在实验室开展新材料、新工艺或新配方的研发工作时,确保制备样品过程中实验效率以及数据能够可放大复现是极为关键的。双螺杆造粒实验线作为制备样品的核心设备,其性能的适配性直接影响着研发成果。而选购双螺杆造粒实验线时,需要聚焦于6个关键指标,以此确保设备与实验需求精准匹配。
一、长径比(L/D)
螺杆有效长度和直径的比值。
作用:它直接决定了物料在螺杆内所经历的受热时长以及剪切历程。长径比较大的情况下,物料在螺杆内的停留时间会更长,且能设置更多的加工段,例如输送段、熔融段、混合段、排气段、建压段等。
选择考量:对于常规的共混、填充改性以及基础研发工作而言,长径比处于40:1至48:1这个区间,就能够提供较好的工艺灵活性,可设置多个喂料口和真空排气口。要是涉及高挥发物的脱除、多步反应挤出或者需要极端长停留时间的工艺,那么就需要考虑长径比大于等于52:1甚至更长的机型。小型实验线的直径通常对应着较高的长径比,以此来实现足够的工艺分段能力。
二、温区数量与控温精度
筒体能够独立进行加热或者冷却的物理分段数量,以及温度控制的稳定性。
作用:足够数量的温区是实现精确工艺温度曲线的物理基础。它允许在螺杆的不同功能段,像熔融段、混合段、排气段等,设置不同的温度,从而满足物料的熔融、混合以及流动需求。
选择考量:一条具备基本工艺灵活性的双螺杆造粒实验线,其筒体的独立温区数量不应少于6 – 8个。对于高分子合金、热敏材料或者反应挤出工艺,建议选择配置10个以上温区的设备。同时,要关注控温系统的±1°C精度以及风冷或者水冷能力,以应对高剪切所产生的热量。
三、扭矩/比扭矩
螺杆能够承受的最大扭矩,以及该扭矩与螺杆中心距或者体积的比值。
作用:扭矩决定了设备能够对高粘度熔体施加多大的剪切力,以及其承载高填充配方的能力。比扭矩则是衡量螺杆机械强度以及设备“动力密度”的更为核心的指标,高比扭矩意味着设备能够在高转速下处理高粘度和高填充物料,而不会出现过载停机的情况。
选择考量:对于研发涵盖工程塑料、高填充如碳酸钙、玻纤或者反应粘度急剧增加的体系,必须优先选择具有高比扭矩设计的机型。这是评估一条双螺杆造粒实验线工艺边界上限的关键因素,比单纯比较主机功率更具实际意义。
四、螺杆转速范围
螺杆能够稳定运行的最高转速和最低转速所构成的区间。
作用:宽泛的转速范围提供了广阔的剪切速率与停留时间探索空间。高转速能够模拟工业化生产中的高剪切条件,可用于分散性研究;低转速则适用于热敏材料或者需要长停留时间的反应。
选择考量:一个宽广且能够连续调节的转速范围对于研发工作至关重要。它应能够覆盖从温和混炼到强剪切分散的全部需求。需要确认在高、低转速下,主驱动电机和齿轮箱能否提供平稳的扭矩。
五、主机驱动功率
驱动螺杆旋转的主电机的额定功率。
作用:它为设备的扭矩输出和转速上限提供了能量基础。足够的功率是保证设备在高负载、高转速条件下持续稳定运行的前提条件。
选择考量:功率需要与螺杆的扭矩容量相匹配。对于相同规格的实验线,更高的驱动功率通常意味着更强的持续负载能力以及更广泛的工艺适用范围。需要结合计划研发的物料体系和填充比例来进行评估,避免因功率不足而导致频繁过载。
六、喂料系统配置与灵活性
主喂料(聚合物)与侧喂料(填料、玻纤等)设备的类型、精度以及数量。
作用:精确、稳定且灵活的喂料是保证配方准确性以及实验结果可重复性的关键基础。不同的物料(颗粒、粉末、纤维、液体)需要不同类型的喂料装置。
选择考量:主喂料应配备高精度的失重式喂料秤。侧喂料口的数量和位置决定了工艺的灵活性。至少应配置一个用于添加填料/纤维的侧向失重喂料器,以及一个用于液体助剂(例如增塑剂、偶联剂)的液体注射泵。模块化的筒体设计能够允许未来根据实际需求增减喂料口,是较为理想的选择。
挑选双螺杆造粒实验线的6个关键指标:长径比、温区数与控温精度、扭矩与比扭矩、螺杆转速范围、主机驱动功率、喂料系统配置与灵活性,分别从加工阶段、温度控制、物料处理、参数探索、能量供给和配方输入方面发挥作用。设备要匹配实验需求则需深入理解并综合考量这六大指标。
