Extrusion is one of the most important operations in the polymer-processing industry. Development of models for extrusion and computer tools offer a route to developing reliable and optimized process designs. The models are based on the analysis of physical phenomena encountered during the process. Balance equations for mass, momentum and energy are fundamental to the problem. A predictive computer model has been developed for the single screw extruders with conventional screws of different geometry. The model takes into account melting zones of the extruder and describes an operation of the extruder system, making it possible to predict mass flow rate of the polymer, pressure and velocity profiles along the extruder screw channel. The simulation parameters are the material and rheological properties of the polymer; the screw pitch, and screw speed.
A pilot single-screw food extruder was constructed, and its mechanical properties and product characteristics were investigated by using corn grits. The screw rotational speed was varied and the changes in temperature profile of the barrel for the start-up period of operation were measured. The rate of heat generation for the start-up period was affected by the screw speed and feed rate. The screw speed resulted in a great influence on the estimated dough viscosity. The changes in the dough viscosity could indicate the on-set of termoplastic reaction in the barrel. The expansion ratio during the start-up period mainly depended on the barrel temperature and the degree of thermoplastic reaction in the barrel. The barrel temperatures for the gelatinization and burning of corn grits depended on the screw speed as well as the feed rate.
An intermeshing corotating twin screw extruder is mainly used for compounding polymeric materials. Twin screw extruder can adopt modular-type screw configurations, which directly controls the quality and productivity of the products. The types, shapes, and specifications of the screw and kneading elements are summarized, and the effects of screw configuration on the processabiliy of the materials are discussed. The principles of screw configuration universally applied to mass production of general-purpose resins are explained, and the guidelines of screw combination according to the roles of feeding, melt mixing, and metering zones are listed. The strategies of screw combination suitable for various cases, such as side feeding of liquid additives or inorganic fillers, reactive extrusion, devolatilization process, production of products requiring bright color and transparency, and processing of materials with low apparent specific gravity, are presented.
A numerical study of three-dimensional fluid flow and heat transfer in the metering section of a single screw extruder has been performed. The mathematical model for the screw channel is simplified by unwound channel and fixing the coordinate system to the screw. The pressure boundary and the prescribed mass flow rate conditions are imposed on the inlet and outlet, respectively. The commercial code STAR-CD based on the finite volume method is used to obtain the results of the present work. The computation of the reverse flow, which cannot be computed by the marching-type 3-D model, is performed in the present study.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.1
s.232
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pp.145-155
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2005
In this study, a finite element method program code which can be accomodate boundary conditions on the complex surfaces has been developed to simulate polymer extruder processes. The analysis method includes the fractional 4-step method for efficient computation time and compact usage of memory storage to solve the velocities and the pressure values from the Navier-Stokes equation. By using the developed program which was verified with simple Poiseuille flow mixture phenomena in single-and twin-screw extruder are analyzed. It is concluded that the proposed method resulte Poiseuille Poiseuille d in fair agreement with the exact solution of simple flow and the back flow near the entrance happens in single-screw model. It is identified that the location and values of maximum pressure in the twin screw extruder model. It is expected that the Velocity field found can be used to predict the degree of mixture in the extruder barrel.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2003.06a
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pp.1426-1429
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2003
This paper describes screw tool design and machining method witch is able to design tool profile and 3-dimensional geometry for screws in self-wiping co-rotating twin screw extruder. The geometric features of screws for co-rotating twin screw extruders are developed from kinematic principles. Closely self-wiping screw segments are manufactured in universal milling machine by using designed screw tools. It is shown that experimental results verified the closely intermeshing condition in twin screw.
The heat generation at the start-up period of an autogeneous single screw extruder was determined with various feed materials, die structure and operational conditions. The highest heat generation rate was observed with defatted soybean meal, while the lowest value was obtained with rice flour, and wheat and barley flour showed the intermediate rate. As the moisture content of the flour decreased and the screw speed increased, the electric power requirement and heat generation rate increased. The temperature at compression section increased with the decrease in the particle size. The same effect was also observed as breaker plate was installed. The optimum operation was established as the temperature profile was maintained in decreasing order of metering section, die and compression section.
In the present study, the analysis on heat and fluid flow in the single screw extruder is carried out by simultaneously considering the metering section and the die. The finite difference method and the finite volume method are applied to the metering section and the die, respectively. The zonal method is used to couple the metering section and the die. To investigate the effect of die on the characteristics of heat and fluid flow in the single screw extruder, the pressure back flow is included in the analysis. The screw-tip rotation is also considered by employing the quasi 3-dimensional die model. The present results are compared with the numerical and experimental data available in the literatures.
Extruders can be basically divided into bisk and screw type of extruders. Though plastic extruders are often used for its simplicity for water and oil transportation pumps, these days screw extruders are mostly used. Screws are used in many extrusion processes to manufacture complex and complicated shaped parts made of plastics, medicine materials, food, polymer composites, iron and ceramic powders, etc. Also, material correction of deformities is caused by flow and physicochemical reaction phenomenonand material extrusion is processed according to heat transfer. various material comes to hopper because extruder has function by blender and mixing of materials can go well before come out through dice. These change process is so complicated that process condition is decided by trial and error that process condition is underground mainly at extrusion molding process.
This research was conducted to determine a preliminary design parameters for the development of twin screw extruder using Booy's screw design method, and to analyze a extrusion process using Janssen's mathematical flow model. In processing process, the experimental mass flow rates of com flour and wheat flour were almost the same as theoretical values corrected by correction factors of 0.95 and 0.6 respectively. It was appeared that the mathematical model would be suitable to predict the conveying capacity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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