Теоретические основы переработки полимеров (механика процессов)

постоянной производительности вызывает рост амплитуды пульса­ ций температуры и давления. Увеличение производительности при­ водит к уменьшению амплитуды пульсаций температуры и увели­ чению амплитуды пульсаций давления. Эти выводы находятся в удовлетворительном согласии с экспериментальными данными [107].

ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПОЛИТРОПИЧЕСКОЙ ЭКСТРУЗИИ АНОМАЛЬНО-ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ (ПЕРИОДИЧЕСКИЕ ФЛУКТУА­ ЦИИ)

Для аномально-вязкой жидкости приращение температуры опреде­ лится соотношением:

где

Mi = n0kAbl(>Cp

Фактическое давление в головке равно:

Соответственно, амплитуды колебаний температуры и давления со­ ставляют:

(VIII. 325a)

Из сравнения уравнений (VIII. 321) и (VIII. 325) следует, что аномалия вязкости уменьшает влияние частоты вращения червяка на пульсацию температуры.

Из рис. VIII. 66 видно, что при N = 6 об/мин (участки АВ и ^ifii) амплитуда пульсации температуры и давления в несколько раз меньше, чем при N — 60 об/мин (участки ВС и BiCi).

ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПОЛИТРОПИЧЕСКОЙ ЭКСТРУЗИИ АНОМАЛЬНО-ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ (АПЕРИОДИЧЕСКИЕ ФЛУК­ ТУАЦИИ, КРИТЕРИЙ УСТОЙЧИВОСТИ)

Используя аналогию между работой экструдера и процессом за­ полнения резервуара со сливом и подачей, можно построить дина­ мическую модель экструзии, в которой изменение условий входа Риводит к изменению соотношения между длиной зоны загрузки

ние зоны дозирования, достигаемое увеличением общей длины червяка, во всех случаях способствует уменьшению колебаний производительности, температуры и давления [118].

Рассмотрим влияние изменения интенсивности охлаждения, про­ являющееся в уменьшении коэффициента политропичности k и со­ провождающееся уменьшением параметра R. Если отношение этих величин возрастает, то увеличение интенсивности охлаждения будет сопровождаться уменьшением устойчивости процесса, что прежде всего проявляется в росте амплитудных значений пульсаций тем­ пературы и давления. Экспериментальное исследование влияния режима охлаждения червяка на стабильность температуры рас­ плава показывает, что при интенсивном охлаждении амплитуда пульсаций температуры в 2,5 раза превышает амплитуду пульса­ ции, наблюдающуюся при той же частоте вращения червяка, но при отключенном охлаждении [107]. Если уменьшение параметров* и R сопровождается уменьшением отношения k/(R — 1), то приме­ нение охлаждения будет способствовать возрастанию стабильности

процесса [112].

Для сопоставления предложенного критерия устойчивости (от­ носительная скорость пульсации) с фактическими значениями слу­ чайных колебаний температуры использовались эксперименталь­ ные данные, заимствованные из работ [38, 74, 75, 76], в которых содержатся сведения о колебаниях температуры расплава, наблю­

давшихся при экструзии полиэтилена низкой плотности (на трех различных червяках) и поливинилхлорида (на одном червяке). В процессе экструзии изменялись все параметры: заданный темпе­ ратурный режим, частота вращения червяка и давление на выходе. Для каждого приведенного в указанных работах амплитудного зна­ чения пульсаций температуры рассчитывалось значение критерия устойчивости. Полученные результаты представлены на рис. VIII. 67 в виде зависимости логарифма экспериментально определенного значения относительной пульсации lg jt(r) от соответствующего расчетного значения логарифма относительной скорости пульсации lgfc(Q). Несмотря на довольно значительный разброс, очевидно, что между относительной скоростью пульсаций и фактическими амплитудными значениями колебаний температуры существует со­ вершенно явная корреляция, которая подтверждает справедливость приведенного рассмотрения.

Полученная зависимость носит довольно общий характер: на рис. VIII. 67 представлены результаты исследования экструзии на четырех различных по конструкции червяках для двух совершенно

= 0,03). Из представленных данных следует, что при необходимо­ сти ограничить амплитуду пульсаций температуры каким-либо кон­ кретным значением [например, А (Г )^ 1К] следует вводить огра­ ничения на величину ft (Q) (которая в этом случае не должна пре­ вышать 0,063).

ВЫВОДЫ

Современная теория экструзии позволяет устанавливать количе­ ственные соотношения между конструкцией червяка и головки, свойствами полимера, основными параметрами процесса (Q, Рг и Т) и задаваемым технологическим режимом (частота вращения червяка V, распределение температур).

Применение математической модели дает возможность широко использовать методы численного анализа для выявления влияния конструктивных и технологических факторов на основные парамет­ ры процесса, производить конструктивный и поверочный расчет экструдеров, исследовать возможные режимы экструзии и выби­ рать оптимальные условия переработки.

