Теория и практика экструзии полимеров

УСТАНОВЛЕНИЕ ОПРЕДЕЛЕННЫХ РАБОЧИХ УСЛОВИЙ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УЧАСТКОВ (ЗОН) ШНЕКА

Зоны загрузки и пластикации. Принимаем, что зона длиной Ц имеет постоянный шаг и (обычно) постоянную глубину нарезки. Относительно питания сырьем (гранулятом, порошком или по­рошкообразной смесью, предварительно пластифицированным материалом) ограничивающих условий не требуется. Следует только принять, что средние величины физических характеристик материала одинаковы в пределах соответствующих участков срав - нивасмых шнеков диаметром D0 и D. Это относится особенно к плотности (или насыпной массе), теплопроводности и удельной теплоемкости.

Из участка L масса экструдируется в имеющую более мелкую нарезку выдавливающую зону, за которой следует формующий инструмент. Рассмотрим несколько вариантов.

1а. Подвод тепла производится исключительно путем нагрева цилиндра; температура 7] стенки цилиндра постоянна по всей длине участка L. Принимается, что шнек термически «нейтра­лен», т. е. без нагрева и без активного охлаждения.

16. Тепло подводится путем подогрева цилиндра и шнека до постоянной на всем участке L температуры внутренней стенки или поверхности.

Автогенный нагрев массы на участке L исключен или можно считать, что в сравнении с внешним обогревом он имеет второсте­пенное значение. Для этого принимается, что вязкий сдвиг термо­пластичной массы в межвитковом объеме шнека мал: критерием является отношение D/D0.

'Эго требование практически означает: малое число оборотов шнека и не очень малая (в сравнении с диаметром D) глубина на­резки Л|. Последнее из этих двух требований обычно выполняется само собой, так как глубина нарезки И на участке L всегда во много раз больше глубины нарезки /ц в выдавливающей зоне.

Дозирующая (вылавливающая) зона. Принимаем, что эта зона длиной 1.2 имеет винтовую нарезку с постоянным шагом, а также постоянной глубиной, которая мала в сравнении с диаметром шнека. В случае шнека, имеющего по всей длине (L + Li) нарез­ку с постоянным шагом и малой, а также постоянной глубиной, надо будет только подставить в расчетах L2 =

Выдавливающая зона L2 питается ньютоновским расплавом с температурой Т, поступающим из зоны которая имеет более глубокую нарезку; в случае L2 = L питание обычно осуществляется уже расплавом из особого расплавляющего агрегата. Из зоны L2 масса выдавливается через формующий инструмент (с характерис­тикой к).

2а. Нагрев расплава от начальной температуры 7 до температу­ры на выходе Т2 происходит только за счет превращения механи­ческой энергии вращающегося шнека в тепловую с учетом потерь тепла в окружающую среду (путем теплопроводности, излучения и конвекции).

Внешние нагревательные элементы в этом случае не предус­матриваются. Напротив, случай, когда шнек имеет активное ох­лаждение на участке L2, следует, безусловно, учитывать в соответ­ствующих расчетах, так как охлаждение шнека вызывает повыше­ние вязкости соприкасающихся с ним слоев материала и в связи с этим влечет за собой уменьшение эффективной глубины нарезки, а также увеличение тепловых потерь. В результате возникает нсоб -

ходимость в изменении соответствующих расчетных числовых ве­тчин. Уменьшение эффективной глубины нарезки можно оце­нить, исходя из характеристики вязкости материала; потери тепла, связанные с охлаждением шнека, можно непосредственно олреде - ■ II п. с помощью двух термометров и расходомера, установленных па линии охлаждения.

26. Нагрев расплава от начальной температуры 7j до темпера - ivpw на выходе Т2 осуществляется частично за счет преобразова­ния механической энергии и частично — за счет внешнего подо - I рева:

I) цилиндр нагрет до температуры Т2g, шнек нейтральный;

II) цилиндр и шнек нагреты до одинаковой температуры, т. е.

Зона Ц с примыкающей зоной L2. Здесь возможны следующие комбинации: 1а/2а, 1а/2б, 1б/2а, 16/2, 16/26 с последующим под­разделением для случая 26 (в зависимости от того, является ли шпек на участке 1.2 нейтральным или имеет обогрев).

Можно также принять во внимание, особенно для участка L2, вариант применения охлаждения с пелыо отвода избыточного юила, образующегося при автогенном способе, или с другой це - 1Ыо. Учитывая, что физические процессы и условия работы в обе­их главных зонах шнека весьма различны, целесообразно эти уча - i iKii в дальнейшем рассмотрении проблемы моделирования сна - чала проанализировать раздельно и лишь затем исследовать икономсрности, возникающие при их комбинировании.