1. Budowa ślimaka – funkcje poszczególnych stref

Ślimak wytłaczarki jednoślimakowej pełni cztery podstawowe zadania: transport, ogrzewanie, topienie oraz homogenizację tworzywa. Jest podzielony na strefy, które realizują te funkcje w logicznej kolejności.

Strefa zasypu (Feed Zone)

Główne funkcje:

• odbiór granulatu z leja zasypowego,

• transport materiału wzdłuż cylindra,

• kontrolowane podgrzewanie tworzywa (bez inicjowania topienia),

• zapewnienie stabilnego napełnienia kanału ślimaka.

Charakterystyka techniczna:

• największa głębokość kanału,

• brak lub minimalne ścinanie,

• cylinder w tej strefie często utrzymywany jest w temperaturze niższej niż reszta (aby uniknąć „mostkowania”).

Znaczenie:
Prawidłowa praca strefy zasypu ma bezpośredni wpływ na równomierność podawania tworzywa i stabilność ciśnienia w dalszych sekcjach.

Strefa kompresji (Compression Zone)

Główne funkcje:

• inicjacja i kontrolowane prowadzenie procesu topienia,

• zwiększenie ciśnienia stopu,

• intensywne ścinanie i mieszanie materiału.

Charakterystyka techniczna:

• stopniowe zmniejszanie głębokości kanału ślimaka,

• wzrost prędkości ścinania oraz lokalnej temperatury,

• transport uplastycznianego tworzywa z jednoczesnym wyrównywaniem temperatury.

Znaczenie:
Strefa kompresji odpowiada za konwersję tworzywa stałego w jednorodną fazę stopioną. To najbardziej krytyczny etap uplastyczniania: większość błędów termicznych (przepalenie PVC, gelling PE, pękanie LSHF) powstaje właśnie tutaj.

Strefa dozowania (Metering Zone)

Główne funkcje:

• końcowe homogenizowanie stopu,

• stabilizacja temperatury i lepkości,

• uzyskanie stałego ciśnienia niezbędnego do prawidłowej pracy głowicy.

Charakterystyka techniczna:

• płytki, stały kanał,

• przepływ laminarny i równomierny,

• minimalizacja pulsacji i wahań wydajności.

2. Rola kompresji, ciśnienia i ścinania w uplastycznianiu tworzywa

Proces uplastyczniania w wytłaczarce wynika z trzech zjawisk, które muszą być w równowadze:

• kompresja – wynikająca z geometrii ślimaka,

• ścinanie – efekt różnicy prędkości między ścianą cylindra a krawędzią ślimaka,

• ciśnienie – wytwarzane w wyniku ograniczenia przepływu (np. przez sito i głowicę).

Ścinanie (Shear Rate & Shear Stress)

Mechanizm:
Tworzywo ogrzewa się nie tylko od grzałek, ale przede wszystkim od tarcia i wewnętrznej lepkości.
Wysokie ścinanie generuje ciepło, przyspieszając topienie.

Zbyt wysokie ścinanie powoduje:

• degradację PVC (przepalenie plastyfikatora),

• przegrzanie EVA/LSHF,

• przyspieszone gelling PE,

• wzrost lepkości w PP i niestabilność przepływu.

Zbyt niskie ścinanie:

• prowadzi do niedotopień,

• pogarsza homogenizację,

• powoduje pulsacje ciśnienia.

Kompresja (Compression Ratio – CR)

CR = głębokość kanału na początku / głębokość na końcu.

Wyższa kompresja = większe ścinanie = szybsze topienie.
Dlatego:

• wysoka kompresja (3.0–3.5 : 1) → PE, czyste materiały, duża stabilność ciśnienia,

• średnia (2.3–2.7 : 1) → PVC, PP, izolacje standardowe,

• niska (1.4–2.0 : 1) → LSHF, EVA, mieszanki napełnione.

Zbyt wysoka kompresja = przegrzanie + degradacja materiału.
Zbyt niska kompresja = niedotopienia + niestabilność ciśnienia.

Ciśnienie (Back Pressure & Melt Pressure)

Ciśnienie powstaje głównie w wyniku oporu:

• siatek filtracyjnych,

• dystrybutora przepływu,

• zwężeń w narzędziu.

Rola ciśnienia:

• stabilizuje przepływ,

• poprawia mieszanie,

• zwiększa jednorodność temperatury,

• pomaga eliminować pęcherze powietrza.

Zbyt niskie ciśnienie:

• pulsacja przepływu,

• smugi i różnice temperatury,

• niedokładne centrowanie izolacji.

Zbyt wysokie ciśnienie:

• nadmierne ścinanie,

• przegrzewanie,

• degradacja wrażliwych materiałów.