Двухшнековые сонаправленные экструдеры

Co-Rotating
Twin-Screw
Extruders

Klemens Kohlgrüber

Carl Hanser Publishers, Munich  •  Hanser Gardner Publications, Cincinnati

With contributions by

Bayer Technology Services GmbH, 
Leverkusen, Germany

Dr.-Ing. Michael Bierdel
Dr.-Ing. Jens Hepperle
Dr.-Ing. Jörg Kirchhof
Dr.-Ing. Thomas König
Dr.-Ing. Klemens Kohlgrüber
Dipl.-Ing. Ulrich Liesenfelder 
Dr.-Ing. Reiner Rudolf
Dipl.-Ing. Martin Ullrich

Coperion Werner & Pfleiderer
GmbH & Co. KG, Stuttgart, Germany

Dipl.-Ing. Herbert Christ, 
Dipl.-Ing. Ralf Davids
Dr.-Ing. Peter Heidemeyer,
Dipl-Ing. Frank Lechner 
Dipl.-Ing. Hans-Joachim Sämann
Dipl.-Ing. Ulrich Weller
Dr.-Ing. Werner Wiedmann
Dipl.-Ing. Reinhard Wuttke

Fundamentals, Technology, and Applications

Санкт-Петербург
2016

К. Колгрюбер

ДВУХШНЕКОВЫЕ 
СОНАПРАВЛЕННЫЕ 
ЭКСТРУДЕРЫ

Основы, технология, применение

Перевод с английского языка
под редакцией В. Б. Узденского

УДК 078.06
ББК 35.710Англ
К60

К60 
К. Колгрюбер 
Двухшнековые сонаправленные экструдеры : пер. с англ. яз. под ред. В. Б Узденского. — СПб. : ЦОП «Профессия», 2016. — 352 с., цв. ил.

ISBN 978-5-91884-077-1 
ISBN 978-1-56990-422-0 (англ.)

Книга полностью посвящена двухшнековым сонаправленным экструдерам — экструдерам с двумя шнеками, вращающимися в одном направлении. Подробно рассмотрены конструкции цилиндра, шнеков, поведение материала и технологические процессы в различных 
зонах. Даны рекомендации по выбору экструдера и организации работы экструзионной линии на основе практического опыта, технологических расчетов и решений. Приведены многочисленные примеры применения экструдеров в пищевой и фармацевтической отраслях и 
для компаундирования полимеров.
Руководство предназначено для специалистов инженерно-технического профиля 
экструзионных производств, производителей компаундов, преподавателей и студентов профильных специальностей.

УДК  078.06
ББК 35.710Англ

All rights reserved. Authorized translation from the original English language edition published by Carl Hanser 
Verlag, Munich/FRG.

Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена 
в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.

Информация, содержащаяся в данной книге, получена из источников, рассматриваемых издательством 
как надежные. Тем не менее, имея в виду возможные человеческие или технические ошибки, издательство не может гарантировать абсолютную точность и полноту приводимых сведений и не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.

ISBN 978-1-56990-511-1 (англ.) 
© Carl Hanser Verlag, Munich/ FRG, 2008

ISBN 978-5-91884-077-1 
© ЦОП «Профессия», 2016 
© Перевод, оформление: ЦОП «Профессия», 2016

Оглавление

Предисловие к русскому изданию . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1. 
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Литература  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23

2.
История развития двухшнековых экструдеров c сонаправленным 
вращением шнеков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.1.
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24

2.2.
Ранние разработки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24
2.2.1.
Базовая геометрия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.2.2.
Основные патенты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.2.2.1.
Базовый патент нарезного шнека . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29

2.2.2.2.
Базовые германские и американские патенты смесительных 
кулачков DBP [16], USP [17], DBP [20] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29

2.2.2.3.
Базовый патент модульного дизайна шнеков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33

2.3.
Пионерский период  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35
2.3.1.
Разработка оборудования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

2.3.2.
Использование в химических процессах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.3.3.
Лицензирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.3.4.
Признание заслуг R. Erdmenger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.4.
Новая технология высокой вязкости c применением сонаправленных  
экструдеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.4.1.
Шнековые машины в технологических процессах  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.4.2.
Теория подобия для шнековых машин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.4.3.
Разнообразие процессов высокой вязкости  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

