Аптымізацыя эканамічных выгад ад экструдараў: кароткі аналіз фактараў, якія ўплываюць на эфектыўнасць вытворчых магутнасцей

Сумеснае замешванне двухшнекавы экструдар (далей — экструдар) стаў асноўным абсталяваннем для апрацоўкі мадыфікаваных пластмас дзякуючы выдатнай прадукцыйнасці змешвання, персаналізаванай камбінацыі шнекаў і добрай самаачышчальнай здольнасці.

Эфектыўнасць вытворчасці экструдара — гэта параметр, які кампаніі, якія займаюцца мадыфікацыяй, вельмі цэняць пры выбары абсталявання. Лічыцца, што экструдары большага дыяметра маюць большую эфектыўнасць вытворчасці, але на самой справе вялікі дыяметр не з'яўляецца адзіным фактарам павышэння эфектыўнасці вытворчасці экструдараў. Фактары, якія ўплываюць на эфектыўнасць вытворчасці экструдара, ўключаюць хуткасць экструдара, аб'ёмнае суадносіны, удзельны крутоўны момант, канструкцыю камбінацыі шнекаў, стан матэрыялу рэцэптуры, стан пластыфікацыі, знос абсталявання і г.д.

Ніжэй будуць прааналізаваны фактары ўплыву адзін за адным у залежнасці ад стану матэрыялу ў розных працэсах у экструдары і канструкцыі камбінацыі шнекаў. У гэтым артыкуле мы падрабязна разгледзім механізм экструзійнага транспарціроўкі.

Механізм экструзійнага канвеера

Даследаванне механізму перамяшчэння аднашнекавага экструдара з'яўляецца асновай для распрацоўкі двухшнекавага экструдара. Самая ранняя тэорыя аднашнекавага перамяшчэння была прапанавана Дарнелам і Молам. Яе асноўны сэнс заключаецца ў тым, што сіла перамяшчэння матэрыялаў у аднашнекавым экструдары заснавана на перамяшчэнні цвёрдага матэрыялу пад уздзеяннем трэння. Па меры паступовага памяншэння кроку шнекавага элемента экструдара або прымянення сілы экструзіі элемента супраціву замешвання, першапачаткова пышны і дысперсны матэрыял ператвараецца ў цвёрды корк без адноснага зрушэння, і трэнне паміж цвёрдым коркам і паверхняй шнека разам з сілай трэння паміж унутранай паверхняй шнекавага барабана перамяшчае цвёрды корак наперад па канаўцы шнека.

Класічная тэорыя транспарціроўкі мае свае абмежаванні, калі яна прапануецца. Яна мяркуе, што ўнутры цвёрдай пробкі няма адноснага зрушэння і што сіла трэння, якую яна атрымлівае, пастаянная. Аднак рэальная сітуацыя зусім іншая, таму тэарэтычная формула разліку часта адрозніваецца ад фактычнага вялікага адхілення. Тым не менш, гэтая тэорыя раскрывае сутнасць шнекавага транспарту экструдара, гэта значыць, што крыніцай транспартавання матэрыялу з'яўляецца складнік сілы трэння шнекавага барабана аб матэрыял уздоўж краю шнекавай канаўкі, а трэнне паміж паверхняй круцільнага шнека і матэрыялам з'яўляецца абмежаванне матэрыялу. Прагрэсіўнае супраціўленне. Іншымі словамі, розніца паміж каэфіцыентам трэння fi паміж транспартаваным матэрыялам і металічнай паверхняй шнека і каэфіцыентам трэння fb паміж матэрыялам і металічнай паверхняй унутры шнекавага барабана з'яўляецца крыніцай рухаючай сілы трэння і цягі. Аналіз руху і сілы пры паступовым транспарціроўцы матэрыялу паказаны на малюнку 1.

