Главная --> Справочник терминов


Червячных экструдерах Л 5, 5 — мерники; J — смеситель мономеров; 4 — полимеризатор; 6 — фильтр; 7 — промежуточная емкость; 8 — центрифуга; 9 — ловушка; 10 — сушилка с кипящим слоем; // — бункер; 12 — питатель; 13 — смеситель; 14 — вальцы; 15 — червячный экструдер; 16 — охлаждающая ванна; 17—ножевой гранулятор.

В. Кайл и Д. Приор в США заявили, что такая машина была ими создана в 1876 г. [13]. Однако датой рождения экструдера, который играет такую существенную роль в современной технологии переработки полимеров, принято считать 1879 г., когда М. Грей запатентовал свою конструкцию в Англии [17]. Этот патент представляет собой первое ясное описание машины такого типа. Экструдер Грея имел также пару обогреваемых валков. Независимо от Грея червячный экструдер был изобретен Ф. Шоу и Д. Ройлом в США в 1880 г.

Первая разновидность формования применяется для изготовления изделий емкостью до 4 л. Она отличается тем, что червячный экструдер непрерывно экструдирует через одну или несколько фильер полые заготовки. Процесс второго типа может быть реализован в трех различных вариантах: червяк с осевым перемещением, плунжерный аккумулятор, головка-аккумулятор. Последний обычно применяют для изготовления наиболее крупных изделий.

Кроме того, червячная конструкция имеет еще целый ряд дополнительных преимуществ: неподвижный корпус можно при необходимости нагревать или охлаждать; червяк может быть полым, что позволяет осуществлять его подогрев или охлаждение; подвод механической энергии достигается путем вращения вала червяка через редуктор от электродвигателя; винтовой канал создает составляющую скорости, перпендикулярно гребню, что приводит к вращению потока и обеспечивает хорошее перемешивание расплава; ре-зультирующий профиль скоростей позволяет получить узкий интервал распределения времен пребывания отдельных частиц в кана-ле.что делает червячный экструдер

очень эффективным при переработке термочувствительных полимеров; само устройство имеет достаточную механическую прочность, что обеспечивает широкий диапазон расхода: от очень маленького до нескольких тонн в час; питание может осуществляться расплавом или сыпучим материалом. Как было показано в гл. 8 и 9, червячный экструдер является эффективным насосом, хорошим транспортирующим устройством для твердых частиц и отличным генератором расплава. Поэтому не удивительно, что одночервячный экструдер стал наиболее важной машиной для переработки полимеров.

10.5. Червячные акструдеры для перекачивания воды. Известно, что червячный винт был впервые использован Архимедом для перекачивания воды. Является ли червячный экструдер эффективным водяным насосом? Приведите и обоснуйте свои аргументы.

10.10. Конструирование экструдера для грануляции. Сконструируйте червячный экструдер для гранулирования ПЭНП производительностью 4536 кг/ч. Давление в головной части, необходимое для прокачивания расплава через гранулирующие пластины, составляет 8,617 МПа. Материал подается из реактора при температуре 260 °С. Примите ньютоновскую вязкость 13,78 Па-с и плотность 768,883 кг/м3. Входное отверстие должно быть достаточно большим для гравитационной загрузки; глубина канала в зоне загрузки должна быть не менее 50,8 мм. Влияние зазора между гребнем и корпусом не учитывайте, процесс считайте изотермическим. Ответ должен быть представлен в виде данных о размерах червяка и рекомендации по скорости его вращения.

10.11. Червячный экструдер с рециклом. Червяк с постоянной глубиной канала, показанный на рис. 10.45, имеет полый вырез, соединенный с каналом так, что часть расплава может рециркулировать.

Устройство для измерения вязкости (СССР) служит для непрерывного автоматического измерения вязкости по Муни каучука в процессе полимеризации. Устройство включает параллельно соединенные две одинаковые пары последовательно включенных цилиндрических капилляров равного диаметра с межкапиллярными камерами. В качестве задатчика постоянного расхода применен червячный экструдер, продавливающий материал через обе пары капилляров. Регистрирующий прибор измеряет перепад давления между капиллярными парами, пропорциональный конечной эффективной вязкости и, следовательно, общепринятому показателю вязкости по Муни.