2.5.
Специальные разработки фирмы Bayer-Hochviskostechnik  
(группа технологий высокой вязкости) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
2.5.1.
Расширенная кинематика, геометрия профилей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

2.5.2.
Методология определения зазоров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

2.6.
Разработки после лицензирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44

2.7.
Разработки после срока истечения первичных патентов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46

Литература  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47

3.
Реологические свойства полимерных расплавов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

3.1.
Введение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50

3.2.
Классификация реологических характеристик твердых и жидких сред  . . . . . . . . . . . . .50

3.3.
Сравнение вязкой и вязкоупругой жидкостей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55
3.3.1.
Вязкие жидкости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

3.3.2.
Вязкоупругие жидкости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

3.4.
Зависимость сдвиговой вязкости от температуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60
3.4.1. 
Температурная зависимость частично-кристаллических полимеров . . . . . . . . . . 61

3.4.2.
Температурная зависимость аморфных полимеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

Оглавление
6

3.5.
Влияние молекулярных параметров на реологические свойства полимерных  
расплавов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63

3.6.
Сдвиговое течение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64
3.6.1.
Профили течения напорного потока в трубе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

3.6.2.
Профили течения простого циркуляционного потока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

3.7.
Продольные потоки  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68

Литература  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70

4.
Общий обзор процесса компаундирования: задачи, избранные области 
применения и распределение процессов по зонам . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

4.1.
Задачи и требования к компаундированию . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71

4.2.
Задачи и дизайн технологических зон компаундирующего экструдера . . . . . . . . . . . . . .72
4.2.1.
Зона питания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

4.2.2.
Зона пластикации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

4.2.3.
Зона транспорта расплава . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

4.2.4.
Зона дистрибутивного смешения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

4.2.5.
Зона дисперсионного смешения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

4.2.6.
Зона дегазации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

4.2.7.
Зона подъема давления  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

4.3.
Характеристические параметры процесса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87
4.3.1.
Удельный ввод энергии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

4.3.2.
Параметры времени пребывания  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

4.4.
Примеры технологических процессов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .90
4.4.1.
Введение стеклянных волокон . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

4.4.2.
Введение наполнителей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

4.4.3.
Производство концентратов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
4.4.3.1.
Предварительное смешение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .96

4.4.3.2.
Процесс c раздельным питанием . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97

4.4.3.3.
Подбор цвета смешением цветных моноконцентратов  . . . . . . . . . . .97

4.4.4.
Окрашивание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

4.5.
Технические тенденции в компаундировании . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100
4.5.1.
Шестеренчатые элементы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

4.5.2.
Кольцевой экструдер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

4.5.3.
Производство ТПЭ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

4.5.4.
Технология ZSK-NT  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

4.5.5.
Литьевой компаундер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

4.6.
Обозначения и сокращения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103

Литература  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .104

5.
Геометрия сонаправленных экструдеров: транспортные 
и смесительные элементы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

5.1.
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105

5.2.
Полностью очищаемый профиль из дуг  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105

5.3.
Геометрический дизайн взаимозацепляющихся профилей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .106

5.4.
Размеры элементов шнека c зазорами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107

Оглавление
7

5.5.
Переход между различным числом заходов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110

5.6.
Расчет профиля промышленного шнека на основе смещения в плоскости  . . . . . . . . .110

5.7.
Транспортирующие характеристики различных геометрий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112

5.8.
Смесительные элементы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .113

Литература  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115

6.
Моделирование: возможности и ограничения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

6.1.
Необходимость моделирования  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116

6.2.
Дизайн шнека . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117

6.3.
Принципы моделирования  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118

6.4.
Моделирование размеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119

6.5.
Экструдер:  нольмерная модель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121
6.5.1.
Экструдер в целом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

6.5.2.
Эффективность нагнетания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

6.5.3.
Сечение экструдера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

6.6.
Экструдер: двухмерная модель  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .125

6.7.
Экструдер: одномерная модель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .126
6.7.1.
Экструдер: одномерная модель, сечение экструдера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

6.7.2.
Экструдер: одномерная модель, экструдер в целом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
Сравнение коммерческих программ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .128

