Понимание физических описаний, представленных в этой главе, само по себе может оказаться достаточно полезным для многих читателей и помочь им улучшить свои процессы и продукты.Экструдер полимера используется для плавления твердого полимера и подачи расплавленного полимера для различных процессов формования или формования.Шнек – единственный рабочий компонент экструдера.Все остальные компоненты (двигатель, коробка передач, бункер, цилиндр и матрица и т. д.) просто обеспечивают необходимую поддержку для правильной работы шнека.Общие функции экструдера изображены ниже.
Питательная функция по переброске питающего полимера из бункера в шнековый канал происходит вне шнека и существенно не зависит от конструкции шнека.Шнек выполняет три основные функции: (1) функцию транспортировки твердых частиц, (2) функцию плавления и (3) функцию дозирования или функцию перекачки.Три функции винта выполняются одновременно на большей части длины винта и сильно взаимозависимы.Геометрическое название секции шнека, например секции подачи, показанное в главе 1;Рис. 1.3 не обязательно указывает на единственную функцию винтовой секции.Например, секция подачи выполняет не только функцию транспортировки твердых материалов, но также функции плавления и дозирования.Шнек также выполняет другие второстепенные функции, такие как распределительное смешивание, дисперсионное смешивание и сдвиговое измельчение или гомогенизация.Распределительное смешивание означает пространственную перестановку различных компонентов, а дисперсионное смешивание означает уменьшение размеров компонентов, как описано в главе 2;Раздел 2.6.4.Сдвиговое рафинирование означает гомогенизацию молекул полимера путем сдвига.Одношнековый экструдер представляет собой объемный насос непрерывного действия без возможности обратного смешивания и без возможности принудительной транспортировки.То, что первым входит в винт, первым и выходит из винта.Полимер, как твердый, так и расплавленный, движется вниз по винтовому каналу под действием сил, действующих на полимер со стороны вращающегося шнека и неподвижного цилиндра.Не существует механизма принудительной транспортировки полимера по винтовому каналу к головке.Вращающийся винт захватывает полимер и пытается вращать полимер вместе с ним.Предположим, что цилиндр снят с экструдера или идеально смазан так, чтобы он не оказывал сопротивления движению полимера.Тогда полимер просто вращается вместе со шнеком с одинаковой скоростью и из шнека ничего не выходит.Неподвижный цилиндр придает вращающемуся полимеру разрушающую силу и заставляет полимер слегка скользить по поверхности винта.Полимер по-прежнему вращается при трении винта о поверхность ствола, но с несколько меньшей скоростью, чем винт, из-за проскальзывания.Проскальзывание полимера по поверхности шнека вдоль канала шнека приводит к увеличению производительности.Смазанная поверхность винта увеличивает производительность, но смазанная поверхность цилиндра отрицательно снижает производительность.Понятно, почему коммерческие винты тщательно полируются и почему предпочтительны стволы с нарезами в секции подачи.Хотя многие коммерческие практики были разработаны эмпирически, а не на основе теоретического анализа, они, безусловно, согласуются с лежащими в их основе теоретическими концепциями.Механизмы внутри одношнекового экструдера изучаются путем изучения поперечных сечений полимера вдоль шнекового канала, взятых из «экспериментов по замораживанию шнеков».В эксперименте по замораживанию шнека, впервые предложенном Мэддоком [1], шнек запускается для достижения установившегося режима работы.Затем шнек останавливают и применяют водяное охлаждение цилиндра (а также, если возможно, шнека) для замораживания полимера внутри канала шнека.Ствол снова нагревается, чтобы расплавить полимер, и винт выталкивается из ствола, когда полимер начинает плавиться на поверхности ствола.Затем полоску затвердевшего полимера удаляют из винтового канала и разрезают во многих местах для исследования поперечных сечений вдоль винтового канала.Некоторые цветные гранулы подмешиваются в сырье, чтобы визуализировать механизм плавления и структуру потока.Цветные гранулы сохраняют свою форму, если они оставались твердыми внутри твердого слоя до остановки шнека, но они раскалывались и превращались в полосы внутри ванны расплава, если они были расплавлены до остановки шнека.
Время публикации: 16 июня 2019 г.