In the modern plastic processing industry, color masterbatch production stands as one of the most important links that determines the appearance and performance of final plastic products. Among all the equipment used in this process, the masterbatch extruder is the core equipment that directly affects dispersion uniformity, color consistency, output stability and production cost. For manufacturers who specialize in color masterbatch, functional masterbatch and filler masterbatch, mastering the ideal parameters of a masterbatch extruder is the key to improving product quality and market competitiveness. Kerke Extruder, a professional manufacturer focusing on twin screw extruder, masterbatch extruder and compounding extruder with years of R&Com experiência em D e produção, a Kerke tem se empenhado em fornecer aos clientes esquemas de parâmetros otimizados e equipamentos de extrusão de alta performance através de seu site oficial www.kerkeextruder.com. Este artigo explicará de forma abrangente os parâmetros ideais de um extrusor de masterbatch na produção de master de cores a partir de várias dimensões, como parâmetros de projeto estrutural, parâmetros de controle do processo, parâmetros de correspondência de materiais, parâmetros de controle de qualidade e parâmetros de diagnóstico de falhas, a fim de fornecer uma referência completa para as empresas de produção de masterbatch.
1. Visão geral básica do extrusor de masterbatch para a produção de master de cores
1.1 Definição e escopo de aplicação do extrusor de masterbatch
Uma extrusora de masterbatch é um equipamento especial de processamento de plástico utilizado especificamente para misturar, derreter, cortar, dispersar e granularizar resina portadora, pigmento, aditivo e preenchimento. Diferente da extrusora de um único parafuso comum, a extrusora de masterbatch geralmente adota uma estrutura de dois parafusos, que possui maior capacidade de dispersão e desempenho de transporte mais estável. Na produção de masterbatch de cor, este tipo de extrusora pode dispersar uniformemente pigmento de alta concentração na resina portadora, de modo que o masterbatch tenha um excelente efeito de coloração e estabilidade de diluição quando utilizado em processos de moldagem por injeção, sopro de filme, extrusão de chapas e outros. Com a expansão dos cenários de aplicação de plástico, as extrusoras de masterbatch são amplamente utilizadas na produção de masterbatch de cor PE, masterbatch de cor PP, masterbatch de cor ABS, masterbatch de cor PA e outros produtos, e se tornaram equipamentos essenciais na indústria de aditivos para plástico.
1.2 Vantagens do extrusor de parafusos gêmeos na produção de cores
Quando se trata da produção de masterbatch, o extrusor de dois parafusos apresenta vantagens claras em relação ao extrusor de um parafuso, o que também é a razão pela qual a maioria dos fabricantes de masterbatch de alta qualidade opta pela estrutura de dois parafusos. Em primeiro lugar, a estrutura de interligação e rotação conjunta dos dois parafusos pode produzir um forte efeito de corte e dobramento, o que pode rapidamente quebrar aglomerados de pigmentos e melhorar a eficiência de dispersão. Em segundo lugar, o design modular de parafusos e barris do extrusor de dois parafusos pode ser ajustado de acordo com as diferentes exigências da fórmula, o que é adequado para sistemas de pigmentos de alta concentração, aditivos funcionais e preenchimento. Além disso, o extrusor de dois parafusos tem um tempo de permanência do material curto e pequenas flutuações de temperatura, o que pode evitar eficazmente a degradação térmica de pigmentos e resinas sensíveis ao calor. O extrusor de parafusos de Kerke, como um produto de alta qualidade no setor de extrusores de masterbatch, integra as vantagens acima mencionadas e otimiza a configuração dos parafusos e o sistema de controle de temperatura para se adaptar a vários processos de produção de masterbatch de cores.