Нягледзячы на ​​тое, што самая ранняя і найбольш падрабязная тэорыя цвёрдага транспарту, заснаваная на трыбастатыцы цвёрдых рэчываў, была прапанавана Дарнелам і Молам, існуе некалькі асноўных здагадак:
1 У шнекавым канале экструдара смалавы матэрыял знаходзіцца ў стане цвёрдай пробкі і мае фіксаваную хуткасць падачы, прычым кірунак ціску на цвёрдую пробку адпавядае толькі кірунку руху матэрыялу;
2. Цвёрдая заглушка і любая паверхня ў канаўцы шрубы ўзаемадзейнічаюць адна з адной, і яе каэфіцыент трэння не будзе змяняцца пры ваганнях ціску, а толькі пры зменах тэмпературы;
3. Не ўлічваючы змяненне аб'ёмнай шчыльнасці цвёрдага матэрыялу і ўплыў зямнога цяжару, і мяркуючы, што паміж ствалом і шнекам экструдара няма зазору;
4. Шруба нерухомая адносна шрубавага цыліндра, і гэта відаць, калі шруба рухаецца.
Патэнтэ і інш. лічаць, што ў зоне пазы шрубы на восі шрубы аб'ёмная шчыльнасць/аб'ёмная шчыльнасць матэрыялу ў розных зонах адрозніваецца. У некаторых зонах матэрыял знаходзіцца ў друзлым стане, а ў іншых зонах матэрыял будзе пад ціскам, утвараючы цвёрдую корку. Механізм перамяшчэння цвёрдай часткі корка звязаны з тэорыяй перамяшчэння Дарнела-Мола, і наступная формула атрымліваецца шляхам аналізу стану руху і сілы цвёрдай коркі:

З формулы (1) відаць, што аб'ём падачы G станоўча карэлюе з хуткасцю кручэння n, аб'ёмным суадносінамі H і дыяметрам шнека Db. Паколькі здагадкі тэорыі аднашнекавага транспарту Дарнела і Мола не адпавядаюць рэальнасці, існуе вялікае адхіленне паміж дадзенымі, разлічанымі пазнейшымі пакаленнямі, і фактычнымі дадзенымі аб вытворчасці. З таго часу вялікая колькасць навукоўцаў правялі больш падрабязныя даследаванні гэтай тэорыі. У вялікай колькасці даследаванняў дзве тэорыі, прызнаныя многімі навукоўцамі, - гэта тэорыя вязкай цягі, прапанаваная Чунгам і інш., і тэорыя вязкай цягі, прапанаваная Тэдэрам. Тэорыя балансу энергіі.

Нягледзячы на ​​спрэчкі паміж тэорыямі, асноўны зыходны пункт тэорыі Дарнела-Мола і тэорыі Тэдэра па сутнасці аднолькавы, гэта значыць дынамічная сіла трэння паміж матэрыялам аднашнековы экструдар а ўнутраная сценка шнекавага барабана з'яўляецца найважнейшым фактарам для транспарціроўкі цвёрдых матэрыялаў. Крыніца сутнасці. Розніца заключаецца ў тым, што Чунг лічыць, што матэрыял спачатку церціся аб металічную сценку ўнутры барабана, утвараючы тонкі пласт расплаву, і менавіта сіла вязкага цягі, якая ствараецца гэтым тонкім пластом расплаву, уплывае на прадукцыйнасць транспарціроўкі цвёрдых матэрыялаў. Агульным для трох вышэйзгаданых тэорый з'яўляецца тое, што цвёрды матэрыял у экструдары лічыцца цвёрдай коркам, матэрыял у секцыі транспарціроўкі цвёрдых матэрыялаў лічыцца шчыльным, няма адноснага зрушэння паміж цвёрдымі часціцамі.

Чжу Фухуа і іншыя заўважылі, што падчас усяго працэсу візуальнай працы экструдара, перад тым як матэрыял паступіць у секцыю плаўлення, цвёрдыя часціцы знаходзяцца ў працэсе ўзаемнага абмену і праслізгвання, і паз шрубы не запоўнена цалкам. Гэта з'ява не знікае паступова да ўваходу ў секцыю плаўлення. Акрамя таго, падчас працэсу перамяшчэння часціц смалы наперад можна выразна назіраць бліскучы расплав паміж часціцамі смалы. Па меры таго, як прастора, якую займае расплава, павялічваецца на пазнейшай стадыі, мяжа паміж часціцамі і расплавам становіцца менш відавочнай. Гэта візуальна даказвае разрыў цвёрдай коркі і непазбежнасць змены яе перамяшчэння. На падставе вялікай колькасці назіранняў і эксперыментаў Чжу Фухуа ўпершыню прапанаваў тэорыю пераносу цвёрдага цела без корка.

