Теория и практика экструзии полимеров

КШЦ-ТТМКЛ ПЛАВЛЕНИЯ ПОЛИМЕРА В КАНАЛЕ ШНЕКА В ПЛЕНОЧНОМ РЕЖИМЕ

Качественная картина механизма плавления приведена на рис. 2.27, а. В соответствии с работами |23—25J, плавление матери­ала начинается при соприкосновении его с внутренней стенкой ци­линдра I. Образующаяся тонкая пленка расплава 2снимается греб­нем витка, как только толщина пленки б станет больше величины радиального зазора 6 между витком нарезки 7 и цилиндром /. Пла - стицнрованный расплав 5 собирается у толкающей кромки. Ши­рина твердой зоны по мере продвижения материала вдоль канала уменьшается, а зона расплава увеличивается, и процесс плавления заканчивается тогда, когда твердый материал 4 совершенно исче­зает.

Математическое описание зоны плавления было осуществлено Тадмором |34|. Модель строилась в предположении, что процесс плавления является стационарным, и, следовательно, поля скоро­стей и температур в каждом сечении независимы от времени. Да­лее предполагалось наличие температуры плавления твердого ма­териала в отличие от реальной температурной области плавления; считалось, что твердая зона — гомогенная непрерывная среда, а поперечные сечения канала и твердой зоны — прямоугольные. Идеализированный механизм плавления следующий: тепло к гра­нице раздела подводится через движущуюся пленку от стенки ци -

пшлра; дополнительное тепло генерируется вязкой диссипацией и пленке. Теплообменом с циркулирующим в зоне расплава поли­мером пренебрегают, так как высота твердой зоны много меньше

• ширины. Теплообменом за счет проводимости и конвекции в направлении оси винтового канала также пренебрегают. При рас - мг к* теплообмена считают, что толщина твердой зоны бесконечно нпика, поскольку коэффициент теплопроводности немонолитного таймера очень мал, и температура по мере удаления от границы l».i »дела 3быстро снижается, приближаясь к постоянной температу- |к* полимера в массе твердой юны (рис. 2.27. а). Скорость плавле­ния зависит от разности теплового потока, подводимого к границе р. цдела 3 от пленки 2, и теплового потока, отводимого от нее к I кордой зоне 4. Толщина пленки (как предсказываемая теоретичес­ки. гак и измеренная экспериментально) очень мала (около 0,02 < м) 113|, в то время как скорость движения цилиндра очень высока (около 10—110 см/с). Это обеспечивает правомерность представле­ния о движении пленки как о вынужденном потоке между двумя 1кч конечными параллельными пластинами. Верхняя пластина — пнугренняя поверхность корпуса, движущаяся со скоростью Усх и имеющая температуру Ть, а нижняя пластина — поверхность разде-

i. i фаз 3, температура которой равна температуре плавления Tg (эта iioitcpxiiocTb движется вдоль по каналу с постоянной скоростью Vxz. I'латав считается ньютоновской жидкостью.

В такой постановке уравнение теплопроводности для твердой юны принимает следующий вид:

д2Т Ку 07'

-т = —Т-. (2.13)

ду2 а5 ду 9

• I'- Г„ - средняя скорость твердого вещества в направлении у (см. рис. 2.27); о,-

• •• • |>фиииент температуропроводности твердого вещества.

КШЦ-ТТМКЛ ПЛАВЛЕНИЯ ПОЛИМЕРА В КАНАЛЕ ШНЕКА В ПЛЕНОЧНОМ РЕЖИМЕ

Граничные условия:

у= О, Т = Tg; у = И, Г-Г0,

где Т0 — температура основном массы пробки 4, равная температуре полимера на входе в канал.

Решение уравнения (2.13) описывает стационарное распреде­ление температур в твердой пробке, движущейся с постоянной скоростью Усх (рис. 2.27, б):

Т-Tq УцУ

vr'4’— <2|4>

Уравнение энергии для расплава имеет вид:

Г

Km—T+Avf^0't (2.15)

ду

ц=т/у; (2.16)

при

у= О, Т = Tg, у =6, Г = Ть

р = const (не зависит от температуры).

Решение (2.15):

T-Ts ц(ли'с) у, у у

I'-I+f (2.17)

r„-Tg 2Km(rb-rs) &{ Sj 8

где 6 — толщина слоя расплава, зависящая от продольной координаты г; Т, у - напряжение и скорость сдвига; ДИС — модуль разности вектор;! относительной скорости корпуса и вектора скорости движения пробки:

д(? =PC-PS; лИс=[(Исг-Кк)2 + Кс2 (2 )8)

Тепловой поток от слоя расплава к поверхности раздела опре­деляется соотношением:

<2|9>

где К„ — коэф(|)нииент теплопроводности расплава.

