ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Механизм и основные показатели процесса диспергироваДиспергирование волокнистого наполнителя при экструзия из "Техника переработки пластмасс" В процессах переработки полимеров и получения композиционных полимерных материалов диспергированию подвергаются материалы самого различного типа в оборудовании самой разнообразной конструкции. Измельчению подвергаются материалы как хрупкие, так и высокоэластические. При начальном размере частиц исходных материалов от нескольких миллиметров до нескольких сотен миллиметров (отходы трубных производств) в результате измельчения требуется получение частиц с конечными размера.ми от нескольких микрометров до миллиметров. [c.106] При измельчении и диспергировании твердых тел и агломератов, когда под действием внешних сил тело делится на части с образованием новых поверхностей, важнейшими характеристиками измельчаемого материала являются форма и размер частиц, а самого процесса диспергирования — степень диспергирования (или измельчения). Для оценки получаемой смеси необходимо знать средний размер часшц диспергируемой фазы, а также дисперсию среднего раз.мера частиц и объемного содержания диспергируемой фазы по объему смеси. [c.106] Наиболее широко используется ситовой анализ и микроскопия образцов в виде пленок или микротомцых срезов. Поскольку частицы имеют неправильную форму, применяют несколько показателей, которые определяют размеры частиц, например средний по абсолютной величине размер, полученный по измерениям в нескольких направлениях средний арифметический размер, равный стороне куба с такими же объемом и боковой поверхностью, как и у самой частицы статистически средний-размер по линии, делящей пополам площадь проекции частицы независимо от ориентации ее длинной стороны. В практике расчетов широко распространено измерение частиц диаметром й минимального круглого отверстия, через которое может пройти частица (при ситовом анализе). [c.107] На практике исходный материал и продукт дробления представляют собой смесь, состоящую из частиц размерами от йт1п до шах. Обычно минимальный размер частиц принимают равным нулю, если это не вызывает затруднений при математическом описании процесса измельчения, или 0,1—1,0 мкм, так как измельчение на более мелкие частицы мало вероятно. Размер максимальной частицы принимают равным размеру ячейки сита, на котором не остается материала, или определяют по графикам зернового состава. [c.107] При проведении ситового анализа размеры ячейки сита, суммарный остаток на котором равен 5% й ), в ряде случаев является более достоверным показателем, чем максимальный размер частпц с тах- Другими важными показателями являются размер ячейки сита, остаток на котором равен 50% по массе ( 5о) размер ячейки сита, суммарный остаток на котором равен и(а о), и суммарный остаток на сите с размером ячейки, равным й. [c.108] Показатель 1 = 05оМ5о может быть использован для ориентировочных расчетов. 50 — размер ячеек сита, на котором остаток материала до измельчен]1я равен 50% по массе). [c.109] При рассмотрении диспергирования обычно большое внимание уделяется кинетике процесса и его энергетическим характеристикам (энергозатратам). [c.109] Значения коэффициентов к и т я вид функции в каждом конкретном случае находятся экспериментально. [c.110] Способы оценки работы, необходимой для измельчения частиц с исходным размером В до частиц размером й, разрабатываются в ряде теорий, из которых поверхностная и объемная являются наиболее общими, не учитывающими вид процесса разрушения. [c.110] В ряде случаев оказывается возможным аналитический расчет потребляемой мощности и работы с учетом вида разрушения. [c.111] В устройствах ударного действия материал измельчается за счет создания ударных нагрузок при падении на материал измельчающих тел, при столкновениях частиц измельчаемого материала с измельчающими телами. Условием разрушения частицы является превышение кинетической энергии, переданной измельчаемому материалу, над работой однократного разрушения материала. В процессе ударного разрушения развиваются как упругая, так и пластическая деформации, однако ввиду кратковременности приложения