На жаль, доўгі час пасля прапановы тэорыі пераносу цвёрдых рэчываў без прамежкавага патоку яе нельга было выкарыстоўваць для вырашэння практычных праблем у краіне і за мяжой з-за складанасці тэорыі. Нягледзячы на ​​тое, што дакладнасць разлікаў тэорыі пераносу цвёрдых рэчываў без прамежкавага патоку значна палепшылася, няма выразнай формулы для разліку прадукцыйнасці і ціску, і сама па сабе яна з'яўляецца нелінейнай кантактнай задачай. Існуе мноства складаных формул, і для разліку патрабуецца метад канчатковых элементаў. Гэта стварае вялікія цяжкасці пры практычным прымяненні. Спадар Кэррот вывучаў геаметрыю пераплятаючыхся двухшнекавых рухавікоў, якія круцяцца разам, і стварыў мадэль працэсу транспарціроўкі матэрыялу ў двухшнекавым экструдары ў якасці асновы даследавання. Яны аднагалосна адзначылі, што працэс транспарціроўкі матэрыялаў у экструдары складаны і разнастайны, і ў асноўным існуюць два механізмы транспарціроўкі: транспарціроўка з станоўчым перамяшчэннем уздоўж восі шнека ў верхняй зоне счаплення і транспарціроўка з фрыкцыйным супраціўленнем у зоне канаўкі шнека. Лю Цінхуа і інш. правялі шмат эксперыментаў з поўным троххадовым візуальным экстрударам і падзялілі секцыю транспарту цвёрдых часціц на аб'ёмную транспарціроўку ў зоне счаплення і фрыкцыйную транспарціроўку грануляваных часціц у зоне бакавой шнекавай канаўкі. Аб'ём аб'ёмнай транспарціроўкі ў зоне счаплення разлічваецца па формуле (2):

Максімізацыя эканамічных выгод экструдара неаддзельная ад эфектыўнасці вытворчасці. Эфектыўнасць вытворчасці вызначаецца не толькі фізічнымі параметрамі і ўмовамі працэсу экструдара, але і станам матэрыялу, які ўплываюць на эфектыўнасць вытворчасці. Чым ніжэйшая аб'ёмная шчыльнасць матэрыялу, тым вышэй утрыманне паветра ў ім. Пры транспарціроўцы матэрыялу шнекам фактычна перамяшчаецца той жа аб'ём матэрыялу. Чым ніжэйшая аб'ёмная шчыльнасць, тым ніжэйшая прапускная здольнасць.

Падчас змешвання расплаву ў экструдары вялікая колькасць часціц і парашкоў сціскаецца і ператвараецца ў расплав. Адзіны спосаб пакінуць унутраную частку экструдара — гэта вярнуцца ў хвост, што перашкодзіць бесперапыннай падачы парашка. Калі ціск і хуткасць сустрэчнага патоку перавышаюць пэўнае крытычнае значэнне, ён вяртае магутнасць. Калі папярочны сячэнне шнека памяншаецца, сустрэчны паток паветра павялічваецца, чым вышэй ціск, тым вышэй хуткасць. У гэты час гэта можа негатыўна адбіцца на падачы, таму што кропка пераліву хуткасці памяншаецца з павелічэннем хуткасці, гэта значыць, чым вышэй хуткасць, тым больш псеўданізаваны матэрыял. Як ужо згадвалася раней, трэнне з'яўляецца ключом да транспарціроўкі матэрыялу. Эфектыўнасць транспарціроўкі прама прапарцыйная каэфіцыенту "дынамічнага" трэння. Чым вышэй каэфіцыент трэння шнека, тым вышэй эфектыўнасць транспарціроўкі. Змена сілы трэння таксама паўплывае на яго эфектыўнасць транспарціроўкі. Акрамя таго, розныя камбінацыі і канструкцыі шнекаў таксама паўплываюць на яго "дынамічны" каэфіцыент трэння.