройств, используемых на одношнековых экструдерах. Они различаются или, будучи в основном дисперсионными, или сдвиговыми устройствами, которые добавляют мощности плавления полимера, или перераспределительными устройствами, которые смешивают по существу путем разделения расплава много раз, чтобы распределить второстепенный компонент в виде слоев по всему основному компоненту. Все смесители обязательно имеют некоторые из этих особенностей.
Использование этих перемешивающих устройств влияет на общую производительность шнека. Поперечные смесители, наиболее распространенные из которых упоминаются как смесители Иган и Лерой, датируются концом 1960-х годов. Смеситель Лерой более широко известен как смеситель Маддок или UCC из-за работ экструзионной легенды Брюса Маддокк в Union Carbide Corp.
Позднее, был разработан спиральный смеситель Маддок, который включает в себя черты обеих конструкций, и, как представляется, наиболее широко используется в настоящее время (рис. 1). Об этих смесителях уже было написано достаточно много, так что нет необходимости описывать их здесь еще раз.
Смесители Иган и Маддок первоначально были разработаны для улучшения качества расплава обычных шнеков (безбарьерных). Они были использованы для обработки многих различных полимеров в различных применениях, но увидели свою реальную ценность в обработке кристаллических полимеров, в основном полиолефинов. Они получили почти немедленное признание на рынке в силу того, что значительно улучшили как выход, так и качество расплава.
В 1961 году, до того как были введены в работу эти смесительные секции, конструкция барьерного шнека для обработки резины была разработана Гейером в фирме Uniroyal. Вскоре после этого, его концепцию разделения расплава/твердого вещества стали пытаться вводить в обработку термопластичных полимеров, и в течение примерно 10 лет барьерный шнек пришёл в современное положение на рынке. Барьерные шнеки устраняют необходимость в дополнительных смесителях, так как плавление может контролироваться и завершаться в секции барьера, без необходимости в смесителях высокого сдвига.
Тем не менее, даже сегодня есть довольно много барьерных шнеков, оснащенных смесителями высокого сдвига, тогда как их потребность теоретически была исключена из барьерных шнеков. Я нахожу, что это озадачивает.
При правильной конструкции, как только материал проходит через секцию барьера в этих шнеках, он должен быть полностью расплавлен. В большинстве случаев добавление дисперсионного или сдвигового смесителя после секции барьера приведет к ненужному увеличению температуры расплава, снижает производительность из-за добавленного падения давления, и приводит к более высокому потреблению энергии, как в процессе экструзии, так и в последующих процессах охлаждения. Большую часть времени распределительный смеситель был бы лучшим выбором для гомогенизации температуры, цвета или распределения добавок, обеспечивая при этом минимальное дополнительное увеличение температуры расплава и сокращение выхода.
Есть много типов распределительных смесителей, и их выбор зависит от свойств того, что должно быть смешано, пропорции каждого компонента, и L/D шнека. Некоторые из наиболее распространенных распределительных смесителей представлены на рис. 2.
Стиль Сэкстон обеспечивает смешивание путем деления расплава на несколько каналов, в то время как прерываемая ширина нарезки шнека обеспечивает смешивание между этими каналами. Но в принципе, эта конструкция опирается на те же принципы смешивания, как и с секцией дозирования, и является наиболее эффективной, прежде всего, для термической гомогенизации. Преимущество Сэкстона может быть в том, что он предназначен для очень низкого перепада давления.
Штыревые смесители могут разделить расплав много раз, создавая по существу экспоненциальные деления на основе количества штырьков и рядов. Смесители этого типа минимизируют ограничения ламинарного потока при смешивании, и могут смешивать материалы существенно различающейся вязкости, создавая бесконечное число слоев. Их недостаток заключается в том, что они могут создавать значительное падение давления.
Ананасовые смесители делят расплав как штыревые, но сводят разделения под разными углами для хаотического перемешивания. Они очень полезны при добавлении цвета.
Вне зависимости от выбранного типа смесителя, распределительные типы, кажется, соответствуют потребностям барьерных шнеков лучше, чем дисперсионные смесители сдвигового типа, за исключением тех случаев, когда существует конкретное требование для интенсивного сдвига частиц, которые достаточно малы, чтобы пройти через участок барьера неочищенными.