Теоретические основы переработки полимеров (механика процессов)

120°С. Это связано с низкой теплопроводностью полиэтилена, так как прежде чем тепло будет воспринято охлаждающей водой, оно должно пройти через стенку трубы.

Рукавная пленка. Процесс изготовления рукавной пленки со­ стоит из следующих этапов: экструзии рукава, охлаждения рукава до температуры затвердевания, сопровождающегося продольным и поперечным растяжением рукава, охлаждения рукава до темпе­ ратуры, при которой его можно складывать, не опасаясь слипания, складывания и намотки рукава. Как показывают многочисленные экспериментальные исследования, основные эксплуатационные свойства пленок (прочность, прозрачность, глянцевитость) сильно зависят от условий охлаждения и степени продольного и попереч­ ного растяжения, определяющих, как было показано выше, ско­ рость и направление процессов формирования надмолекулярных структур.

Определение формы рукава в зависимости от расстояния от головки. Экспериментально установлено, что форма пузыря (на­ чальный участок рукава) зависит от условий экструзии. Если скорость приема рукава невелика и расстояние до линии за­ твердевания мало, т. е. происходит интенсивное охлаждение (рис. VIII. 54, а), то форма пузыря очень близка к конической. Вытяжка происходит равномерно в обоих направлениях (попереч­ ном и продольном) с постоянным преобладанием продольной вы­ тяжки.

При высокой производительности и интенсивном охлаждении, обеспечивающем малые расстояния до линии затвердевания, ру­ кав приобретает форму, изображенную на рис. VIII. 54, б. В этом случае вначале реализуется продольная вытяжка, а затем перед самой линией затвердевания — поперечная.

Метод расчета коэффициентов теплообмена при охлаждении рукавной пленки подробно рассмотрен в работах [101, 102], авто­ рами которых найдены способы существенного увеличения коэф­ фициентов теплообмена, позволившие повысить линейную ско­ рость приема рукава с 10—12 до 45—50 м/мин.

VIII. 22. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ЭКСТРУДЕРА. РАБОЧАЯ ТОЧКА. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА

Изложенные в предыдущих разделах сведения позволяют рассчи­ тать внешние характеристики экструдера и головки независимо друг от друга. В действительности всегда приходится иметь дело с их сочетанием. Поэтому фактический рабочий режим опреде­ ляется как общее решение системы двух трансцендентных уравне­ ний, одно из которых описывает внешнюю характеристику червяка Q = Q(Р)JV, а другое — внешнюю характеристику головки Q = = Q(Pr). Решение, одновременно удовлетворяющее обоим уравне­ ниям, называется рабочей точкой, поскольку при заданной частоте вращения червяка производительность экструдера, температура и давление экструзии определяются этим решением.

Использование описанной математической модели позволяет ре­ шить ряд практических задач, основными из которых являются следующие: поверочный расчет экструдера; проектный расчет экс­ трудера; анализ технологического режима, включающий исследо­ вание влияния вариаций температуры нагревателей корпуса и свойств сырья на стабильность размеров и температуры экструди­ руемого изделия.

ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ЭКСТРУДЕРА

При поверочном расчете экструдера исследуются технические воз­ можности машины применительно к переработке одного мате­ риала (или группы материалов) в однотипные или различные из­ делия. При этом предполагается, что все основные характеристики экструдера, перерабатываемого материала и технологического ре­ жима заданы. Ниже приводятся исходные сведения, необходимые для поверочного расчета экструдера:

В ходе поверочного расчета проверяются основные параметры процесса. Для этого строятся внешние характеристики червяка при различных значениях частоты вращения (обычно в пределах рабочего диапазона выбирается 3—4 значения частоты вращения).

Серьезным затруднением, возникающим при отыскании общего решения для уравнений экструдера и головки, является неявный характер функциональной зависимости между давлением на вы­ ходе из червяка и температурой. Это означает, что каждой точке внешней характеристики червяка соответствует не только свое значение давления, но и свое значение температуры расплава. Наиболее удобный прием, служащий для нахождения общего ре­ шения, состоит в использовании графо-аналитического метода. Удобно представлять внешнюю характеристику в логарифмиче­ ских координатах в виде зависимости lgQ = /(lg P ), поскольку характеристика головки, описываемая выражением вида

(где R = \ i o / \ i T , a \ i T — значение ко­ эффициента консистенции расплава при температуре в головке) изобра­ жается в этих координатах прямой линией, угловой коэффициент кото­ рой равен п. Изменение темпера­ туры расплава приводит к парал­ лельному смещению характеристи­ ки головки на величину lg R. По­ этому задача выбора соответствую­ щей прямой решается параллель­ ным смещением характеристики го­ ловки вдоль характеристики чер­ вяка до точки, в которой темпера­ туры расплава обеих характеристик совпадают (рис. VIII. 56).

Для выявления требований к точности системы регулирования температуры головки на итоговом графике наносится допустимый ин­ тервал колебаний производительно­

сти и рассчитываются допустимые изменения /?, при которых ко­ лебания производительности еще не выходят за установленные пределы. Затем по величине допустимых колебаний производитель­ ности рассчитывается предельно возможный интервал изменения температуры. Далее определяются осевое усилие и мощность при­ вода червяка.

Типичный пример внешних характеристик экструдера Гримм Е90 при переработке полиэтилена низкой плотности в рукавную пленку приведен на рис. VIII. 57. Основные параметры режима, размеры червяка и свойства материала даны в подписи под ри­ сунком. Расчетная схема пленочной головки аналогична представ­ ленной на рис. VIII. 38, б.

Расчет показывает, что максимальная производительность экструдера в выбранном температурном режиме не может превы­ шать 120 кг/ч, так как при этом зона плавления занимает почти весь червяк (зона дозирования оказывается равной одному шагу). Фактическая производительность, определяемая положением ра­ бочих точек, составляет 33—98 кг/ч (в зависимости от выбранной частоты вращения червяка).

ПРОЕКТНЫЙ РАСЧЕТ ЭКСТРУДЕРА

Проектный расчет экструдера сопряжен с необходимостью выбора основных параметров — таких как геометрические размеры чер­ вяка и режим работы машины.

Анализ известных конструктивных и технологических ре­ комендаций [103; 104; 105, с. 308] позволяет предложить метод