1.3 Posição do extrusor de mistura na linha de produção do Color Master
O extrusor de compósito é uma ramificação importante do extrusor de masterbatch, que desempenha a função principal de compósito na linha de produção de master color. O processo de compósito inclui alimentação de materiais, fusão, corte, dispersão, homogeneização e extrusão, e cada etapa deve ser concluída sob a ação de um extrusor de compósito. Na linha de produção inteira, o extrusor de compósito está conectado ao sistema de alimentação, ao sistema de controle de temperatura, ao sistema de granulagem e ao sistema de refrigeração, e sua configuração de parâmetros determina diretamente o efeito de operação de toda a linha. Para a produção de master color, o extrusor de compósito deve conseguir o equilíbrio entre alta dispersão e baixo corte, de modo a garantir que o pigmento seja completamente disperso sem danificar a estrutura molecular da resina. O extrusor de compósito Kerke adota um sistema de transmissão de alta torque e um módulo de controle de temperatura preciso, o que pode fornecer um ambiente estável de compósito para a produção de master color e atender aos rigorosos requisitos de masterbatch de alta qualidade.
2. Parâmetros estruturais principais do extrusor de masterbatch
2.1 Parâmetros de diâmetro do parafuso e relação L/D
O diâmetro do parafuso e a relação comprimento-diametro (L/D) são os parâmetros estruturais mais básicos de um extrusor de masterbatch, que determinam o intervalo de produção e o efeito de mistura do equipamento. Para a produção de masterbatch de cor, os diâmetros comuns de um extrusor de parafusos gêmeos são 20mm, 35mm, 50mm, 65mm, 75mm e 95mm. Entre eles, os parafusos de 50mm e 65mm são os mais utilizados na produção de masterbatch de cor em escala média e grande, com um intervalo de produção de 80-500kg/h, o que pode atender às necessidades da produção em massa. A relação L/D é um parâmetro chave que afeta o efeito de mistura e o tempo de permanência. A relação L/D ideal de um extrusor de masterbatch para a produção de masterbatch de cor é de 36:1 a 48:1. Uma relação L/D muito pequena levará a uma mistura insuficiente e a uma dispersão deficiente, enquanto uma relação L/D muito grande aumentará o tempo de permanência e causará degradação térmica dos materiais. O extrusor de masterbatch Kerke oferece várias opções de relação L/D, e a configuração convencional de 40:1 pode equilibrar o efeito de mistura e a eficiência de produção, o que é adequado para a maioria das fórmulas de masterbatch de cor.
2.2 Estrutura do parafuso e parâmetros de configuração
A estrutura e os parâmetros de configuração do parafuso determinam diretamente a capacidade de corte e dispersão do extrusor de masterbatch. O parafuso de um extrusor de parafuso duplo de alta qualidade para produção de masterbatch de cor adota um design combinado modular, composto por elementos de transporte, blocos de amassamento, elementos reversos e outras peças. Para a produção de masterbatch de cor, o número e a disposição dos blocos de amassamento são particularmente críticos. Para masterbatch de pigmento de alta concentração, é necessário configurar 4 a 6 grupos de blocos de amassamento para aumentar o efeito de corte, enquanto que o masterbatch de baixa concentração pode reduzir o número de blocos de amassamento adequadamente para reduzir o calor de corte. Além disso, a direção do parafuso adota uma estrutura paralela de rotação conjunta, que possui um melhor efeito de auto-limpeza e evita resíduos de material. Os elementos de parafuso Kerke são feitos de aço de ferramenta de alta velocidade com tratamento de nitruração superficial e pulverização, que possuem excelente resistência ao desgaste e à corrosão e podem manter parâmetros estruturais estáveis por um longo período de tempo na produção de masterbatch de pigmento e enchimento.
