Кафедра КТЭИ

Переработка полимеров

Лабораторная работа №4

Расчёт зоны загрузки

Вариант 2

Специальность– электроизоляционная, конденсаторная и кабельная техника

2009

Краткие теоретические сведения

 

Большинство экструдеров, применяемых в промышленности переработки пластмасс, являются пластицирующими, т.е. полимер загружают в них в виде гранул. Гранулы перемещаются в загрузочной воронке под действием сил тяжести и заполняют канал червяка, в котором они транспортируются и сжимаются за счет сил трения, затем плавятся или пластицируются под действием сил трения.

Таким образом, процесс экструзии включает в себя четыре элементарных стадии, разделенные по зонам: загрузки, задержки плавления, плавления и дозирования.

Рассмотрим зону загрузки. Твердый материал в канале зоны загрузки продвигается вдоль канала за счет сил трения, возникающих между полимером и цилиндрическим корпусом.

Материал, захваченный цилиндрической поверхностью, наталкивается на встречающий гребень шнека и продвигается по винтовому каналу.

Сила трения пропорциональна нормально действующей силе на поверхность, не зависимо от площади контакта:

Сила трения обусловлена двумя факторами: адгезией (преодоление взаимодействия между молекулами) и пропахиванием частиц одного материала по другому.

Зависимость между нормально действующей силой и силой трения не всегда линейна, т.к. коэффициент трения может зависеть от температуры и давления.

Рассмотрим модель движения пробки по каналу зоны загрузки, представленную на рис.1. Здесь: верхняя пластина (цилиндрическая поверхность корпуса) движется с постоянной скоростью V0, Р – давление в канале, Sa и Sb – площади верхней и нижней пластины

Рис.1. Упрощенная модель движения пробки в канале зоны загрузки

Пробка гранул будет перемещаться за счет подвижной границы, если коэффициенты трения между гранулятом и цилиндром, а также гранулятом и червяком реализуются Различными, а именно равными 0.5 и 0.25 соответственно.

Сущность расчета процессов переноса в зоне загрузки заключается в определении изменения температуры и давления по длине зоны и длины зоны загрузки.

Разворачиваем канал на плоскость, используем принцип обращенного движения. Выделим в пробке гранул элементарный объем, рис 2

Рис.2. Силы, действующие на элементарный объём.

Спроектируем все силы, действующие на элемент на ось z:

; (1)

 ; ; (2)

;.(3)

где    F1     – сила трения на боковых поверхностях;

F2     – сила трения на дне элемента;

Fb     – сила трения на внутренней цилиндрической поверхности корпуса;

f1 и f2        – коэффициенты трения на шнеке и цилиндре соответственно.

Подставим выражения (2),(3) в (1):

 (4)

;

Рис.3. Вектора сил и скоростей на подвижной границе канала

U       –скорость твёрдой пробки, м/с; Н– высота канала, м; w– ширина канала, м; rи– плотность изолирующего материала, кг/м3; Q– расход материала, кг/с.

Все члены уравнения (5) разделим на Fz:

 (5)

где    Р0     – атмосферное давление, МПа.

Расчет зоны загрузки складывается из двух расчетов, которые могут при некоторых допущениях производиться раздельно:

- расчет давления по длине канала;

- расчет температурного поля по высоте и длине канала.

В том случае, когда коэффициент трения зависит от температуры (см. ............