4.Гурвич С. Г., Ильяшенко Г Л., Свириденко С. X. Машины для переработки термопластичных материалов. М., «Машиностроение», 1965. 95 с.

5.Fischer P., «Draht-Welt», 1967, Bd. 53, № 1, S. 23—31.

6.Sackett R. D., SPE Journal, 1965, v. 21, № 12, p. 1359—1366.

7.Moroz P. 7., SPE Journal, 1963, v. 19, № 3, p. 259—267.

8.Tanimata /., Japan Plast. Age, 1966, v. 4, № 5, p. 46—49.

9.Bonner R. M., SPE Journal, 1966, v. 22, № 6, p. 40—43.

10.Mink W.t «Plastverarbeiter», 1963, Bd. 14, № 12, S. 783—789.

11.Maxwell B., Scalora A. Mod. Plast., 1959, v. 37, № 10, p. 107—114.

12.Westover R. F., SPE Journal, 1962, v. 18, № 12, p. 1473—1478.

13.Intern. Plast. Eng., 1963, v. 3, № 6, p. 256—263.

14.Plast. Technol., 1963, v. 9, № 1, p. 9—13.

15.Westover R. £., SPE Journal, 1965, v. 21, № 5, p. 455—463.

с. 56—59.

19.Deshponde S. В., Bombay Technol., 1965, v. 15, N° 3, р. 102—105.

20.Чегодаев Д. Д ., Наумова 3. К., Дунаевская Ц. С. Фторопласты. М., Госхимиздат, 1960. 190 с.

р.364—372; N° 9, p. 406—415; N210, p. 453—458.

24.Griffith R. Af., Ind. Eng. Chem. Fundament, 1962, v. 1, № 3, p. 180—187.

25. Торнер P. £., Гудкова Д. Ф., ЖВХО им. Д. И. Менделеева, 1965, т. 10, N° 2,

с. 122—131.

26.Торнер Р. В., Добролюбов Г В. В кн.: Всесоюзное научно-техническое сове­ щание по технико-экономической эффективности применения пластмасс в ос­ новных отраслях народного хозяйства и улучшению качества изделий из них. Москва — Ереван, 1966. Тезисы докладов III и IV секц. М., ГОСИНТИ, 1966, с. 21—24.

43.Plggot W. 7\, Trans. Am. Soc. Mech. Eng., 1951, v 73, № 10, p. 947—952.

44.Carley 7 £., Mallou R. S ., McKelvey 7. M., Ind. Eng. Chem., 1953, v. 45, № 5, p. 974—977.

49.Балашов M. M., Левин А. Я., Хим. маш., 1961, № 6, с. 29—34.

50.Торнер Р. £., Майзель М. М. В кн.: «Научные труды Московского техноло­ гического института легкой промышленности», 1958, вып. 10, с. 89—96.

51.Торнер Р. В. и др., «Каучук и резина», 1966, № 9, с. 27—31.

p. 338—342; № 6, p. 396—403.

55.Jacobi H. R. Grundlagen der Extrudertechnik. Miinchen, Haser Verlag, 1960. 353 S

56.Kruger #., «Kunststoffe», 1963, Bd. 53, № 11, S. 711—723.

57. Kroesser F. W.y Middleman S., Polymer Eng. Sci., 1967, v. 7, № 1, p. 5—13.

58.McKelvey J. M.t Wheeler N. C., SPE Trans., 1963, v. 3, № 2, p. 138—147.

59.Бастанджиян C. A., Столин A. И.у Изв. АН СССР. Механика жидкости и газа, 1965, № 4, с. 350—354.

60.Тябин Н. В. «Труды Казанского химико-технологического института», I960, вып. 29, с. 127—131.

61.Haven Е. S. de, Ind. Eng. Chem., 1959, v. 51, № 9, p. 813—820.

62. Chong R. R. C.y Lee C. W. M., Biggs R. £>., J. Appl. Polymer Sci., 1968,

v. 12, № 1, p. 115—127.

63.Colwell R. £, The 13th Ann. Nat. Techn. Conference of the SPE, Techn. Pa­ pers, 1957, v. 3, p. 15—19.

64.Торнер P. В. Исследование механики экструзии полимеров. Автореф. докт. дис. М., Физико-хим. ин-т им. Карпова, 1968.

65.Торнер Р. В., Добролюбов Г. В., Пласт, массы, 1968, № 3, с. 38—42.

66.Торнер Р. В., Механ. полимер., 1970, № 6, с. 1095—1102.

S. 818—826.

90.Шенкель Г. П. M. В кн.: Переработка полимеров. Под ред. Р. В. Торнера. М., «Химия», 1964, с. 9—81.

91.Squires Р. Н.у SPE Journal, 1958, v. 14, № 5, р. 24—29.

92.Berlis А. е. a., «Plastics a. Polymer», 1973, v. 7, № 6, р. 145—148.