2.3 Parâmetros de estrutura do tanque e zona de temperatura
O tambor do extrusor de masterbatch é o principal local para fundição e mistura de materiais, e seus parâmetros estruturais e divisão da zona de temperatura afetam diretamente a precisão do controle de temperatura. O tambor do extrusor de masterbatch Kerke é feito de aço de liga de alta qualidade com parede interna nitrida, que possui alta dureza e bom efeito de condução de calor. O tambor é dividido em várias zonas de temperatura de acordo com a relação L/D, e o número ideal de zonas de temperatura para produção de masterbatch de cor é de 8 a 12 zonas. Cada zona de temperatura está equipada com uma bobina de aquecimento independente e um ventilador de resfriamento, o que permite ajustar a temperatura com precisão. A zona de alimentação, a zona de fundição, a zona de mistura, a zona de exaustão e a zona de extrusão têm diferentes requisitos de temperatura, e o controle segmentado da temperatura pode garantir que o material seja aquecido de forma uniforme em cada estágio do processo. Para a produção de masterbatch de cor, a precisão de controle de temperatura do tambor deve ser controlada dentro de ±1℃ para evitar a diferença de cor causada por sobreaquecimento local.
2.4 Parâmetros do sistema de transmissão e do torque
The transmission system is the power source of the masterbatch extruder, and its torque and speed parameters determine the equipment’s ability to handle high concentration formulas. The ideal torque range of twin screw extruder for color master production is 800-1500N·m. High torque can ensure stable screw operation under high shear conditions, and avoid screw slipping or insufficient output caused by high pigment concentration. Kerke compounding extruder adopts a high-torque gearbox with hardened tooth surface, which has large bearing capacity and low noise, and can maintain stable torque output for a long time. The motor adopts variable frequency speed regulation motor, with a power range of 15-160kW matching the screw diameter, which can realize stepless speed regulation and meet the speed requirements of different color master formulas.
2.5 Parâmetros do sistema de alimentação
Os parâmetros do sistema de alimentação do extrusor de masterbatch incluem o método de alimentação, a precisão de alimentação e a velocidade de alimentação, que são a chave para garantir a estabilidade da fórmula mestre de cor. Para a produção de masterbatch de cor, a alimentação gravimétrica é o método de alimentação ideal, com uma precisão de ±0,5%, que pode controlar com precisão a relação de resina, pigmento e aditivos. O sistema de alimentação geralmente é composto de alimentador principal e alimentador lateral, o alimentador principal é usado para transportar a resina portadora, e o alimentador lateral é usado para adicionar pó de pigmento e aditivos. A velocidade de alimentação deve ser compatível com a velocidade do parafuso, e o intervalo ideal de velocidade de alimentação é de 20-500kg/h, de acordo com os diferentes modelos de equipamento. O extrusor de masterbatch Kerke está equipado com um sistema de alimentação gravimétrica de precisão como padrão, que pode realizar ajuste automático da relação e garantir a consistência de cor dos lotes de masterbatch.
3. Parâmetros principais do processo na produção de master de cores
3.1 Parâmetros de controle de temperatura
A temperatura é o parâmetro de processo mais crítico na produção de mestra de cor, o que afeta diretamente a fusão da resina, a dispersão do pigmento e a estabilidade térmica. A configuração ideal da temperatura do extrusor de mestra para a produção de mestra de cor segue o princípio de aquecimento gradiente: a temperatura da zona de alimentação é de 80-120 ℃, a temperatura da zona de fusão é de 150-180 ℃, a temperatura da zona de mistura é de 180-210 ℃, a temperatura da zona de escape é de 190-200 ℃ e a temperatura da cabeça do matriz é de 190-210 ℃. Para resinas portadoras de PE e PP, a temperatura pode ser controlada em um nível baixo, enquanto que para plásticos de engenharia, como ABS e PA, a temperatura precisa ser aumentada em 20-30 ℃. Pigmentos sensíveis ao calor precisam reduzir a temperatura da zona de mistura adequadamente para evitar a decomposição e a descoloração. O extrusor de parafuso gêmeo Kerke está equipado com um sistema de controle de temperatura inteligente, que pode monitorar e ajustar a temperatura de cada zona em tempo real para garantir a estabilidade dos parâmetros de processo.
