Розуміння фізичних описів, наведених у цій главі, може виявитися досить корисним для багатьох читачів і допомогти їм удосконалити свої процеси та продукти.Полімерний екструдер використовується для розплавлення твердого полімеру та доставки розплавленого полімеру для різних процесів формування або формування.Шнек є єдиним робочим компонентом екструдера.Усі інші компоненти (двигун, коробка передач, бункер, стовбур і матриця тощо) лише забезпечують необхідну підтримку для належного функціонування шнека.Нижче наведено загальні функції екструдера.
Функція подачі передачі живильного полімеру з бункера в шнековий канал відбувається поза шнеком і по суті не залежить від конструкції шнека.Шнек виконує три основні функції: (1) функцію транспортування твердої речовини, (2) функцію плавлення та (3) функцію дозування або функцію перекачування.Три функції гвинта виконуються одночасно на більшій частині довжини гвинта, і вони сильно взаємозалежні.Геометрична назва шнекової секції, як-от секція подачі, показана в розділі 1;Рис. 1.3 не обов’язково вказує на єдину функцію гвинтової секції.Наприклад, секція подачі виконує не тільки функцію транспортування твердих речовин, але також функції плавлення та дозування.Шнек також виконує інші вторинні функції, такі як розподільне змішування, дисперсійне змішування та зсувне очищення або гомогенізація.Розподільне змішування стосується просторової перегрупування різних компонентів, а дисперсійне змішування стосується зменшення розмірів компонентів, як описано в Розділі 2;Розділ 2.6.4.Рафінування зсувом відноситься до гомогенізації полімерних молекул шляхом зсуву.Одношнековий екструдер — це об’ємний насос безперервної дії без можливості зворотного змішування та без можливості позитивного транспортування.Те, що першим потрапляє в гвинт, першим виходить з гвинта.Полімер, твердий або розплавлений, рухається вниз по шнековому каналу під дією сил, що діють на полімер обертовим шнеком і нерухомим барабаном.Немає механізму для прямого переміщення полімеру вздовж шнекового каналу до матриці.Обертовий гвинт захоплює полімер і намагається разом з ним обертати полімер.Припустімо, що ствол знято з екструдера або добре змащений таким чином, що він не чинить опору руху полімеру.Потім полімер просто обертається разом зі шнеком з однаковою швидкістю, і з гвинта нічого не виходить.Нерухомий ствол дає розривну силу обертовому полімеру і змушує полімер злегка ковзати по поверхні гвинта.Полімер все ще обертається, коли гвинт натирає поверхню стовбура, але з дещо меншою швидкістю, ніж гвинт, через ковзання.Ковзання полімеру на поверхні гвинта вздовж каналу гвинта призводить до швидкості виходу.Змащена поверхня шнека збільшує продуктивність, але змащена поверхня стовбура згубно знижує продуктивність.Цілком зрозуміло, чому комерційні шнеки мають високу поліровку, і чому перевага віддається рифленим стовбурам у секції подачі.Хоча багато комерційних практик були розроблені емпіричним шляхом, а не на основі теоретичного аналізу, вони, безумовно, узгоджуються з основними теоретичними концепціями.Механізми всередині одношнекового екструдера вивчаються шляхом дослідження поперечних перерізів полімеру вздовж шнекового каналу, взятих з «експериментів із заморожуванням шнеків».В експерименті зі шнековим заморожуванням, запровадженому Меддоком [1], шнек запускається для досягнення стаціонарного режиму роботи.Потім шнек зупиняють і на стовбур (а також на шнек, якщо можливо) застосовують водяне охолодження для заморожування полімеру всередині каналу шнека.Стовбур знову нагрівається, щоб розплавити полімер, і гвинт виштовхується зі стовбура, коли полімер починає плавитися на поверхні стовбура.Потім затверділу полімерну смужку видаляють із гвинтового каналу та розрізають у багатьох місцях, щоб перевірити поперечні перерізи вздовж гвинтового каналу.Деякі кольорові гранули змішуються в кормі, щоб візуалізувати механізм плавлення та схему потоку.Кольорові гранули зберігають свою форму, якщо вони залишалися такими ж твердими всередині твердого шару до зупинки шнека, але вони розрізалися і стали смугами всередині басейну розплаву, якщо їх розплавили до зупинки шнека.
Час публікації: 16 червня 2019 р