6.8.
Экструдер: трехмерная модель  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .129
6.8.1.
Глубина модели и результаты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

6.8.2.
Экструдер: трехмерная модель, поля. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

6.8.3.
Экструдер: трехмерная модель, скалярные значения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

6.9.
Модели: возможности и ограничения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .131

Литература  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132

7.
Генерация давления и ввод энергии в расплав  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

7.1.
Рабочие условия транспортных шнековых элементов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133

7.2.
Пример безразмерных групп . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .135

7.3.
Расчет длины противодавления  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .140

7.4.
Эффективность генерации давления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141

7.5.
Пример дизайна зоны подъема давления  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .142

7.6.
Изменение давления и энергии в случае снижения вязкости при сдвиге . . . . . . . . . . .144

Литература  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .150

8.
Расчет динамики течения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

8.1.
Зачем нужен расчет? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .151

8.2.
Процедура расчета динамики течения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .152
8.2.1.
Подготовка расчета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

8.2.2.
Расчет потока и обработка результатов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

8.3.
Примеры расчетов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .154
8.3.1.
Пример 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

Оглавление
8

8.3.2. 
Пример 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

8.4.
Выводы и перспективы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .162

9.
Смешение и диспергирование: принципы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

9.1.
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .164

9.2.
Дистрибутивное смешение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .164
9.2.1.
Смешение в ламинарном потоке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

9.2.2.
Осевое смешение и распределение времени пребывания  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

9.3.
Дисперсионное смешение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .171
9.3.1.
Диспергирование твердых частиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

9.3.2.
Диспергирование расплавов, капель жидкости и пузырьков газа. . . . . . . . . . . . 174

9.3.3.
Типы нагрузок и частота нагрузки в экструдере . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

9.4.
Определение качества смешения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .179
9.4.1.
Параметры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

9.4.2.
Экспериментальные методы определения качества смешения 
и распределения времени пребывания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

Символы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .183

Литература  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .184

10. Дегазация расплава в сонаправленных двухшнековых экструдерах . . . 185

10.1. Требования к дегазации  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .186

10.2. Функциональный дизайн . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .187

10.2.1.
Мгновенное испарение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

10.2.2.
Многоступенчатый вакуум . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

10.2.3.
Остаточная дегазация и использование дегазирующих агентов-носителей . . . 190

10.2.4. Организация процесса и дизайн зон дегазации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194

10.3. Ограничения процесса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .197

10.4. Масштабирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .198

10.5. Примеры процессов дегазации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .199

10.5.1.
Удаление летучих растворителей из расплава ЛПЭНП  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

10.5.2.
Дегазация растворителей из синтетического каучука (стирол-бутадиеновые 
компаунды) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

10.5.3.
Дегазация винилацетата из сополимера этилена и винилацетата . . . . . . . . . . . . 200

10.5.4.
Дегазация ПОМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

10.5.5.
Дегазация ПК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

10.5.6.
Дегазация полиэфирсульфонов PES и полисульфонов PSU  . . . . . . . . . . . . . . . . 202

10.5.7.
Дегазация АБС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

10.5.8.
Дегазация невысушенного ПЭТ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

10.6. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .205

Литература  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .205

11. Моделирование или масштабирование: альтернативы  
для проектирования экструдера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

11.1. Рабочие зоны компаундирующего экструдера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .206

11.1.1.
Зона питания и транспортирования твердых частиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

Оглавление
9

11.1.2.
Зоны пластикации и гомогенизации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210

11.1.3.
Зоны дегазации и выгрузки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210

11.1.4.
Возможности расчета в фазе расплава . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210

11.2. Расчетные возможности для зоны выгрузки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .211

11.3. Масштабирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .214

12. Элементы шнеков для сонаправленных двухшнековых экструдеров 

c взаимозацеплением . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

12.1. Дизайн шнекового элемента . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .218

12.2. Комбинирование элементов шнека . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .222

12.3. Шнековые элементы и как они работают . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .224

12.3.1.
Транспортные элементы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224

12.3.2.
Смесительные элементы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227

12.3.3.
Обратные элементы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230

12.3.4.
Перемешивающие элементы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

12.3.5.
Специальные элементы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

13. Обзор патентов на шнековые элементы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