93.Sheat Film Extrusion Equipment utilising the «Screw die». Каталог фирмы «Ikegai Iron Work», Japan, 1965.

94.Ким В. С., Левин A. Я., Пласт, массы, 1964, № 4, с. 50—52.

95. Fredrickson A. G., Bird R. B., Ind. Eng. Chem., 1958, v. 50, № 3, p. 347— 351.

96.Plajer A.t «Plastverarbeiter», 1969, Bd. 20, № 10, S. 393—703.

97.Хаясида К. В кн.: Вопросы экструзии термопластов. Под ред. А. Н. Ле­ вина. М., Издатинлит, 1963, с. 301—313.

98.Tadmor Z., Bird R. В., Polymer Eng. Sci., 1974, v. 14, № 2, p. 124—136.

99.Schenkel <3., «Kunststoffe», 1961, Bd. 51. № 3. S. 95—100.

100.Fisher E. G. In: Polethene. Ed. by A. Renfrew. London, 1960, p. 483—548.

101.Лукач Ю. £., Петухов А. Д., Сенатов В. 4., Хим. пром., 1973, N° 3, с.32—35.

102.Сенатов В. А. Исследование и разработка систем охлаждения рукавных по­ лимерных пленок. Автореф. канд. дис., Киев, Киевский политехи, ин-т, 1973.

103.Maddock В. Я., SPE Journal, 1960, v. 16, N° 4, р. 373—379.

104.Badonsky 7., SPE Journal, 1960, v. 16, № 12, p. 1303—1308.

105.Торнер P. В. Основные процессы переработки полимеров. М., «Химия», 1972. 446 с.

106.Carley J. F., McKelvey J. М., Ind. Eng. Chem., 1953, v. 45, № 5, p. 989—993.

107.Maddock В. Я., SPE Journal, 1964, v. 20, N° 12, p, 1277—1285.

p.31—35.

111.Krueger W. L. SPE Journal, 1962, v. 18, N° 10, p. 1282—1287.

112.Schmidt D. /., SPE Journal, 1967, v. 23, № 4, p. 59—64.

113.Kirby R. B., SPE Journal, 1964, v. 20, N° 10, p. 1273—1280.

114.Кэмпбелл Д. П. Динамика процессов химической технологии. М., Госхнмиздат, 1962. 352 с.

115.Maddock В. Я., SPE Journal, 1967. v. 23, N° 7, р. 23—30.

117.Wolf D., White D. Я., AIChE J., 1976, v. 22, N° 1, p. 122—131.

118.Tadmor Z., Lipshitz S. O., Lavie R.y Polymer Eng. a. Sci., 1974, v. 14, № 2, p. 112—119.

Глава IX

ВАЛЬЦЕВАНИЕ

IX. 1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВАЛЬЦЕВАНИЯ И ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ВАЛКОВ

Вальцевание — периодический процесс, применяемый для пласти­ кации каучука, приготовления различных смесей, для введения в

основной материал (каучук или смолу) пластификаторов, наполни­ телей, красителей вулканизующих групп и т. д.

Вальцы — это аппарат для смешения, в котором перемешивание материала осуществляется в зазоре между параллельно располо­ женными, вращающимися навстречу друг другу полыми цилиндра­ ми (валками), как показано на рис. IX. 1.

Вальцы подразделяются на лабораторные (диаметр валков меньше 225 мм), частным случаем которых являются микровальцы (диаметр валков 40 мм, длина валков 140 мм), и производственные (диаметр валков от 300 до 800 мм).

По назначению вальцы делятся на: смесительные и листовальные, применяемые для пластикации каучука и смешения полимеров с различными твердыми и жидкими ингредиентами, а также для получения листов резиновой смеси (листование); регенераторно­ смесительные— для обработки вулканизата (измельченного реге­ нерата); подогревательные — для разогрева и пластикации ре­ зиновых смесей, подаваемых к каландру или шприц-машине; дробильные вальцы (крекер)— для грубого дробления регенери­ руемой резины; размалывающие — для тонкого дробления твердых сыпучих материалов; рафинировочные —для очистки регенерата от посторонних включений.

Принципиальная схема обычных двухвалковых вальцов пред­ ставлена на рис. IX. 1. Подлежащие смешению компоненты (поли­ мер, пластификаторы, измельченные твердые ингредиенты, такие как сажа, мел, асбест) загружаются в зазор, в котором за счет ин­ тенсивной деформации сдвига, сопровождающейся сильным тепло­ выделением, происходит смешение. Валки 1 обычно изготовляют из кокильного чугуна. Рабочая поверхность отбеливается на глу­ бину 15—18 мм; при этом твердость поверхности по Бринеллю Должна составлять 3,0—4,5 кН/мм. Наружная поверхность валков шлифуется до класса чистоты V7—V9. На поверхности валков