Поливинилхлорид - Ульянов В.М.
ISBN 5-7245-0727-7
Скачать (прямая ссылка):
205
Процессы разделения в шнековых пластикаторах. Во время диспер. гирования агломераты твердых ПВХ композиций должны быть разделены на отдельные частицы, а образовавшиеся частицы должны быть смочены и равномерно распределены в расплаве. Типичным примером диспергирования является окрашивание пластических масс свободными пигментами. Для отдельных (элементарных) процессов, происходящих при диспергировании (разделение, смачивание и распределение), невозможно указать временную последовательность в том смысле, что какая-то конкретная частица сначала разделяется (разрушается), возникающая при этом новая граничная поверхность затем смачивается, и, наконец, разделенная и смоченная частица распределяется в расплаве. С большим основанием можно предположить, что агломераты сначала смачиваются и только в результате ослабления сил сцепления вследствие смачивания становится возможным их разделение. Вероятно, по той же схеме в процессе распределения участвуют и более грубые (неразделенные) частицы пигмента. Следовательно, при описании процесса диспергирования надо исходить из того, что указанные три основных элементарных процесса протекают параллельно [107].
Разделение агломератов происходит под действием напряжений сдвига, возникающих при сдвиговом течении. Нагружение частиц при сдвиговом течении подробно исследовано в [176], где показано, что .частицы совершают вращательное движение между отдельными слоями ламинарного потока с угловой скоростью
со = у/2. (8.1)
Здесь величина у является градиентом скорости сдвига в потоке. В результате возникающих центробежных сил частицы подвергаются воздействию нагрузки, которой, однако, для случая сдвигового течения сред с высокой вязкостью (расплавы ПВХ) можно пренебречь. Частицы вследствие различных скоростей движутся навстречу друг другу, отклоняясь от своих траекторий перед соударениями. Важное соотношение, предложенное в [176] для расчета напряжения сдвига, возникающего в частице твердого вещества в процессе сдвигового течения, имеет вид тт = 2 5тж (8.2)
где т, — напряжение сдвига в частицах твердого вещества; тж — напряжение сдвига' расплаве, окружающем твердые частицы.
Следовательно, возникающее в частицах твердого вещества напр"' жение сдвига, которое после преодоления сил связи приводит * разделению частиц, прямо пропорционально напряжению сдвига в окружающей среде жидкости или расплаве. Поэтому при диспергирс вании в пластификаторах важно создавать в пластичной и упруговя* кой среде по возможности высокое напряжение сдвига. Для просто^ случая ньютоновской жидкости справедливо уравнение
(где П - вязкость жидкости). 206
Энергия, которая преобразуется в текущей вязкой системе, состав-
ляет ? = py = r,V2. (8.4)
Уравнение (8.3) свидетельствует о том, что напряжение сдвига, возникшее в пластической среде, тем больше, чем выше окружная скорость перемешивающего инструмента и чем меньше зазор между инструментом и стенкой корпуса машины, где реализуется сдвиговое деформирование. Из уравнения (8.4) следует, что выделяющаяся в вязкой системе энергия и, следовательно, образующееся при этом тепло возрастают пропорционально квадрату градиента скорости сдвига. Поскольку вязкость расплавов, как правило, уменьшается с повышением температуры, следует обеспечивать интенсивное охлаждение пластикаторов для того, чтобы высокий градиент скорости сдвига не приводил к чрезмерному повышению температуры материала и, следовательно, к снижению вязкости и напряжения сдвига в системе.
В случае переработки ПВХ композиций (пластичных и упруговяз-ких систем) приходится иметь дело с неньютоновскими жидкостями, у которых вязкость является функцией не только температуры, но и напряжения сдвига. Поэтому при расчете напряжения сдвига, реализуемого в таких системах, необходимо знать кривую течения соответствующего материала, которая представляет собой функцию т =/($) при заданной постоянной температуре. Расчет градиента скорости, возникающего в шнековой машине,-весьма сложная задача, поскольку в общем случае имеется не постоянный, а меняющийся по участкам градиент скорости сдвига. Так, в зазоре между гребнем шнека и стенкой корпуса градиент скорости максимален, а в межвитковом канале, i.e. между телом шнека и стенкой цилиндра-минимален. Градиенты скорости сдвига, реализуемые в пластикаторах, находятся в пределах от 10 до 15000 с-1. В зависимости от геометрии шнека для каждой «ашины можно определить средние значения градиентов скоростей, для которых типичны значения в интервале от 100 до 500 с1.
Протекание во времени процесса смачивания описывается уравнением Вошберна [14]: „ пч
1 J t =#2/2 2n/(h>2Cose), (8.5)
где f — время проникновения расплава в капилляры агломератов; К — коэффициент, Чрактеризующий форму капилляров; / — глубина проникновения; т) — вязкость жидкости ря расплава; г — радиус капилляров или пор; 72 — поверхностное натяжение жидкости; ' ~ краевой угол смачивания; Уг9 — так называемое напряжение смачивания.
Согласно уравнению (8.5) время, необходимое для смачивания "орошка, увеличивается пропорционально квадратам коэффициента Формы капилляров и глубины проникновения и, кроме того, линейно взрастает с увеличением вязкости окружающей среды. Время смачивания, наоборот, сокращается, если напряжение смачивания и радиус аор агломерата возрастают.
