Теория и практика экструзии полимеров

ПРОЦЕССЫ ТЕЧЕНИЯ РАСПЛАВОВ ПОЛИМЕРОВ В ПЕРЕХОДНОЙ ЗОНЕ ДВУХШНЕКОВОГО ЭКСТРУДЕРА

Процессы течения расплавов полимеров в винтовых канатах и в зазорах зацепления двухшнсковых экструдеров в настоящее вре­мя мало изучены, а в имеющихся публикациях авторы |2. 6. 7, 16, 311 исходят из теории одношнековой экструзии или простых гео­метрических представлений. Недостаточность информации в этой области объясняется сложностью гидродинамических процессов, протекающих в двухшнековых экструдерах. Только с середины 70-х годов XX века начали появляться теоретически обоснованные исследования в этой области.

При решении рассматриваемой задачи используются общепри­нятые допущения: несжимаемость жидкости, стационарность процесса, условия прилнпаемости, пренебрежение инерционны­ми и массовыми силами.

Для упрощения рассматривается изотермическая задача, жид­кость принимается ньютоновской, а неньютоновский характер ре­альных полимеров учитывается использованием понятия эффек­тивной (кажущейся) вязкости. При этом эффективную вязкость перерабатываемого материала необходимо определять по срсдне- интегральной скорости сдвига, методика расчета которой изложе­на ниже.

Экспериментальные исследования, проведенные авторами ра­бот 11, 30, 42, 43| на реальных двухшнековых экструдерах с поли­мерами, показали наличие между зонами пластикации (плавле­ния) и дозирования (вылавливания) участков шнеков, винтовые каналы которых не полностью заполнены расплавом. Это объяс­няется тем, что объем С-образной секции винтового канала в зоне загрузки выполняется большим, чем в зоне дозирования, а удель­ный объем полимера по мере его плавления уменьшается. Слож­ность гидро - и термодинамических процессов, протекающих в винтовых каналах и зазорах зацепления шнеков, затрудняет выбор такой геометрии шнеков, которая обеспечивала бы полное запол­нение винтовых каналов по всей их длине (от зоны плавления до зоны дозирования).

В настоящее время за основу при выборе геометрических раз­меров шнеков берут коэффициент сжатия (отношение объемов

< образных секций в зонах загрузки и дозирования), определяе­мый жепериментально [1|.

Hi.(Оранную степень сжатия обеспечивают применением сек­ционных шнеков (ступенчатое изменение объемов С-образных • с mi ий), изменением глубины винтовых каналов или шага па­ре 1ки |45). Во многих случаях применяются шнеки без комп­рессии (сжатия). При любой из указанных конструкций шнеков ipv. mo добиться, чтобы винтовые каналы по всей длине зоны и I. тления полностью были заполнены расплавом полимера

Щ.

Участок шнеков с не полностью заполненными винтовыми ка - м. I тми, названный авторами работы |47| зоной прокатки, или пе­реходной (между зонами загрузки и вылавливания), вносит суше-

• Iвенный вклад в суммарное смесительное воздействие, произно - IIIIельность и мощность привода двухшнсковых экструдеров. « кмователысо, учет этой зоны при анализе работы двухшнековых •кефудерон необходим.

Модель течения расплава полимера в зоне прокатки двухшне-

• овых экструдеров показана на рис. 3.29 |47|. Выражения для ско­ростей потока и давления в зоне прокатки можно получить реше­нием уравнений движения и неразрывности.

Уравнение движения в этом случае, с учетом принятых выше юпушений, принимает следующий вид |52| (см. рис. 3.29):

SHAPE * MERGEFORMAT

у

mIN

Рис. 3.29. Модель течения полимера в зоне прокатки двухшнекокого жструлера

д, /............................... ^............................................................................. 4»W

/> 'ct врашснис

— ► У O. lHOCTOpOIIHCC

г вращение

(3.20)

Уравнение (3.20) решаем при следующих граничных условиях:

1) для встречного вращения шнеков

y = 0,a<z<>b, VyU = 0; vzu = - vf = - ndN cos се

y = k asz<b. Vyy = - die = ш(Л/-h0);

o^M^=a, (321)

2) для одностороннего вращения шнеков

у-0, - a^z^b, vyu =0; =vf =ndNcosa; y = h,-a^z<b, vyu = - or, v, M = Л0);

Z-e. Osj-sAJ^l =0. <3'22>

dz

В результате получим следующие выражения для скоростей v^:

1) при встречном вращении шнеков:

(3.23)

2) при одностороннем вращении шнеков

v? u=i

(3.24)

В уравнениях (3.23) и (3.24): (dP/dz)u — градиент давления в винтовом канале С-образной секции переходной зоны; рн — эф­фективная вязкость расплава полимера в этой зоне; о — угловая скорость шнека; d — диаметр сердечника шнека; N — частота вра­щения шнеков; /» — глубина винтового канала.

Для нахождения градиента давления (d/ydz) обратимся к уравнению неразрывности, имеющему в рассматриваемом случае вид:

^ZU VW /Л

-df+lf=0 <3-25>

Беря от обеих частей этого уравнения интегралы по у в преде­лах от 0 до /; и принимая во внимание условия (3.21) и (3.22) для v>v, получим уравнение

I д h, j I, , dh

V = ш/* = J -5Г*У=т1 hi - )т~»

о oz oz о dz

иIмигрированием которого по. у находим:

(3.26)

2 v&dy = о(г2 + Л/-2Л0Л/)+ С. о v '

( овмсстным решением уравнений (3.23) и (3.26) с учетом пос - IC шею из фаничных условий (3.21) определяем значение посто - ипной интегрирования С:

С = - ndNcosa+о>(Л 0 Иа2 j.

«пкула градиент давления в переходной зоне равен:

4Р} 6Luu[z2-a2)

d z

(3.27)

Текущее значение //, толщины является функцией координаты г. II $ рис. 3.29 видно, что

hj =hi) + R-y]R~ - z* ■

bliuu(z2-a2)

(3.28)

Гогда

dP d z

(3.29)

и Hq + R-Jr2 + z2

Нетрудно убедиться, что выражение для градиента давления (dP/dz)u одинаково как для встречного, так и для одностороннего вращения шнеков. Величина (dP/dz)u зависит только от величины угловой скорости о и значения эффективной вязкости опреде­ляемой отдельно для встречного и одностороннего вращения шнеков.

Для нахождения вертикальной составляющей v)HJ скорости по­тока в переходной зоне обратимся к уравнению неразрывности (3.25), откуда следует:

Тогда при встречном вращении шнеков имеем:

ЭР 4рД dz

э2/>1[У Л)

Эг2 .. 3 2

2вм

dz

dz

о

who У2 d/r, mlN d/f,

2hj dz 2hj dz ’

а при одностороннем вращении имеем:

1 ГдР 4ци1 dz

Эг2 3

аг

JU

о Зг 2)i„

(3.31)

оЖ у2 dЛ. jmW л d/;. +—Ц—— + ——у '

lh] <*z 2 h} dz'

где d/j./dz и (d2P/dz?)u легко находятся из выражений (3.28) и (3.29).

Теория и практика экструзии полимеров

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 …

РАСЧЕТ ПРОЦЕССА НАМОТКИ ПЛЕНКИ

При расчете процесса намотки пленки задают длину полотна или массу готового продукта. Если расчет рулона проводят по мас­се, то часто бывает необходимо исходя из диаметра рулона оце­нить толщину намотанной пленки. …

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.