ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Упрощенный качественный анализ работы шприцмашины из "Переработка термопластичных материалов" Преж чем переходить к строгому количественному анализу процессов течения расплава в червяке шприцмашины, рассмотрим качественную картину явления. [c.176] В обычной пластицирующей шприцмашине полимер проходит через три состояния вначале—это твердый материал, затем—смесь расплава и твердого материала и, наконец, расплав. [c.176] В дозирующей зоне существуют три основных потока. Вынужденный поток (прямой поток) представляет собой поступательное течение расплава, которое возникает как следствие относительного движения корпуса и цилиндра. Противоток, который можно рассматривать как течение расплава в обратном направлении, возникающее под действием развивающегося в головке машины давления. Третья разновидность потоков—это утечка. Перепад давлений, возникающий вследствие существования повышенного давления в головке, между двумя боковыми поверхностями стенки канала, вызывает появление утечки через кольцевой зазор между гребнем стенки канала червяка и внутренней поверхностью корпуса. Обычно утечка по сравнению с двумя другими разновидностями течения очень незначительна и ею можно пренебречь. [c.177] Производительность дозирующей зоны равна, таким образом, разности между расходом вынужденного потока и расходом противотока и течения утечки. [c.177] Вынужденный поток представляет собой поступательное течение расплава, возникающее вследствие существования относительного движения корпуса и цилиндра. Если представить себе шприцмашину, на выходе из червяка которой расплав не встречает никакого сопротивления, так как и пакет сит и мундштук отсутствуют, то в такой машине давление в головке будет равно нулю. Поэтому в канале червяка противотока не будет. Материал, находящийся в кольцевом пространстве между вращающейся наружной поверхностью сердечника червяка и внутренней поверхностью корпуса, подвергается деформации сдвига, которая в результате воздействия стенок винтового канала превращается в поступательное движение материала по каналу, т. е. в вынужденный поток. Основными параметрами, определяющими величину объемного расхода вынужденного потока, являются глубина канала, ширина канала, диаметр червяка и скорость его вращения. [c.177] Противоток возникает в результате существования избыточного давления расплава в головке шприцмашины. Чтобы лучше понять причину появления противотока, представим, что червяк неподвижен, а в головке машины имеется избыточное давление. В этих воображаемых условиях винтовой канал червяка уподобится длинному насадку прямоугольного сечения. [c.177] Рабочие характеристики шприцмашины. Познакомившись с основными видами потоков, существующих в канале червяка, можно попытаться предсказать, каким образом будет зависеть производительность шприцмашины от условий переработки при использовании червяков различных конструкций. [c.178] В качестве примера на рис. 4,6 приведены графики зависимости производительности от давления в головке для трех червяков, отличающихся друг от друга, длиной дозирующей зоны. Предполагается, что расплав представляет собой ньютоновскую жидкость, и все три червяка испытываются в одинаковых условиях одинаковая скорость вращения, одинаковая вязкость расплава. Процесс проводят изотермически. На приведенном выше графике представлены характеристики головок с матрицей малого сечения и с матрицей большого сечения. [c.178] Характеристика червяка с глубоким каналом на участке дозирующей зоны представлена на графике прямой 1. Производительность такого червяка при свободном выходе (нулевое давление) очень велика, так как расход вынужденного потока при глубоких каналах весьма значителен. В то же время производительность шприцмашины с червяком такого типа оказывается очень чувствительной к величине давления в головке, так как глубокий канал представляет собой по существу насадок с большой площадью поперечного сечения, в котором легко возникает противоток. Этим объясняется быстрое уменьшение производительности с увеличением противодавления в головке. [c.178] Если глубина винтового канала в дозирующей зоне невелика (мелкий канал), то производительность червяка при режиме открытого выхода уменьшится (прямая 3), так как величина возможного объемного расхода вынужденного потока пропорциональна глубине канала. В то же время