нагрузки пластические деформации не развиваются до заметных величин, и разрушение носит хоупкий характер. Процесс разрушения определяет ся физико-механическими свойствами измельчаемого матернала (твердостью, упругостью), размерами частиц, их формой и рядом других факторов. Критическая скорость удара, при которой происходит разрушение, может быть получена из решения контактной задачи Герца. [c.111] Интенсификация процесса может быть достигнута как увеличением скорости движения частиц, так и повышением хрупкости перерабатываемого материала за счет снижения его температуры. В первом случае применяется высокая частота вращения ротора молотковых дробилок (до 10 000 об/мин) или высокое давление газа (0,3—1,0 МПа) в струйных мельницах. Для охлаждения измельчаемого материала используется углекислый газ, жидкий азот и т. п. Вее это позволяет получать порошки полимеров с размером частиц до 0,15—0,03 мм в роторных дробилках н до 0,075—0,045 мм (в отдельных случаях до 0,4—0,2 мкм) в струйных мельницах. [c.111] Ха актсристики различных типов диспергирующего оборудования, наиб().1ее широко применяемых в промышленности пластмасс, приведены в табл. 3.1 [91]. [c.113] Несколько другой характер носит процесс диспергирования ингредиентов в расплаве полимеров при получении наполненных композиционных материалов или их окрашивании. Обычно наполнитель в виде тонкоизмельченного порошка загружается в смесительное оборудование вместе с твердым полимером и в процессе его плавления и уплотнения образуются агломераты, диспергирование которых осуществляется за счет дальнейшего сдвигового воздействия на композицию. При этом происходит не только разрушение агломератов, но и перемешивание частиц агломерата с расплавом полимера. Процесс диспергирования таких агломератов наиболее интенсивен при содержании твердого наполнителя 30—70%. [c.113] Условия успешного проведения процесса диспергирования агломератов могут быть сформулированы с учетом следующего предположения [2]. Несмотря на различную природу сил, связывающих частицы в агломерате, эти силы могут характеризоваться величиной Р и радиусом действия г, причем для упрощения расчета можно принять Р постоянной в пределах г и пренебрежимо малой на больших расстояниях. Для достижения диспергирования необходимо не только вывести частицы иэ взаимного контакта, но и развести их на расстояние, большее г. При этом необходимо учитывать первоначальную ориентач цию линии центров диспергируемых частиц относительно направления действия напряжения сдвига. [c.113] Приведенное уравнение действительно лишь для кь1ко- 2, так как при больших наклонах кромки лопасти Бозникают обратные потоки и зоны циркуляции, вследствие чего расчет значительно усложняется. [c.114] Ввиду сложности гидродинамических процессов цри диспергировании приведенные расчеты носят ориентировочный характер. Поэтому нередко пользуются моделированием диспергирующего оборудования с учетом принципиальных положений, изложенных выше. [c.114] Имеющиеся литературные данные [87—89] показывают, что характе,р разрушения волокнистого наполнителя в каждой функциональной зоне различен (рис. 3.22 и 3.23). [c.115] В зоне загрузки и транспортировки нерасплавленной композиции (область А на рис. 3.22), как правило, разрушение наполнителя незначительно (до 4—5%)- Это объясняется тем, что здесь перерабатываемый материал (в виде гранул наполненной композиции или сухой смеси) не подвергается воздействию больших давлений и наг ряжений сдвига, так как давление в зоне транспортировки развивается достаточно медленно, и часто (особенно при переработке волокнистых сухск мешанных композиций) канал заполнен не полностью. Однако при переработке волокнитов (типа ДСВ-2-Р-2М и У2-301-07) наблюдается разрушение волокон наполнителя в зоне захвата материала за счет среза цри набегании боковой поверхности червяка на переднюю стенку загрузочного отверстия (кривая 3 на рис. 3.23). Указанное явление отмечено при работе экструдеров как в вертикальном, так и в горизонтальном исполнении, при наличии и отсутствии продольных пазов в зоне загрузки, при принудительной заг рузке композиции как питающим червяком, так и поршнем. [c.115] Вернуться к основной статье