Cómo comparar Barrera Tornillos tecnología de los plásticos

Cómo comparar los husillos de barrera

Las simulaciones por ordenador se basan en la idea de que la zona del canal de fusión primaria es la influencia clave en la capacidad de fusión de un tornillo de barrera, aunque la profundidad del canal también juega un papel.

Tornillo Diam. = 4.492 pulg. Plomo primario = 4.500 pulg. Barrera de plomo = 4,9038 pulg. Axial Barrera de longitud = 45 en. Helicoidal Longitud = 148.75 en. Promedio de Sólidos Ancho de canal = 1,9247 pulg. De fusión Área = 1.9247 x 148.73 = 286.27 metros cuadrados en. Capacidad de fusión (LDPE) = 539 lb / hr la barrera Maillefer, pateneted en 1967, fue el primer dispositivo de separación de masa fundida. Se retiene los sólidos en el canal primario, eliminando la ruptura de la cama de sólidos y mejorar la capacidad de fusión y derretir calidad.

Tornillo Diam. = 4.492 pulg. Plomo primario = 4.500 pulg. Barrera de plomo = 4.500 pulg. Axial Barrera de longitud = 45 en. Helicoidal Longitud = 148.10 en. Canal ancho primario = 2.500 pulg. Melt Ancho de canal = 1.149 pulg. De fusión Área = 2,500 X 148.10 = 370.25 cuadrados en. Capacidad de fusión (LDPE) = 697 lb / hr el canal de fusión primario Schippers / Barr consigue menos profunda como el canal auxiliar se profundiza. Un vuelo primaria recta aumenta el área de fusión en contacto con la pared del cilindro, con respecto al diseño de Maillefer.

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Tornillo Diam. = 4.492 pulg. Plomo primario = 6,30 pulg. Barrera de plomo = Varía axial Barrera de longitud = 45 en. Helicoidal Longitud = 107.42 en. La media del canal Anchura = 3.053 pulg. De fusión Área = 3.053 X 107.42 = 328 pulgadas cuadradas. Capacidad de fusión (LDPE) = 617 lb / hr de Wheeler DSB-1 barrera para Davis-Standard toma prestado de Maillefer, Schippers / Barr, y Dray. Utiliza tres anchuras de plomo diferentes, lo que reduce la zona de fusión.

Tornillo Diam. = 4.492 pulg. Plomo primario = 6,75 pulg. Barrera de plomo = 6,75 pulg. Axial Barrera de longitud = 45 en. Helicoidal Longitud = 104.29 en. Primaria Ancho de canal = 4,0883 pulg. De fusión Área = 4.0883 x 104.29 = 426.37 pulgadas cuadradas. Capacidad de fusión ( LDPE) = 798 lb / hr la anchura del canal primario de Dray llevar los sólidos sigue siendo el mismo incluso después de que se une el canal auxiliar, lo que permite una zona de fusión mayor que otros diseños de barrera.

Extrusora diseño de alimentación-tornillo, más que cualquier otra parte de un sistema de extrusión, determina la productividad y la calidad del producto extruido. diseñadores de tornillo se les pide constantemente para mejorar la cantidad de producción sin sacrificar la calidad—o para mejorar ambas cosas al mismo tiempo. tornillos de alimentación de tipo de barrera son los diseños más utilizados en alto rendimiento, extrusión de alta calidad. En las aplicaciones que también requieren baja temperatura de fusión, tales como película soplada, que son la norma.

Con los años, los diseños básicos barrera de los tornillos se han mantenido bastante constante. Durante décadas hubo tres patentes básicas y una media docena de grandes patentes de perfeccionamiento, todos los cuales han sido durante mucho tiempo en el dominio público. Un par de ellos se convirtió en secciones de mezcla, pero la mayoría de estos diseños están disponibles en más o menos su forma original a partir de una variedad de fabricantes de hoy en día. Procesadores, sin embargo, tienen poca capacidad para evaluar y comparar su rendimiento, a falta de prueba y error.

capacidad de fusión de modelado

Una simulación por ordenador fue desarrollado para proporcionar un vehículo tal para la comparación. Es un método sencillo que puede distinguir fácilmente las capacidades de fusión de diferentes diseños de barrera. Como velocidad de fusión es siempre un factor primordial en la capacidad de rendimiento, este factor es el elegido para la evaluación.

capacidad de fusión en una sección de barrera está determinada principalmente por la zona de fusión del canal de sólidos-cama que está en contacto con la superficie del barril. Así, el diseño de barrera con la mayor capacidad de fusión es la que tiene la mayor área de fusión de canal en contacto con la pared del cilindro. Relacionar capacidad de fusión directamente a esta superficie es algo así como una simplificación, ya que hay otras variables que intervienen—profundidad del canal, por ejemplo, lo que requeriría el cálculo del efecto de la transferencia de calor por conducción de la masa fundida a los sólidos adyacentes. secciones de barrera también típicamente contribuyen de mezcla, así como de fusión. Pero de fusión es la función clave.

zona de fusión es sólo un ingrediente en un diseño de tornillo éxito. alimentación- y la sección de medición diseños inadecuados pueden restar valor a partir de una sección de barrera diseñado correctamente.