3.2 Parâmetros de velocidade do parafuso
O ritmo da roda de parafuso afecta a resistência à cisalhamento, o tempo de permanência e a produção do material, e a faixa de velocidade ideal para a produção de masterbatch de cores é de 200-500 r/min. Para masterbatch de pigmento de alta concentração, a velocidade da roda de parafuso deve ser controlada entre 200 e 300 r/min para prolongar o tempo de mistura e melhorar a dispersão; para masterbatch de baixa concentração, a velocidade pode ser aumentada para 300-500 r/min para melhorar a eficiência de produção. Uma velocidade excessiva da roda de parafuso levará a um excesso de calor de cisalhamento e degradação do material, enquanto uma velocidade muito baixa reduzirá a produção e causará uma dispersão inadequada. O extrusor de masterbatch Kerke realiza a regulação de velocidade sem escalas através de um conversor de frequência, e os operadores podem ajustar a velocidade em tempo real de acordo com a fórmula e as exigências do produto para obter o melhor efeito do processo.
3.3 Parâmetros de velocidade e relação de alimentação
Os parâmetros de velocidade e relação de alimentação determinam a precisão da fórmula e a estabilidade da produção de masterbatch de cor. A velocidade de alimentação deve ser compatível com a velocidade do parafuso, e a relação ideal de alimentação é que a taxa de enchimento do parafuso seja de 60% a 80%. A relação de pigmento na produção de masterbatch de cor varia de 10% a 50%, e os masterbatch de alta concentração precisam controlar estritamente a velocidade de alimentação do pigmento para evitar a aglomeração. O sistema de alimentação gravimétrica pode ajustar automaticamente a velocidade de alimentação de acordo com a relação definida, garantindo que a relação de cada componente seja estável. Na produção real, os operadores devem verificar regularmente a precisão da alimentação para evitar a diferença de cor causada por uma relação imprecisa.
3.4 Parâmetros do sistema de escape
Os parâmetros do sistema de escape do extrusor de masterbatch são usados para remover umidade, matéria volátil de baixo peso molecular e ar do material, o que é crucial para melhorar a qualidade do masterbatch de cor. O grau de vácuo ideal do sistema de escape é de -0,06 a -0,08 MPa. Um vácuo excessivo sugará o material, enquanto um vácuo insuficiente levará a bolhas e uma aparência ruim do masterbatch. Para a produção de masterbatch de cor com pigmento de alta umidade, o grau de vácuo pode ser adequadamente aumentado e a porta de escape pode ser equipada com um dispositivo de retenção de material para evitar a perda de material. O extrusor de mistura Kerke está equipado com um sistema de escape de dois estágios como padrão, o que pode remover eficazmente a matéria volátil e garantir a compactação e a suavidade da superfície das partículas do masterbatch.
3.5 Parâmetros de cabeceamento e granulagem
Os parâmetros de cabeçote e pelotização afetam a aparência e a uniformidade do tamanho das partículas do masterbatch de cor. A temperatura ideal do cabeçote é de 190-210 ℃, e o número de furos do cabeçote é determinado de acordo com a produção, com um diâmetro de 2-3 mm. O método de pelotização utiliza corte de fios ou corte submerso, e o corte de fios é adequado para a maioria da produção de masterbatch de cor. A velocidade de pelotização deve ser compatível com a velocidade de extrusão, e o tamanho ideal das partículas é de 2-4 mm. Um tamanho de partículas uniforme pode melhorar a fluidez e a estabilidade de diluição do masterbatch. O extrusor de masterbatch Kerke está equipado com um cabeçote de precisão e um sistema de pelotização, que pode produzir partículas de masterbatch com tamanho uniforme e superfície lisa.