Под резиносмесителем емкостью 0,620 м3 устанавливают червячный экструдер с гранулирующей головкой (и со второй роликовой головкой для универсальных линий).

1 — червячная машина; 2 — промежуточный транспортер; 3 — вулканизатор; 4 — отмывочно-охладительное устройство; 5 — протягивающее устройство; 6 — отборочное устройство; 7 — узел снятия теплоносителя с изделия; 8 — погружной транспортер; 9 — расплав соли; 10 — вакуумная установка; // — устройство подачи резиновой ленты в червячный экструдер; 12 — пульт управления линией.

потока». Это условие существенно при выделении тепла на контактных поверхностях трущихся твердых тел при фрикционной сварке и при транспортировке твердой фазы в червячных экструдерах. К этому же виду можно отнести радиационный нагрев с определенной интенсивностью и конвективный нагрев, которые слабо зависят от температуры поверхности. И, наконец, иногда приходится учитывать трудности, связанные со значительной нелинейностью граничных условий типа «заданное поверхностное излучение». Поверхность непрозрачного вещества, обращенная к источнику радиации (или поглощения), при температуре Тг излучает тепловой поток:

Другой метод реализации описанного способа плавления осуществлен в одночервячных экструдерах и других машинах подобной конфигурации, в которых деформация материала является следствием напряжений сдвига, вызванных движением стенок. В частности, в червячных экструдерах, которые спроектированы и работают таким образом, что в зонах питания червяка (см. разд. 12.1) развиваются очень высокие давления, наблюдаются более высокие скорости плавления, чем те, которые предсказываются моделями плавления, основанными на анализе плавления по механизму теплопроводности с принудительным удалением расплава за счет движения стенок.

Мы рассмотрели две крайние разновидности течения; упорядоченное течение с регулярными линиями тока в коаксиальных цилиндрах и псевдослучайное вихревое течение в смесителях непрерывного и периодического действия. Между этими двумя крайними случаями есть много других реализуемых на практике сложных видов течения, поддающихся теоретическому анализу. Некоторые из них, например течение в зазоре между коаксиальными цилиндрами с встроенными планетарными роликами, исследовал Шерер [10]. При течении движутся все четыре стенки, и картина течения подобна той, которая наблюдается в двухчервячном экструдере с взаимозацепляющимися червяками. (Такие устройства применяют в одно-червячных экструдерах для интенсификации смешения.) В этом случае осевое течение накладывается на тангенциальное. Для определения смесительного воздействия в центр камеры впрыскивали окрашенную жидкость (метку) и следили за ее перемещением, за увеличением площади поверхности раздела, а также за распределением элементов поверхности раздела внутри системы. Начальное расположение метки таково, что она пересекает все линии тока, так же как в случае коаксиальных цилиндров (см. рис. 11.3, б), но в данном случае можно ожидать более благоприятного распределения элементов поверхности раздела и при не столь благоприятном исходном расположении диспергируемой фазы.

В результате экспериментов установлено, что на большей части червяка экструдера сосуществуют твердая и жидкая фазы, однако разделение их приводит к образованию слоя расплава у толкающего гребня червяка и твердой полимерной пробки у тянущего гребня. Ширина слоя расплава постепенно увеличивается в направлении вдоль винтового канала, в то время как ширина твердой пробки умень -шается. Твердая пробка, имеющая форму непрерывной винтовой ленты изменяющейся ширины и высоты, медленно движется по каналу (аналогично гайке по червяку), скользя по направлению к выходу и постепенно расплавляясь. Все поперечное сечение канала червяка от точки начала плавления до загрузочной воронки заполнено нерасплавленным полимером, который по мере приближения к загрузочному отверстию становится все более рыхлым. Уплотнение твердого полимера позволяет получать экструдат, не содержащий воздушных включений: пустоты между частицами (гранулами) твердого полимера обеспечивают беспрепятственный проход воздушных пузырьков из глубины экструдера к загрузочной воронке. Причем частицы твердого полимера движутся по каналу червяка к головке, а воздушные пузырьки остаются неподвижными. Хотя описанное выше поведение расплава в экструдерах является достаточно общим как для аморфных, так и для кристаллических полимеров, малых и больших экстру -деров и разнообразных условий работы, оказалось, что при переработке некоторых композиционных материалов на основе ПВХ слой расплава скапливается у передней стенки канала червяка [12]. Кроме того, в больших экструдерах отсутствует отдельный слой расплава на боковой поверхности канала червяка, чаще наблюдается увеличение толщины слоя расплава на поверхности цилиндра [13]. Как отмечалось в разд. 9.10, диссипативное плавление — смешение возможно в червячных экструдерах в условиях, которые приводят к возникновению высокого давления в зоне питания. В данном разделе будет рассмотрен процесс плавления, протекающий по обычному механизму. Отметим, что на большей части длины зкструдера