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La simulación por ordenador también se puede utilizar para mejorar los diseños de barrera de tornillo mediante el reconocimiento de la importancia de la zona de fusión en el rendimiento total del tornillo. Nuestro modelo matemático para la sección de fusión de un tornillo de barrera se basa en cálculos desarrollados por Zehev Tadmor y Imrich Klein en su libro de texto, Principios de Ingeniería de plastificación de extrusión (Van Nostrand / Reinhold, 1970). Tadmor y Klein desarrollaron fórmulas para la simulación de la zona de fusión de un tornillo convencional, no de barrera. Su trabajo se modificó para calcular de fusión en el canal primario de un diseño de barrera.

Para comprobar las suposiciones en la simulación por ordenador, el programa se verificó con datos de experimentos llevados a cabo en una de 3,5 pulgadas. diam. 30:. 1 L / D del extrusor de laboratorio en Dray Mfg La resina utilizada tanto para las simulaciones y pruebas de laboratorio era un LDPE 1-MI.

BASIC & patentes de perfeccionamiento

Los nueve diseños históricamente significativos tornillo de barrera incluyen tres patentes básicas—Maillefer, Schippers, y Dray—y seis patentes de mejora. La tecnología de barrera-tornillo de alimentación se inició con la patente de Maillefer básica Swiss y posterior EE.UU. patente # 3358327, presentada en 1960 para un vuelo de barrera que retiene los sólidos no fundidos en un canal primario mientras que la resina fundida pasa aguas abajo en un canal auxiliar.

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Schippers’ básico EE.UU. patente # 3.701.512, presentada en abril de 1971, tiene dos configuraciones diferentes. La primera tiene canales paralelos con el canal primario o entrada de reductor en profundidad mientras que el canal auxiliar o la masa fundida (en el otro lado de la barrera de vuelo) aumenta en profundidad. La segunda configuración añade mezclado distributivo por la transposición de la primaria y los vuelos auxiliares. Esto hace que la resina en el canal de masa fundida para mezclar con la resina en el lado de salida del canal primario.

El Dray básico EE.UU. patente # 3650652, presentada en 1970, aumenta el área de fusión con una ventaja ya al final de la sección de alimentación. El cable más largo permite que el canal auxiliar para ser incluido, mientras que la anchura de los sólidos del lecho en el canal primario permanece sin cambios.

patentes de perfeccionamiento son las patentes que tienen precedente. Ellos están destinados a proporcionar una nueva tecnología que mejora el estado de la técnica. Seis patentes de perfeccionamiento añadir una nueva tecnología para estos tres diseños básicos. Las dos primeras patentes de diseño europeo básicos nunca fueron utilizados comercialmente en los EE.UU., pero vinieron aquí a través de patentes de perfeccionamiento en ellos. Patente de EE.UU. 3.375.549 de Geyer #, presentada en 1961, y la patente de EE.UU. Lacher / de MRN # 3271819, presentada en el 62, mejoran en Maillefer. Barr EE.UU. patente # 3.698.541, presentada en 1971, y la patente de EE.UU. 4.000.884 de Chung #, presentada en el ’75, mejorar el Schippers. Kim EE.UU. patente # 3.867.079, presentada en el 72, y la patente de EE.UU. 4.341.474 de Wheeler #, presentada en el ’80, mejoran en Dray. (Sin embargo, la barrera Wheeler / DSB-1 de Davis-Standard Corp. es más un híbrido—es decir, que combina elementos de Maillefer, Schippers, y Dray.)

Debido a que las patentes de perfeccionamiento tienen configuraciones de fusión de canales similares a los de las patentes básicas, solamente los diseños básicos necesitar ser simulado. Una excepción es la patente Wheeler, que combina elementos de las tres patentes de base en un canal de masa fundida con tres dimensiones de plomo diferentes. Por lo tanto, se realizaron cuatro simulaciones: los tres diseños básicos y el híbrido Wheeler.