4. Correspondência de parâmetros para fórmulas de mestre de cores diferentes
4.1 Configurações de parâmetros para masterbatch de pigmento de alta concentração
O masterbatch de pigmento de alta concentração (conteúdo de pigmento de 30% a 50%) tem elevadas exigências em relação à dispersão e as configurações de parâmetros devem aumentar a cisalhamento e a mistura. A relação L/D do parafuso é de 40:1 a 48:1, equipado com 5 a 6 grupos de blocos de amassamento; a velocidade do parafuso é de 200 a 280 r/min; a temperatura da zona de mistura é de 180 a 200 °C; o grau de vácuo é de -0,07 a -0,08 MPa; a velocidade de alimentação é reduzida adequadamente para garantir um tempo de mistura suficiente. O extrusor de parafusos gêmeos Kerke consegue um excelente efeito de dispersão para o masterbatch de preto de carbono, dióxido de titânio e pigmento orgânico de alta concentração através da correspondência otimizada de parâmetros.
4.2 Configurações de parâmetros para masterbatch aditivo funcional
O masterbatch aditivo funcional (estabilizador UV, antioxidante, lubrificante) contém aditivos sensíveis ao calor, e as configurações de parâmetros devem reduzir a cisalhamento e o tempo de permanência. A relação L/D do parafuso é de 36:1 a 40:1, reduzindo o número de blocos de amassamento; a velocidade do parafuso é de 300 a 400 r/min; a temperatura da zona de mistura é reduzida em 10 a 15 °C; o grau de vácuo é de -0,06 a -0,07 MPa. Este esquema de parâmetros pode evitar a degradação térmica dos aditivos e garantir a estabilidade funcional do masterbatch.
4.3 Configurações de parâmetros para o masterbatch de enchimento
O masterbatch de enchimento (carbonato de cálcio, talco em pó) possui alta abrasividade, e as configurações de parâmetros devem equilibrar a dispersão e o desgaste do equipamento. O parafuso e o tambor adotam revestimento resistente ao desgaste; a velocidade do parafuso é de 250-350 r/min; a temperatura é ligeiramente aumentada para reduzir a viscosidade do material fundido; a velocidade de alimentação é ajustada à produção para evitar um desgaste excessivo. O extrusor de mistura Kerke, com parâmetros estruturais resistentes ao desgaste, é adequado para a produção a longo prazo de masterbatch com alto teor de enchimento.
5. Parâmetros de controle de qualidade do masterbatch de cor
5.1 Parâmetros de uniformidade da dispersão
A uniformidade da dispersão é o parâmetro de qualidade fundamental do masterbatch de cor, e o padrão ideal é que não se observe aglomeração de pigmentos sob um microscópio de 100 vezes. O efeito de dispersão é principalmente afetado pela configuração do parafuso, pela temperatura e pela velocidade do parafuso. Ao ajustar o número de blocos de amassamento e a velocidade do parafuso, a uniformidade da dispersão pode ser melhorada de forma eficaz. O extrusor de masterbatch Kerke pode alcançar uma uniformidade de dispersão superior a 99% através de um controle preciso dos parâmetros, atendendo às exigências de alta qualidade da produção de masterbatch de cor.
3.2 Parâmetros de controle da diferença de cor
Color difference is an important index to measure the quality of color masterbatch, and the ideal color difference value ΔE is less than 1.0. The main factors affecting color difference are feeding accuracy, temperature stability and formula ratio. Gravimetric feeding system and precise temperature control system can effectively reduce color difference between batches. Kerke extruder’s intelligent control system can monitor and adjust parameters in real time to ensure color consistency.
5.3 Parâmetros de taxa de fluxo de fusão
A taxa de fluxo de fusão (MFR) afeta o desempenho de processamento do masterbatch, e o intervalo ideal de MFR é de 10-50g/10min, de acordo com as diferentes resinas portadoras. A MFR é ajustada principalmente pela temperatura e pela velocidade do parafuso, aumentando a temperatura ou a velocidade do parafuso pode aumentar a MFR, e vice-versa. Parâmetros de MFR estáveis podem garantir o bom efeito de diluição do masterbatch no processamento subsequente.