Тепловой поток ог поверхности раздела 3 к внутренним облас­тям пробки 4 равен:

(2.20)

Разность между количеством тепла подводимым к поверх­ности раздела 3, и количеством тепла отводимым от нес втвер-

Ivк» пробку 4, — это тепло расходуемое на плавление на едини-

цс поверхности раздела материала:

8s = 8jy ~8sy - (2.21)

Вводя выражения (2.19) и (2.20) в уравнение (2.21), получим:

=х(Г» -7>)+5i^-P-c/»(7i-тоК- <2-22>

' " — удельная теплоемкость пробки полимера; Л, — скрытая теплота плавле­

нии. м — эффективная вязкость при градиенте скорости у.

Уравнение теплового баланса (2.22) связывает толщину слоя расплава 5 со скоростью движения пробки Viy в направлении оси у. Рассмотрим участок твердой зоны единичной длины (в на­правлении z)- Для этого участка количество материала, проходя­щею через поверхность раздела фаз со стороны твердой пробки, юлжно быть равно массовому расходу в пленке, причем оба эти расхода должны быть равны со — скорости плавления на единич­ной длине канала:

(2.23)

ш=^Лр,=0,5(^5рт),

in V — ширина пробки в направлении х р„ и р, — плотность расплава и твердого м. иериала соответственно.

)то уравнение материального баланса устанавливает зависи­мость между толщиной слоя расплава 6, скоростью движения пробки Vgy в направлении оси у и шириной пробки X. Уравнения (2.22) и (2.23) позволяют получить значения 5 и со как функции X, физических характеристик полимера и режима переработки:

5 = ,

(2.24)

(2.25)

(2.26)

I до

^СхРл

ф=.

КхР mCps(Tg-T0) +

(0=Ф yfx,

K*(Tb-Tg)+№№Vcf

2[0,(7^-7о)+х]

Как видно из уравнений (2.24) и (2.25), значения 6 и со макси­ма 1ьны в начале зоны плавления, когда X — Wy и убывают до нуля при X = 0.

Для определения ширины твердой зоны было составлено диф­ференциальное уравнение материального баланса:

Xhp5 VczI. - Xhps Vcz|2+dj = oxl?, (2.27)

глс h — глубина винтового канат, которую считают равной толшине пробки.

При

где Л — высота твердой пробки, равная разности глубины винтового канала и толщины пленки расплава: А0 — высота винтового канала в начале зоны плавле­ния; р — приращение высоты канала на единице его длины (конусность).

получим решения для конического шнека в зоне плавления. Преобразуя (2.27), получим:

d, v, w

Tz(Xh) = ~i^- <228>

КмРл

Решение этого уравнения в окончательном виде после подста­новок и преобразований имеет вид:

2

Х_

0)

W_

0)

//

х

(2.29)

1-—(2-—

. 4 н)н.

//

X

Фо>

//=•

(2.30)

где G - массовый расход;

(2.31)

G = V-m Pj;

- необходимая длина зоны плавления; х — тангенс половины угла конусности сердечника шнека.

Таким образом, уравнения, полученные Гадмором, показыва­ют изменения толщины пленки расплава, ширины твердой зоны, а также скорости плавления в направлении транспортировки ма­териала.

Теория и практика экструзии полимеров

Постачальник ПВХ, ПУ, промислових та гідравлічних рукавів

Компанія «Укр-Флекс» є провідним постачальником промислових рукавів та шлангів на українському ринку. Завдяки високій якості продукції, широкому асортименту та надійному обслуговуванню, ми забезпечуємо потреби різних галузей промисловості і гарантуємо задоволення …

Причины перейти на инженерные пластики

За последние десятилетия появилось множество полимерных материалов. Физические, механические свойства ряда из них настолько хороши, что они активно используются как альтернатива металлу. Особым спросом пользуются так называемые инженерные пластики. Полипропилен, …

СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ РУКАВНЫХ ПЛЕНОК

Системы охлаждения экструзионных агрегатов для производ­ства рукавных пленок должны обеспечивать: — заданную интенсивность охлаждения с целыо получения ка­чественного изделия при заданной производительности экструдера; — заданную структуру пленки; — равномерность охлаждения …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Партнеры МСД

Контакты для заказов оборудования:

Внимание! На этом сайте большинство материалов - техническая литература в помощь предпринимателю. Так же большинство производственного оборудования сегодня не актуально. Уточнить можно по почте: Эл. почта: msd@msd.com.ua

+38 050 512 1194 Александр
- телефон для консультаций и заказов спец.оборудования, дробилок, уловителей, дражираторов, гереторных насосов и инженерных решений.