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Estas cuatro secciones de barrera eran "sin envolver." La geometría de la sección de barrera con canales primarios y auxiliares fue simulada en un plano plano, como si hubiera sido desenrollada de tornillo y aplanado. Después se calculó el área de superficie del canal de masa fundida.

Este método se puede utilizar para determinar la capacidad de fusión de cualquier diseño de barrera-tornillo. zona de fusión total se calcula como el área de superficie del canal primario donde los sólidos en contacto con la pared del cilindro y se funden principalmente a través de la fricción superficial. El tamaño de esta área determina la capacidad de fusión. Esta área de contacto en cuadrados en. Se convierte en lb / h de capacidad de fusión utilizando un modelo de simulación para la transferencia de calor.

Como control, un diseño de tornillo de no-barrera convencional con un paso cuadrado también se evaluó para la capacidad de fusión. Esta sección de canal se desenvolvió, y se calculó la transferencia de calor entre el baño de fusión y la cama de sólidos.

resultado de la simulación: El control de tornillo sin barrera convencional muestra una capacidad de fusión de 482 lb / hr.

familia barrera maillefer

Tadmor y de Klein simulaciones por ordenador originales modelan la ruptura del lecho de sólidos. En un tornillo de no-barrera convencional, cuando la presión de fusión interna es suficientemente grande, que penetra en el lecho de sólidos y dispersa los sólidos restantes aleatoriamente en la sección de dosificación. Este fenómeno se mezcla el plástico derretido y no fundido, lo que reduce la calidad de la masa fundida.

La barrera Maillefer, patentada aquí en 1967, fue el primer dispositivo de barrera o derretir-separación usado en un tornillo de alimentación. Aumentó área de fusión en relación con un diseño no barrera convencional y eliminó la ruptura de la cama de sólidos, mejorando así la calidad de la masa fundida. El diseño Maillefer alarga el plomo que se inicia en el lado de empuje de la paleta primaria y termina en el vuelo de salida. Este vuelo se convierte en la barrera que separa el lecho de sólidos de la masa fundida y la prevención de los sólidos de la dispersión en la sección de dosificación.

La sección de canal sin envolver de la barrera Maillefer muestra un vuelo con aumento de la depuración que se inicia en el lado aguas abajo de la paleta helicoidal primaria y tiene una ventaja más largo que el plomo-vuelo primario. Después de un número de vueltas, el vuelo de barrera intersecta el lado aguas arriba de la paleta helicoidal primaria. Aumenta la capacidad de fusión sin sacrificar la calidad extruido. Como fusión progresa, la masa fundida se lleva aguas abajo en el canal auxiliar.

Un tornillo de barrera Maillefer puro nunca estuvo disponible en los EE.UU. Sin embargo, las mejoras en Maillefer, patentado por Geyer y Lacher, son comúnmente utiliza aquí. la patente de Geyer, asignado a Uniroyal, y la patente Lacher, asignado a NRM Corp. competían con Maillefer por los derechos de barrera de patentes de Estados Unidos. (Lacher era un abogado de patentes, no el diseñador del tornillo.) La reivindicación Geyer / Uniroyal ganó, y la patente Geyer se convirtió en la primera y dominante diseño barrera en la Uniroyal Estados Unidos, sin embargo, hizo poco uso de ella para plásticos, sino que se utiliza extensivamente para la extrusión de caucho. La versión NRM / Lacher fue nombrado el "Plastiscrew" y fue utilizado como una sección de mezclado dispersivo aguas abajo en lugar de un dispositivo de fusión de separación.

Debido a que los diseños Maillefer, Geyer, y Lacher son similares, una sección de canal sin envolver del diseño Maillefer es representativa de las dimensiones de la sección de fusión de la Uniroyal / Geyer y NRM / Lacher diseña así—así los dos últimos no se analizan por separado.

resultado de la simulación: Mediante la eliminación de la desintegración de sólidos-cama, el Maillefer, Geyer, y Lacher diseños ganancia zona de fusión adicional con respecto al tornillo no barrera de control, el aumento de capacidad de fusión a 539 lb / hr.

canales poco profundos vs. profunda

patente barrera Schippers’, firmado a Barmag Barmer Maschinenfabrik en Alemania, fue el primer diseño en estado fundido de separación en la que el canal primario recibe menos profunda como el canal auxiliar se hace más profunda. Al igual que Maillefer, se comercializa también que nunca o muy utilizado en los EE.UU. Este diseño se conoce aquí principalmente a través de patente de perfeccionamiento de Robert Barr en el diseño Schippers. El diseño de Barr, asignado a Midland-Ross Corp. se utiliza en muchas aplicaciones aquí.

