Оборудование заводов по переработке пластмасс

Скорость движения пробки и производительность зоны питания

Введем следующие обозначения: Q3* — независимая объемная производительность зоны питания (загрузки); Qnjl* — независи­мая объемная производительность зоны плавления; Q* — неза­висимая объемная производительность зоны дозирования.

Под независимыми значениями будем понимать значения производительности, которые могли бы быть достигнуты в каж­дой из трех зон, если бы они работали независимо друг от друга.

Если Q3*<Q* или <2пл*<Ф*, то говорят, что экструдер ра­ботает в режиме недостаточного питания. При таком режиме процесс протекает нестабильно, и качество изделий ухудшается. Наилучшие результаты получаются при соблюдении следую­щего условия:

Q**>Qn**>Q* (5-5)

Это означает, что зона дозирования определяет производи­тельность процесса. Работа в этих условиях протекает более стабильно, а качество экструдата оказывается наилучшим. Сле­дует оговориться, что если Qs^-Q", то зона дозирования может попасть в режим избыточного питания, и ее регулирующего воздействия может оказаться недостаточно для удовлетвори­тельной стабилизации режима. Поэтому правильный выбор гео­метрических размеров червяка на участке зоны питания имеет существенное значение.

Для построения системы расчета последовательных стадий движения полимера в канале червяка экструдера воспользуем­ся системой обозначений, приведенной на рис. 5.19. Введем сле-

Рис. 5.20. Схема движения материала в зоне питания (корпус неподвижен, червяк вращает­ся). Пояснения в тексте.

Дующие обозначения: ^jtjDtgq) — шаг винтового канала; <р — угол подъ­ема винтовой нарезки червяка по гребню; і — число заходов червяка; w = (tji — є) COS ф = nD sin ф[ 1 — eil /(nZ)tg<p)]—нормальная ширина винтового канала; є - осевая толщи­на стенки винтового канала; s — нор­мальная толщина стенки винтового канала; h — глубина винтового кана­ла; б r-—радиальный зазор между внутренней поверхностью корпуса и наружным диаметром гребня винто­вой нарезки червяка; D=D—h — средний диаметр винтового канала червяка; DS=D—2 h — диаметр сер­дечника червяка; х, у, z — система ко­ординат, связанная с червяком, причем ось z направлена вдоль оси развертки винтового канала; ось / совпадает по направле­нию с осью вращения червяка.

Рассмотрим механизм движения пробки в винтовом канале червяка, вращающегося внутри корпуса (рис. 5.20). Точка А — некоторая точка материала пробки, совпадающая с соответству­ющей точкой винтового канала в начальном положении. Канал червяка движется снизу вверх со скоростью U и за время тлв перемещается на расстояние АВ. Одновременно под воздействи­ем сил трения движется и пробка материала, которая переме­щается из точки А в точку А'. Следовательно, вдоль канала пробка продвигается на расстояние ВА'.

Из рассмотрения треугольников АСА' и ВСА' видно, что скорость v„, с которой пробка перемещается по каналу, равна

ВА'_________ U_____________ U sin 8

Vn — U Ав — cos Ф + sin Ф ctg Є ~ sin (0 - f - ф) (5'6>

При установившемся движении силы трения, действующие на пробку со стороны винтового канала Fs, и силы трения, дей­ствующие со стороны внутренней поверхности корпуса Fb, долж­ны быть связаны соотношением

Fs = Fbcos(0+V) (5.7)

Угол 0 определяется соотношением коэффициентов трения їь (между материалом и поверхностью корпуса) и fs (между ма­териалом и стенками винтового канала червяка).

В случае однозаходного червяка (7=1) объемная производи­тельность зоны питания равна

Sin 0 sin ф Л е

('-isW) <5-8>

При работе экструдера соотношение сил трения колеблется в довольно широких пределах, поскольку изменение скорости вращения червяка, температуры корпуса, давления в головке и прочих факторов всегда влияет на значения коэффициентов тре­ния и, следовательно, угла 6,

Производительность правильно спроектированного экструде­ра определяется работой зоны дозирования, поэтому во всех дальнейших расчетах угол трения определяется выражением

•г— *») <5-9>

Где U=nDN — окружная скорость вращения червяка; ps—плотность грану ля - та в пробке; Q — объемная производительность зоны дозирования; р—плот­ность расплава.

Уменьшение производительности зоны загрузки или даже полное прекращение питания из-за резкого падения коэффи­циента трения более вероятно для червяков с большим углом подъема винтового канала, который на практике редко превы­шает 18—20°. Обычно из чисто технологических соображений червяки выполняют с шагом, равным наружному диаметру, и углом ф=17°42'.