Транспортировка материала в червячных экструдерах осуществляется за счет сил трения (см. разд. 8.13). Для описания транспортировки твердых частиц в мелких каналах можно использовать уравнение (8.13-7). Однако канал на участке зоны питания червячных экструдеров обычно имеет большую глубину, и его кривизной нельзя пренебрегать. Используя методы, разработанные Дарнеллом и Молом [15], и произведя те же самые упрощения, что и в разд. 8.13, получим описание процесса транспортировки твердого материала в глубоких каналах червяка.

Пример 12.2. Транспортировка гранулята в червячных экструдерах ПЭНП перерабатывают в одночсрвячном экструдере. Червяк с зоной гомогенизации (L = Оь) состоит из 26,5 витка, диаметр 6,35 см; зона питания состоит из 12,5 витка, глубина канала 9,398 мм; зона сжатия (переходная зона) состоит из 9,5 витка, глубина канала в зоне дозирования 3,22 мм, зона состоит из 4 витков. Ширина гребня червяка 6,35 мм, зазор между гребнем червяка и цилиндром пренебрежимо мал. Диаметр загрузочного бункера 38,1 см, угол конуса конической части составляет 90°, диаметр загрузочного окна 12,7 см (рис. 12.13). Температура цилиндра 129 °С, нагрев производят, начиная с третьего витка, окно бункера перекрывает два витка; таким образом, для транспортировки гранул остается один виток. При частоте вращения червяка, равной 60 об/мин, производительность составляет 67,1 кг/ч (температура загружаемого полимера 24 "С). Давление в головке равно 21 МПа.

Механизм плавления в червячных экструдерах впервые был сформулирован Тадмором [22], исходя из описанных ранее визуальных наблюдений. Модель основана на использовании допущения о том, что расплав является ньютоновской жидкостью, а глубина канала мала. Предполагается также, что поперечные сечения винтового канала и твердой пробки имеют прямоугольную форму (см. рис. 12.8). Обозначим ширину твердого слоя X. Одной из основных моделей является расчет профиля твердого слоя X (z). Результаты такого расчета легко проверить экспериментально. Произведение

Пример 12.3. Плавление в червячных экструдерах

12.6. Профиль пробки в червячных экструдерах. Определите профиль пробки и продолжительность плавления ПЭНП, перерабатываемого в экструдере с одно-заходным червяком диаметром 6,35 см (шаг диаметральный), имеющим следующие характеристики, при следующих условиях: зона питания состоит из 3,5 витка глубиной 1,27; зона сжатия с постоянной величиной конусности и сердечника состоит из 12 витков; зона дозирования состоит из 12 витков глубиной 0,318 см; ширина гребня витка 0,635 см; зазор между гребнем витка и поверхностью цилиндра незначителен. Параметры процесса: частота вращения червяка 82 об/мин, температура цилиндра 150 °С, производительность 54,4 кг/ч. Используйте показатели физических свойств полимера из Примера 12.3 и предположите, что плавление начинается за один виток до конца зоны питания. (Ответ: В конце зоны питания X/W — 0,905, в конце зоны сжатия X/W = 0,023.)

обратное течение в червячных экструдерах (10.3-33); F — сила;

Потребление энергии в червячных экструдерах за-




Частотной зависимости Чередующийся сополимер Червячных экструдерах Четырехчленных циклических Четырехкратным количеством Четвертичных аммониевых Четвертичными аммониевыми Четвертичной аммониевой Численный коэффициент

-
Яндекс.Метрика