La disminución de la profundidad en el canal primario y el aumento de profundidad en el canal auxiliar—en lugar de un vuelo de barrera que cruza el canal de—permitir un área de fusión mayor y por lo tanto aumentar la capacidad de fusión sobre la barrera Maillefer.

Barr de es la primera patente EE.UU. en un tornillo paralelo-barrera. Sobre la base de las fechas de emisión, sería la patente de base y Schippers la patente de perfeccionamiento. Sin embargo, Schippers’ patente fue presentada en primer lugar el 7 de abril de 1971, mientras Barr presentada el 11 de agosto de 1971. Las fechas de emisión fueron dos semanas de diferencia: Barr, el 17 de octubre y el de 1972 Schippers’ el 31 de octubre de fechas de presentación son normalmente aceptado para su precedencia, como la fecha de emisión puede ser influenciado por el horario del examinador y la comunicación entre los abogados y el examinador de patentes.

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La patente Chung es una mejora en la barrera Barr. Chung transpone los vuelos primarios y de barrera en el extremo de la sección de barrera para la mezcla mejorada. Debido a que los diseños Schippers, Barr, y Chung son todas similares en la zona del canal de fusión primaria, sólo la sección de canal de una barrera Schippers era sin envolver y se analizaron para la capacidad de fusión.

resultado de la simulación: El uso Schippers / Barr de canales paralelos aumenta el área de fusión sobre la del cónica barrera Maillefer, lograr una mayor capacidad de fusión de 697 lb / hr.

Más capacidad de fusión

La barrera Dray, asignado al Feed Tornillos Inc. y Owens-Brockway, fue la primera patente barrera básicos desarrollados en los EE.UU. Se utiliza una preparación más largo en el extremo de la sección de alimentación para formar el canal auxiliar para el transporte de la masa fundida. Eso permite que para el ancho normal del canal primario que contiene los sólidos del lecho a seguir siendo la misma después del cambio de plomo. La sección de canal sin envolver de la barrera Dray muestra la separación de sólidos de la masa fundida con una larga plomo de anchura sin cambios en la zona de fusión.

La barrera Kim, asignado a B. F. Goodrich, mejora sobre la patente Dray con una ventaja de variable en el principal de vuelo que se ensancha continuamente el canal auxiliar. Al igual que la patente Dray, el diseño Kim mantiene un ancho de fusión-canal primario uniforme. A diferencia de Dray, el canal principal está cerrado, lo que hace que sea un diseño completo largo de barrera.

resultado de la simulación: Dray y de Kim plomo paralelo más largo aumenta el área de fusión potencial, por lo que la capacidad de fusión también es superior a 798 lb / hr.

La barrera Wheeler, también conocido como el DSB-1 tornillo de barrera Davis-Standard, combina aspectos de las tres patentes de base (Maillefer, Schippers, y Dray). El diseño, construido por Davis-Standard Corp. de Pawcatuck, Connecticut. En realidad tiene tres conductores perceptibles en la rosca de barrera. Estos cambios principales son la única diferencia entre el Wheeler y los diseños de barrera Maillefer. La sección de canal sin envolver muestra el cambio de plomo inicial como en la barrera de Dray. Después de aproximadamente cinco vueltas, la ventaja se reduce entonces hasta el último turno, donde se alarga para cerrar la sección de barrera. El canal primario reduce en profundidad y el canal aumenta auxiliares en profundidad, al igual que el diseño de barrera Schippers / Barr.

resultado de la simulación: Mediante la reducción de las anchuras del canal de fusión, de Wheeler barrera DSB-1 en realidad reduce la capacidad de fusión inferior a la de cualquiera de Schippers / Barr o Dray / Kim a 617 lb / hr.

El Chung y Wheeler autor gracias por la información adicional proporcionada para este artículo. El autor también señala que todos los diseños de barrera modelados aquí están basados ​​en patentes u otra información pública. Los cambios posteriores en los diseños pueden mejorar sus capacidades de fusión.

Robert F. Dray, presidente de R. Dray Mfg. Inc. en Dallas, diseña y fabrica husillos de la extrusora de todas las configuraciones y tamaños de hasta 26 pulg. De diámetro. y 40 pies de largo. Como consultor de Xaloy Inc. diseña extrusión barrera y tornillos de inyección. Él inventó y es el titular de la patente sobre la barrera de Dray. El autor puede ser contactado en (214) 368 a 5424 o rdraysr@aol.com

anfitrión sourse: www.ptonline.com

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