Основные процессы и аппараты технологии промышленных взрывчатых веществ - Генералов М.Б.
ISBN 5-94628-130-5
Скачать (прямая ссылка):
Современный экструдер — это машина, обеспечивающая одновременно нагрев полимерного материала за счет работы сил внутреннего трения и гомогенизацию вследствие больших деформаций сдвига, а также создающая гидростатическое давление, необходимое для непрерывного продавливания материала через профилирующий инструмент. Поэтому можно определить современный экструдер как совершенно свободный от пульсации насос, подающий термически однородную полимерную композицию с постоянной производительностью и при постоянном давлении.
Наиболее широкое применение в промышленности переработки полимеров получили одночервячные экструдеры. Аналогичным образом, наиболее разработанная область теории процессов переработки — это процессы экструзии на одночервячных машинах. Поэтому рассмотрим процессы, происходящие при экструзии с использованием одно-червячного экструдера (рис. 8.20). Он имеет:цилиндрический корпус 4 с загрузочным бункером 5 для подачи гранул или кусков пластичного BB; червяк (шнек) 3, установленный в подшипниковом опорном узле 6; пресс-инструмент, состоящий из конического сужающегося переходника 2 и формующей матрицы 1, и привод. Разнообразные типы конструкций экструдеров предусматривают термостатирование внутренних полостей корпуса и формующего инструмента.
Шнек — это основной рабочий орган экструдера. Он забирает гранулы материала от загрузочного отверстия бункера, пластицирует и равномерно подает в виде гомогенной вязкотекучей массы к формующему инструменту.
По характеру процессов, протекающих на каждом участке шнека, его обычно можно разделить по длине на три основные зоны: зона питания или загрузочная зона — участок, в котором перерабатываемый материал находится в твердом состоянии; зона сжатия — участок, в
¦309 котором почти полностью происходит гомогенизация материала; дозирующая зона — участок, в котором материал находится в вязкотеку-чем состоянии.
Качественный анализ работы экструдера. Принято различать экстру-деры для переработки эластомеров и термопластов. Основное различие между ними заключается в том, что в первом случае питание экструдера осуществляется уже пластицированным материалом, например, поступающим в виде кусков ленты после вальцов, а во втором случае — гранулированным материалом.
В зону питания гранулированный материал попадает обычно при комнатной температуре. Заполнив канал, материал перемещается подобно твердому стержню. По мере продвижения вдоль канала стержень уплотняется и вследствие существования сил трения, препятствующих его движению, подвергается объемному сжатию. В отдельных случаях давление в конце этой зоны может достигать порядка 10 МПа.
Скорость перемещения пробки гранул в канале шнека зависит от соотношения между коэффициентами трения между гранулами и поверхностями шнека и корпуса. Так, чем меньше коэффициент трения между шнеком и полимером, тем быстрее материал движется по каналу. И наоборот, чем больше коэффициент трения между поверхностью корпуса и полимера, тем выше скорость движения пробки.
Для уменьшения коэффициента трения поверхность винтового канала тщательно шлифуют или полируют. Напротив, отделка внутренней поверхности корпуса определяется только соображениями удобства очистки машины. Часто на внутренней поверхности корпуса делают неглубокие продольные рифы (пазы).
Особенно большое значение имеет температурный режим работы зоны питания. Обычно выбирают температурный режим таким образом, чтобы температура внутренней стенки корпуса в зоне питания лежала в пределах 50—80 °С; это способствует повышению пластических свойств перерабатываемого материала.
¦310 Протяженность зоны питания составляет обычно порядка 4—6 диаметров шнека.
В зоне сжатия материал переходит из твердого состояния в вязко-текучее под воздействием тепла, подводимого от стенок корпуса, и тепла, выделяющегося в результате сдвиговых деформаций материала. Твердая пробка гранул, двигаясь по винтовому каналу шнека, испытывает аутогезионное (всестороннее сжимающее) воздействие за счет увеличивающегося давления, а также когезионное (сдвиговое) воздействие. В результате пористая структура сжатых гранул пробки приобретает свойства монолитной беспористой гомогенной массы, находящейся в вязкотекучем состоянии.
В зоне дозирования винтовой канал шнека оказывается заполненным полимером в вязотекучем состоянии. Начиная с этого момента, движение полимера становится подобно движению вязкой жидкости в канале винтового насоса. Фактическое движение полимера в зоне дозирования осуществляется по винтовой траектории. Это движение принято представлять как сумму двух независимых движений.
Первое — поступательное течение, представляет собой движение полимера вдоль оси винтового канала. Объемный расход этого движения определяет в конечном счете объемную производительность экс-трудера, и, следовательно, лимитирует скорость движения пробки гранул в пределах зон питания и плавления.
Второе циркуляционное течение, представляет собой круговое движение полимера в направлении, перпендикулярном оси винтового канала. Двигаясь поперек канала, поток встречает стенку канала и поворачивает в обратную сторону. Существующее циркуляционное течение обеспечивает гомогенизацию полимерной композиции, выравнивает распределение температур и позволяет использовать экструдер как смеситель.
