Теория и практика экструзии полимеров

ДИСПЕРГИРОВАНИЕ В ОДНОШНЕКОВОМ ЭКСТРУДЕРЕ

Как отмечалось выше, при уплотнении сухих смесей полимера и дисперсного наполнителя в зоне транспортировки (загрузки) и сжатия (пластикации) в винтовом канале шнека происходит обра­зование агломератов и юн уплотненного наполнителя, разрушение которых начинается с возникновением сдвиговых деформаций рас­плава (следовательно, и напряжений сдвига в расплаве). Наиболее интенсивно этот процесс протекает в зоне пластикации (плавле­ния), где наблюдается малая толщина слоя расплава с высокой вяз­костью (см. разделы 2.6.2.1 и 2.6.2.2) и развиваются большие каса­тельные напряжения, а заканчивается в зоне дозирования.

Задача аналитического описания процессов диспергирования дисперсных наполнителей сводится к следующему:

1) определение зоны начала диспергирования, т. е. условий т„. > [xwAy где (тН/|) — предельное напряжение разрушения агломе­рата;

2) выяснение механизма разрушения агломератов — за счет уноса частиц с поверхности агломератов при [xwA < т < |т^|, (где хА — прочность материала агломерата при сдвиге) или за счет среза при т > [т^|;

3) нахождение исходных размеров агломерата DA (см. рис. 2.49) или зон уплотненного наполнителя;

4) определение обобщенной деформации сдвига в октаэдри­ческих плоскостях ГОК1 1111, обеспечивающих получение макси­мальных размеров агломератов менее заданных.

При плавлении наполненных полимеров возможно создание следующих условий образования агломератов:

1. Если толщина пленки полимера 5|(х, z) над областью поли­мера больше толщины пленки полимера над областью наполните­ля 82(х, г) и т*. > |т^| (см. рис. 2.50), то образуются агломераты с максимальным линейным размером, равным размеру области, за­нимаемой наполнителем, за счет сдвиговых деформаций наполни­теля по плоскости у = 5|(д z) В этом случае распределение разме­ров частиц выразится как /К Ал).

2. При различном соотношении 5,(х, z) и &г(х, г) и если 1<н«1 £ тн. < <|т*|, процесс диспергирования определяется уносом отдельных частиц наполнителя с поверхности агломерата с интен­сивностью Ny. В этом случае достигается высокая степень диспер - мцювания и отсутствие крупных фрагментов агломератов. В этом tпучае распределение размеров частиц равнор{ПА2).

3. На заключительных стадиях процесса по пленочному меха - пи |му при разрушении пробки образуются фрагменты уплотнен­ною наполнителя с распределением размеров частиц/К До)-

Дальнейшее разрушение агломератов происходит в зоне дози­рования, для которой начальное распределение размеров агломе­ратов может быть описано уравнением

w - у У

p(DM)=p(DM)^-*p(DAi)^, (2.232)

I к* W - ширина винтового канала; X - ширина пробки материала |I0|; p{D*) - 1ч |н»ятностъ получения агломератов размером DM.

Изменение размера агломерата во времени описывается урав­нением

DA(t)=DA-NyKMD>t. (2.233)

з РА:

I ю / время диспергирования; рА и р* - плотности агломерата и наполненного полимера; Xj— коэффициент заполнения винтового канала шнека в зоне загруз­ит Пл— начальный диаметр агломерата (см. рис. 2.49).

Поскольку величина Ny (интенсивносгь диспергирования) за - нисит от т (х, у, z), вся длина винтового канала должна быть разби-

1.1 на изотермические участки |46|, а в пределах каждого участка не (ссообразно провести разбивку но отдельным характерным об­метим, в пределах которых можно считать напряжение сдвига т постоянным.

Задача при этом сводится к выделению но пути движения агло­мерата участков с различными и постоянными на этих участках величинами касательных напряжений и определению времени во здействия на агломерат этих напряжений.

Предложенная методика расчета допускает решение задачи в двух вариантах:

1) на стадии проектирования оборудования но требуемой ве­тчине 1)А/ DAk (где DAk - конечный размер агломерата) задать как конструктивные, так и технологические параметры экстру­дера;

2) для существующего оборудования рассчитать степень дис­пергирования агломератов и провести варьирование технологи­ческих параметров для достижения требуемой величины DAk.

Авторы работы 110| в экспериментах с полиэтиленом высокого мвления и с мелом в качестве наполнителя показали хорошее со­впадение теоретических и экспериментальных данных.