Одношнековый экструдер как «экструзионное устройство» был разработан во второй половине XIX века и получил широкое распространение в промышленности. Его используют в трех основных отраслях:
• гончарной (керамические соединения):
— экструзия, формование;
• резиновой промышленности (натуральный каучук, резина):
— пластификация, экструзия;
— производство профилей;
• пищевой промышленности (маслосодержащие фрукты, семена масличных
культур):
— экстракция биологических масел;
— сепарация материала с использованием перфорированных шнеков;
— переработка мяса с помощью мясорубки.
Подача продукта в одношнековый экструдер кажется, на первый взгляд, несколько необычной. В то время как каждая молекула металла остается в одной и той же плоскости поперечного сечения, материал, тем не менее, транспортируется в осевом направлении. Ниже приведена попытка объяснения: шнек вращается без изменения положения, при этом продукт не вращается, а скользит в осевом направлении, другими словами, он перемещается в осевом направлении. Однако такой так называемый «теоретический» транспорт не существует на практике, поскольку продукт не является твердым телом, а представляет собой высоковязкую жидкость с реологическими свойствами.
Адгезионные и фрикционные характеристики полимерного материала определяют интенсивность течения. Для ньютоновских жидкостей — это половина величины теоретической транспортирующей способности (при постоянном давлении) и даже менее при противодавлении (экструзии), вплоть до нуля. В последнем случае продукт вращается вместе с валом и выход прекращается.
Этот недостаток одношнековых машин, особенно отсутствие очистки вала и большая зависимость транспорта от реологических свойств, заставил изобретателей искать решения этих проблем. Поэтому как вариант решения проблемы - экструдер с сонаправленным вращением шнеков был изначально предложен как самоочищающийся механизм. Шесть патентов в течение 70-летнего периода (1869—1939) показывают, что двухшнековый экструдер оставался в значительной степени на переднем крае инженерной мысли.
В начале 1940-х годов систематические исследования двухшнековых экструзионных систем начались на заводе IG в Вольфене, Саксония-Анхальт. Они включали комбинированный физический, математический, инженерный и механический анализ, выполненный W. Meskat, A. Geberg, R. Erdmenger и их сотрудниками. Команде была поручена разработка надежного «механического устройства» для химических процессов с высоковязкими продуктами.
Работа была продолжена фирмой Bayer AG в Леверкузене ориентированными на газработку технологии группами в составе новой структуры «прикладной физики».
Эта команда, работающая в химической промышленности, в первую очередь решала проблемы технологии систем с высокой вязкостью, особенно для развивающихся химических процессов фирмы Bayer AG.Механический аспект разрабатывался в соответствии с требованиями с той или иной степенью глубины.