5.4 Parâmetros de aparência e uniformidade das partículas
As partículas de masterbatch ideais são cilíndricas, com superfície lisa, tamanho uniforme, sem bolhas e sem partículas quebradas. Esses parâmetros são controlados pela temperatura da cabeça do matriz, a velocidade de peletização e o sistema de resfriamento. O sistema de peletização Kerke pode produzir partículas de masterbatch de alta qualidade com parâmetros estáveis, melhorando a qualidade do produto.
6. Erros comuns e métodos de ajuste de parâmetros
6.1 Dispersão de pigmento deficiente
A dispersão deficiente é geralmente causada por falta de cisalhamento, baixa temperatura ou velocidade de alimentação rápida. Soluções: aumentar o número de blocos de amassamento, aumentar a velocidade do parafuso de forma adequada, aumentar a temperatura da zona de mistura em 5-10 °C, reduzir a velocidade de alimentação.
6.2 Diferença de cor do masterbatch
A diferença de cor é causada por uma relação de alimentação imprecisa ou uma temperatura instável. Soluções: calibrar o alimentador gravimétrico, verificar o sistema de controle de temperatura, estabilizar os parâmetros de velocidade de alimentação e de velocidade do parafuso.
6.3 Superaquecimento e degradação do material
O sobreaquecimento é causado pela alta velocidade do parafuso, pela alta temperatura ou pelo longo tempo de permanência. Soluções: reduzir a velocidade do parafuso, reduzir a temperatura em 10-15°C e diminuir adequadamente a relação L/D.
6.4 Baixa produção e instabilidade
A baixa produção é causada pela baixa velocidade da roda de parafuso, alimentação insuficiente ou alta viscosidade da mistura fundida. Soluções: aumentar a velocidade da roda de parafuso, verificar o sistema de alimentação e ajustar a temperatura para reduzir a viscosidade da mistura fundida.
7. Vantagens do extrusor de parafusos gêmeos Kerke na produção de cores
Kerke Extruder, as a professional manufacturer of twin screw extruder, masterbatch extruder and compounding extruder, has obvious advantages in color master production. The company’s products adopt modular design, high-torque transmission, precise temperature control and intelligent operation system, which can realize the ideal parameter setting for different color master formulas. All equipment is manufactured in accordance with international standards, with long service life, low energy consumption and easy maintenance. Through www.kerkeextruder.com, customers can obtain customized parameter schemes, equipment selection guidance and after-sales service. Kerke extruder helps color master production enterprises improve product quality, reduce production costs and enhance market competitiveness.
8. Conclusão
Os parâmetros ideais de um extrusor de masterbatch na produção de master de cores envolvem parâmetros estruturais, parâmetros de processo, parâmetros de correspondência da fórmula e parâmetros de controle de qualidade. Só através da otimização completa destes parâmetros podemos produzir um masterbatch de cores com alta dispersão, cor uniforme, desempenho estável e alta qualidade. O extrusor de dupla hélice e o extrusor de mistura são os equipamentos ideais para a produção de master de cores, e sua configuração de parâmetros deve ser ajustada de acordo com os diferentes tipos de resinas, concentrações de pigmentos e requisitos de produção. A Kerke Extruder conta com sua equipe profissional de R&A D tem uma forte capacidade e uma vasta experiência no setor para fornecer aos clientes extrusores de masterbatch de alta performance e soluções de parâmetros otimizados. Para as empresas de produção de master de cores, escolher equipamentos de extrusão adequados e dominar as configurações de parâmetros ideais são a chave para alcançar uma produção eficiente e de alta qualidade. Com o desenvolvimento contínuo do setor de processamento de plásticos, a tecnologia de extrusão de masterbatch continuará a inovar, e a otimização dos parâmetros se tornará mais refinada, proporcionando um suporte mais forte para a melhoria dos produtos de master de cores.
