ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные уравнения движения расплава в дозирующей зоне червяка экструдера. Постановка задачи из "Основные процессы переработки полимеров Теория и методы расчёта" Принято различать экструдеры для переработки эластомеров (шприц-машины) и экструдеры для переработки термопластов. Основное различие между ними заключается в том, что питание шприц-машин, как правило, осуществляют уже пластицированным материалом, поступающим в виде ленты с валков питательных вальцов, в то время как питание экструдеров для переработки пластмасс осуществляется гранулированным или порошкообразным материалом. Поэтому процессы, протекающие в канале червяка при экструзии термопластов, имеют более сложный характер. [c.201] Зона питания. В зону питания гранулированный или порошкообразный материал попадает обычно при комнатной температуре. Заполнив канал, материал перемещается подобно твердому стержню. [c.201] Скорость перемещения пробки гранул в канале червяка зависит от соотношения между коэффициентами трения между гранулами и поверхностями червяка и корпуса. Так, чем меньше коэффициент трения между червяком и полимером, тем быстрее материал движется по каналу. И наоборот, чем больше коэффициент трения между поверхностью корпуса и полимером, тем выше скорость движения пробки. [c.202] Для уменьшения коэффициента трения поверхность винтового канала тщательно шлифуют и полируют. Напротив, отделка внутренней поверхности корпуса определяется только соображениями удобства очистки машины. Часто на внутренней поверхности корпуса делают неглубокие полуцилиндрические продольные пазы. [c.202] Особенно большое значение имеет температурный режим работы зоны питания. Известно, что при температуре 80—90° С коэффициент трения термопластов выше чем при комнатной температуре, в то время как дальнейшее повышение температуры сопровождается его постепенным уменьшением. Поэтому обычно выбирают температурный режим таким образом, чтобы температура внутренней стенки корпуса в зоне питания [ее длина составляет обычно (4- 6)Д] лежала в пределах 80—100° С. [c.202] Процесс плавления заканчивается в тот момент, когда пробка совершенно исчезает. Очевидным следствием такого механизма плавления является зависимость длины зоны плавления от основных параметров технологического режима производительности и заданного распределения температур. [c.203] Естественно, что интенсивность процессов плавления должна быть достаточно высока, для того чтобы процесс плавления успел закончиться и канал червяка оказался заполненным расплавом прежде, чем материал подойдет к выходу из червяка. [c.203] Часть материала, подходящего к стенке, не поворачивает обратно, а проходит через кольцевой зазор, существующий между гребнем стенки винтового канала и внутренней поверхностью корпуса. Это — поток утечки. Таким образом, производительность дозирующей зоны равна разности между объемным расходом вынужденного потока и расходом утечки. [c.204] Очевидно, что объемный расход материала в любой зоне червяка постоянен. Поскольку для нормальной работы экструдера необходимо, чтобы расплав, поступающий к рабочему инструменту (к головке), имел заданную однородную по сечению температуру, время пребывания расплава в зоне дозирования должно быть достаточно для его прогрева и гомогенизации. [c.205] Взаимосвязь отдельных этапов процесса экструзии показывает, что для анализа процесса надо рассматривать совокупность всех фаз процесса. При таком анализе следует иметь в виду, что основным фактором, управляющим взаимодействием отдельных фаз процесса, является постоянство материального расхода полимера для любого сечения червяка. Поскольку объемная производительность экструдера определяется работой зоны дозирования, рассмотрим прежде всего методы математического описания работы этой зоны. [c.205] В ДОЗИРУЮЩЕЙ ЗОНЕ ЧЕРВЯКА ЭКСТРУДЕРА. [c.205] По принципу действия дозирующая зона одночервячного экструдера является своеобразным винтовым насосом. При этом из-за высокой вязкости перекачиваемой жидкости течение в таком винтовом насосе всегда бывает ламинарным. [c.205] Математическую модель винтового насоса можно получить в результате совместного решения системы уравнений, которые выражают законы сохранения массы, энергии и количества движения при ламинарном течении, с уравнениями, описывающими физическое состояние перекачиваемой жидкости. [c.205] Эта задача неоднократно рассматривалась в работах советских и зарубежных ученых. Первая попытка ее решения методами теории подобия относится к 1922 г. Упрощенная математическая модель винтового движения ньютоновской жидкости в дальнейшем рассматривалась в работах 2.. Наиболее последовательно математическая модель винтового изотермического течения ньютоновской жидкости была рассмотрена в 1953 г. в серии работ американских авторов Карлея, Маллука и Мак-Келви - в явившихся, таким образом, родоначальниками гидродинамического подхода к описанию процесса экструзии. [c.205] Использование упрощенной ньютоновской модели позволило разобраться в механизме движения расплава. Экспериментальные исследования Эккера , Маддока -зб др показали, что качественная картина хорошо согласуется с данными опыта. Однако попытки применения этой модели для целей инженерного расчета оказывались безуспешны, поскольку при ее построении игнорировались основные особенности расплава, такие как аномалия вязкости, температурная зависимость вязкости, наличие процессов теплообмена. [c.205] Чтобы удовлетворительно описать процесс экструзии, математическая модель течения расплава в пределах зоны дозирования должна удовлетворять по меньшей мере следующим требованиям учитывать существование аномалии вязкости учитывать взаимное влияние циркуляционного и поступательного течений учитывать влияние тепла, выделяющегося в результате внутреннего трения, на эффективную вязкость расплава учитывать теплообмен с окружающей средой. [c.206] Очевидно, что для работы экструдера безразлично, вращается ли червяк внутри неподвижного корпуса или наоборот, корпус вращается относительно червяка. По этой причине для упрощения будем считать корпус вращающимся 45 Расположение связанных с червяком неподвижной системы координатных осей х, у, г я вспомогательной оси I показано на рис. V.5. Ось г ориентирована вдоль оси винтового канала червяка, ось I — вдоль оси червяка. [c.206] Т = Тд при 2 = 0 где Тг и Т/, — соответственно температуры червяка и стенки корпуса. [c.208] Уравнения (V. 1) — (У.5) образуют полную систему уравнений относительно восьми функций Р, р,- , у/, Т) и достаточно строго описывают задачу движения степенной жидкости при наличии теплообмена. Однако, как было показано в работах их решение может быть получено только численным методом. Для построения модели, допускающей аналитическое решение, сделаем следующие допущения. [c.208] При этом интегрирование квазистатических уравнений выполняется независимо, поскольку в (У.Ю) число уравнений соответствует числу искомых функций. [c.209] Вернуться к основной статье