ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ
ИЗ ПЛАСТМАССЫ

6 мая 2008 г. Источник: Производство пластмассы и полимеров

Дегазационные экструдеры отличаются от обычных экструдеров тем, что в их корпусе делаются специальные отверстия, через ко­торые из расплава удаляются растворенные в нем газы (пары воды или низкомолекулярных фракций, захваченный с гранулами воз­дух и т. д.). Конструкцию червяка и параметры режима выбирают таким образом, чтобы давление расплава у этих отверстий снижа­лось до атмосферного. Для этого в дегазационных червяках вводят две дополнительные зоны (рис.1): зону разрежения, глубина которой обычно в 2—3 раза превышает глубину первой зоны дози­рования, и вторую зону дозирования. Необходимость введения этих двух дополнительных зон заставляет увеличивать длину червяка, которая обычно составляет 25—30 D .

 

Рис.1. Схема червяка дегазационного экструдера. Вверху показана эпюра давле­ний, развивающихся в расплаве:

1 — высокое противодавление; 2 —среднее противодавление; 3 — низкое противодавление; 4 — спад давления; 5 — сжатие.

Нормальная работа экструдера возможна только в том случае, если канал червяка в пределах зоны дегазации заполнен не целиком. Это достигается либо установкой специальных дросселирующих приспособлений на входе в зону дегазации, либо соответствующим подбором геометрических характеристик первой и второй зон дозирования, обеспечивающим превышение производительности второй напорной зоны дозирования над производительностью первой. Обычно это достигается увеличением глубины канала напорной зоны по сравнению с глубиной канала первой, питающей, зоны дозирования.

Существующие дегазационные экструдеры комплектуются червяками, для которых отношение глубины канала первой и второй зон лежит в диапазоне 1,2≤ h2/h1≤ 1,4.

Математическая модель дегазационного экструдера состоит из трех частей:

а) модели первой зоны дозирования, по существу ничем не отличающейся от описанной выше модели обычного пластицирующего экструдера, работающего в режиме открытого выхода;

б) модели второй зоны дозирования, представляющей собой описание работы винтового насоса, эффективная длина которого (длина заполненного участка червяка) определяется давлением на выходе;

в) модели движения расплава в частично заполненном канале на участке зоны дегазации.

Если известен интервал давлений, которые могут развиваться на выходе из червяка, то задача расчета состоит в подборе такого соотношения глубин винтового канала, при котором длина целиком заполненного участка второй зоны дозирования при работе в режиме максимального рабочего давления остается меньше, чем ее геометрическая длина. Очевидно, что фактическая длина второй зоны дозирования определяется сопротивлением головки, увеличиваясь с его ростом. Результаты такого расчета обычно представляют в виде семейства внешних характеристик второй зоны дозирования (рис.2), рассчитанных для разных эффективных длин зоны дозирования при условии Lд4 = L2. На этот же график наносят и прямую, иллюстрирующую производительность первой зоны дозирования.Очевидно, что точка пересечения кривой 4 (внешняя характеристика второй зоны с максимально возможной длиной заполнения) с прямой 5 определяет

 

 

 

 

Рис 2. Внешние характеристики

напорной зоны дозирования дегазаци­онного экструдера и определение ра­бочей точки:

1 - 4- внешние характеристики напор­ной зоны дозирования, рассчитанные для различной эффективной длины зоны (L_д4 >L_д3 > L_д2 > L_д1) 5- характерис­тика 1-й зоны дозирования при посто­янной скорости вращения червяка; 6-внешняя характеристика головки.

максимально воз­можное давление экструзии, при котором дегазационная зона еще не будет переполнена.

 

Фактическая рабочая точка дегазационного экструдера определится как точка пересечения внешней характеристики головки (кривая 6) с прямой 5. При этом эффективная длина заполнения соответствует внешней характеристике, проходящей через эту точку (кривая 2).

Зона дегазации. Расчет зоны дегазации сводится к определению площади свободной поверхности расплава, обеспечивающей удаление заданного количества летучих при выбранных условиях (температура и давление). Для определения площади свободной поверхности необходимо определить форму поверхности расплава, заполняющего канал не полностью. В настоящее время известно только приближенное решение этой задачи, полученное для изо­термического движения несжимаемой ньютоновской жидкости.

Движущийся в пределах зоны дегазации расплав заполняет винтовой канал лишь частично, скапливаясь у толкающей стенки рис.3. Производительность такого червяка рассчитывается по формуле, выведенной для одномерного вынужденного течения, с введением поправки на коэффициент формы Ff, учитывающий краевые эффекты и степень заполнения канала:

Q = aFfN

Коэффициент формы Ff учитывает уменьшение объемного расхода вынужденного течения вследствие искривления потока из-за тормозящего влияния стенок частично заполненного канала; он равен

 

 

 

Рис. 3. Зона дегазации с частично заполненным каналом.

Здесь f— степень заполнения винтового канала (f=ωf,/ ω , где ωf - фактическая ширина движущейся в канале ленты расплава).

Степень заполнения канала f определяется итерационным методом. Вначале принимают, что Ff = 1 и рассчитывают значение f, при котором производительность зоны дегазации оказывается равна заданной производительности первой зоны дозирования. Затем рассчитывают значение коэффициента Ff и вновь определяют степень заполнения. За свободную поверхность принимают торцевую поверхность потока, помеченную на рис. 3 стрелкой Л.

В начале второй зоны дозирования канал также заполняется не сразу. Приближенное определение длины переходного участка показывает, что эта длина даже в случае изотермического течения зависит от продольного градиента давлений, уменьшаясь с его ростом.