производительность такого червяка гораздо меньше чувствительна к изменениям величины противодавления, так как сопротивление противотоку у мелкого канала намного больше. [c.179] При шприцевании расплавов, обладающих свойствами ньютоновских жидкостей, всякое изменение скорости вращения червяка приводит к параллельному смешению прямых, изображенных на рис. 4,6. С изменением вязкости расплава угол наклона этих прямых также изменяется. [c.179] На том же графике прямыми линиями 4 и 5 представлены характеристики головок с матрицами малого (прямая 5) и большого (прямая 4) поперечного сечения. При нулевом давлении в головке течение через матрицу отсутствует. По мере увеличения давления, создаваемого червяком в головке, расход протекающего через головку материала увеличивается. При этом расход материала через головку, в которой установлена матрица большего поперечного сечения, увеличивается быстрее, чем расход через головку, в которой установлена матрица с меньшим поперечным сечением. [c.179] Точка пересечения соответствующих характеристик мундштука и червяка определяет объемную производительность, которую обеспечивает данное сочетание червяка и мундштука. [c.179] Потребляемая мощность и тепло, выделяющееся в шприцуемом материале в результате работы сил вязкого трения. В предыдущих параграфах рассматривался только объемный расход шприцуемого материала. В них мы не касались ни величины потребляемой при шприцевании мощности, ни изменения температуры расплава, наблюдавшихся в процессе шприцевания. [c.179] При любых условиях шприцевания расплава относительное движение червяка и стенок корпуса вызывает деформацию сдвига в находящемся в канале червяка материале. Мощность,-расходуемая на сдвиг полимера, превращается в тепло и вызывает повышение температуры полимера. Количество выделяющегося в материале тепла увеличивается с уменьшением глубины канала или увеличением длины червяка и с повышением скорости вращения червяка. [c.179] КОСТИ расплавов и малая зависимость вязкости от температуры приводят к увеличению потребляемой мощности и возрастанию количества тепла, выделяющегося в материале во время шприцевания. [c.180] Количество тепла, выделяющегося в полимере в результате механической работы, сильно зависит от величины сопротивления мундштука. Уменьшение поперечного сечения матрицы приводит к увеличению противодавления в головке, которое, вызывая уменьшение объемного расхода на оборот червяка, подвергает находящийся в червяке расплав более продолжительному сдвигу. При этом количество выделяющегося в полимере тепла увеличивается. [c.180] Эта связь между величиной сопротивления головки и количест-. вом выделяющегося тепла позволяет понять, почему можно управлять температурой шприцуемой массы и степенью смещения, которому она подвергается при прохождении через червяк, устанавливая на выходе из червяка различные сопротивления потоку, такие, как пакеты сеток или дроссели. В дальнейшем будет показано, что все эти приспособления применимы в основном при червяках с глубокими каналами, в которых без этого дополнительного ограничения работа смешения была бы недостаточной и в которых незначительное увеличение противодавления вызывает существенное уменьшение производительности червяка. [c.180] Выше приводился качественный анализ основных зависимостей, определяющих процесс шприцевания. Однако для расчетного определения производительности червячных машин -необходимо располагать методами количественной оценки влияния каждого из этих факторов. [c.180] Ограничимся только одним примером. Если производительность зоны питания и зоны плавления недостаточна и не обеспечивает дозирующую зону необходимым для ее полной загрузки количеством материала, дозирующая зона при достаточно высокой скорости вращения червяка будет работать с недостаточным питанием. Производительность зоны плавления в ряде случаев определяется только коэффициентом теплопередачи от стенки корпуса. Поэтому увеличение скорости вращения не даст существенного увеличения производительности этой зоны в то же время производительность дозирующей зоны возрастает прямо пропорционально скорости вращения червяка. Следовательно, производительность машины оказывается ограниченной возможностями зон питания и плавления. При таких условиях шприцевание, как правило, сопровождается пульсациями давления и колебаниями производительности. [c.180] Вернуться к основной статье