13.1. DE 813154, US 2670188 A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .240

13.2. DE 19947967A1, EP 1121238 B1, WO 2000020188 A1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

13.3. US 1868671 A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .242

13.4. DE 10207145 B4, EP 1476290 A1, US 20050152214 A1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .242

13.5. DE 940109 B, US 2814472 A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .243

13.6. US 3717330 A, DE 2128468 A1  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .243

13.7. DE 4118530 A1, EP 516936 B1, US 5338112 A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .244

13.8. US 4131371 A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .245

13.9. DE 3412258 A1, US 4824256 A  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .245

13.10. DE 1180718 B, US 3254367 A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .246

13.11. US 3900187 A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .247

13.12. US 3216706 A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .248

13.13. EP 2131 A1 B2, JP 54072265 AA, US 4300839 A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .249

13.14. DE 19718292 A1, EP 875356 A1, US 6048088 A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .250

13.15. DE 4239220 A1  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .250

13.16. DE 1529919 A, US 3288077 A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .251

13.17. EP 330308 A1, US 5048971 A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .252

13.18. US 6783270 B1, WO 2002009919 A2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .253

13.19. DE 10114727 B4, US 6974243 B2, WO 2002076707 A41  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .253

13.20. DE 4329612 A1, EP 641640 B1, US 5573332 A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .254

13.21. DE 19860256 A1, EP 1013402 A2, US 6179460 B1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .255

13.22. DE 4134026 A1, EP 537450 B1, US 5318358 A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .256

13.23. DE 19706134 A1  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .256

Оглавление
10

13.24. WO 1998013189 A1, US 6022133 A, EP 934151 A1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .257

13.25. WO 1999025537 A1, EP 1032492 A1  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .257

13.26. US 6116770 A, EP 1035960 A1, WO 2000020189 A1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .258

13.27. DE 29901899 U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .258

13.28. US 6170975 B1, WO 2000047393 A1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .259

13.29. DE 10150006 A1, EP 1434679 A1, US 7080935 B2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .259

13.30. DE 4202821 C2, US 5267788 A, WO 9314921 A1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .260

13.31. DE 3014643 A1, EP 37984 A1, US 4352568 A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .260

13.32. DE 2611908 A1, US 4162854 A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .261

13.33. WO 1995033608 A1, US 5487602 A, EP 764074 A1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .261

13.34. DE 102004010553 A1  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .262

13.35. DE 4115591 A1, EP 513431 B1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .262

14. Серии экструдеров ZSK и их применение в химической 

промышленности и для возобновляемого сырья . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263

14.1. Разработка экструдеров c высоким крутящим моментом, свободным объемом 

и высокими скоростями шнеков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .263

14.2. Ограничения производительности по крутящему моменту и по объему . . . . . . . . . . . .268

14.3. Расход энергии в зависимости от технологического процесса  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .270

14.3.1.
Диаграмма «производительность — энергия» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270

14.3.2.
Высокий крутящий момент для стеклонаполненных полимеров . . . . . . . . . . . . 272

14.3.3.
Высокий крутящий момент для экструзии пленок из невысушенного  
ПЭТ или ПЛА  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272

14.3.4.
Области применения, требующие низкого крутящего момента 
и большого объема . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273

14.4. Применение в химической и фармацевтической отраслях  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .274

14.4.1.
Силиконовые герметики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274

14.4.2.
Адгезивы, чувствительные к давлению . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275

14.4.3.
Керамические носители для катализаторов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276

14.4.4.
Шумозащитные пленки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279

14.4.5.
Сепараторные пленки для аккумуляторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279

14.4.6.
Металлические и керамические смеси . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281

14.4.7.
Фармацевтические смеси  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282

14.5. Применение для возобновляемого сырья в полимерной и пищевой  
промышленности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .283
14.5.1.
Древесно-полимерные композиции  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283

14.5.2.
Биоразлагаемые материалы из термопластичного крахмала и ПЛА  . . . . . . . . . 285

14.5.3.
Экструзионное приготовление круп для пищевых продуктов и кормов  
для животных  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287

14.5.4.
Применение в кондитерской промышленности  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289

15.
ZSK-NT — новая двухстадийная технологическая линия с высокой 
производительностью . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291

15.1. Современные требования к переработке полиолефинов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .291