Пластикалық қос бұрандалы экструзия ғылымында кесу күші қандай рөл атқарады?

Кесу күші пластикалық қос бұрандалы экструдердің жұмысында шешуші рөл атқарады. Бұл материал қабаттарының бір-біріне қарсы сырғуына әкелетін, материал қасиеттеріне айтарлықтай әсер ететін күшті білдіреді. Мысалы, жоғары ығысу күштері араластыруды және жылуды бөлуді жақсартады. аҚос пластиктен жасалған бұрандалы бөшке, балқыту аймағының дизайны материалдың тиімді ағынын қамтамасыз етеді, сонымен бірге температураның жоғарылауын азайтады, өйткені 40 бар қысым температураны 20 ° C-қа көтеруі мүмкін. Сонымен қатар, АКонустық қос бұрандалы экструдер бұрандалы бөшкеығысу күші мен өткізу қабілеттілігін теңестіру арқылы осы процестерді одан әрі оңтайландырады, алҚос бұрандалы бөшкедизайн экструзия процесінде жалпы тиімділікке ықпал етеді.

Пластикалық қос бұрандалы экструдердің негіздері

Экструдердің негізгі компоненттері

A пластикалық қос бұрандалы экструдерматериалдарды тиімді өңдеу үшін бірге жұмыс істейтін бірнеше маңызды компоненттерден тұрады. Оларға мыналар жатады:

• Хоппер: Шикізат жүйеге жіберілетін кіру нүктесі.
• Бөшке: Материалдар балқытылатын және араласатын негізгі камера.
• Бұрандалы конвейер: Экструдер арқылы материалдарды тасымалдауға жауапты.
• Жылыту жүйесі: Пластикалық қосылыстарды балқыту үшін қажетті жылуды қамтамасыз етеді.
• Температураны бақылау: дәйекті өңдеу шарттарын қамтамасыз етеді.
• Экструзия басы: Экструдерден шыққан кезде материалды қажетті пішінге келтіреді.

Әрбір құрамдас экструдердің бірқалыпты жұмыс істеуін және жоғары сапалы өнім беруін қамтамасыз етуде маңызды рөл атқарады. Мысалы, бұранданың айнымалы жылдамдығы экструзия процесін дәл басқаруға мүмкіндік береді, ал ауыстырылатын қалыптар әртүрлі пішіндер мен өлшемдерді өндіруге мүмкіндік береді.

Бұрандалар мен бөшкелердің ығысу күшін құрудағы рөлі

Бұрандалар мен бөшке пластмассадан жасалған қос бұрандалы экструдердегі ығысу күшін тудыратын орталық болып табылады. Бұрандалар бөшке ішінде айнала отырып, материалды ерітетін және араластыратын үйкеліс пен қысым жасайды. Бұранданың жылдамдығы, қалып диаметрі және материалдың мінез-құлқы сияқты факторлар ығысу күшіне айтарлықтай әсер етеді. Мысалы:

Бұл өзара әрекеттесу материалды тиімді өңдеуді және біркелкі араластыруды қамтамасыз етеді.

Экструдердегі материал ағынының динамикасы

Пластикалық қос бұрандалы экструдердегі материал ағынының динамикасы араластыру сапасын және соңғы өнімді анықтайды. Жетілдірілген есептеу әдістері, мысалы, CFD, осы динамиканың түсінігін жақсартты. Сұйықтық көлемі (VOF) және деңгейді орнату әдістері сияқты әдістер араластыру кезінде сұйықтық интерфейстерін қадағалап, процесті дәл бақылауды қамтамасыз етеді. Қос бұрандалы экструдерлер жоғары араластыру мүмкіндіктеріне байланысты фармацевтика сияқты салаларда кеңінен қолданылады. Стандартты жағдайларда (30 кг/сағ, 200 айн/мин) бір С-тәрізді камерадағы қысым шамамен 2,2 МПа жетеді, аралық аймақта қысымның төмендеуі 0,3 МПа және кері бұранда элементінде 0,5 МПа. Бұл көрсеткіштер экструдердің әртүрлі материалдарды өңдеудегі тиімділігін көрсетеді.

Қос бұрандалы экструзиядағы ығысу күшінің механизмі

Экструзия процесінде ығысу күшін құру

Қос бұрандалы экструзия процесіндегі ығысу күші айналмалы бұрандалар мен қозғалмайтын бөшкенің өзара әрекеттесуінен туындайды. Бұрандалар айналу кезінде үйкеліс пен қысым жасайды, бұл материалдың деформациясын және ағуын тудырады. Бұл деформация материалды балқыту, араластыру және гомогенизациялауда маңызды рөл атқаратын ығысу күштерін тудырады. Бұрандалардың бір-бірімен ұштасатын дизайны материалдың бүкіл процесс барысында дәйекті қырқуды бастан кешіруін қамтамасыз етеді.

Сұйықтық көлемі (VOF) әдісін қолданатын сандық талдау бұл процеске қатысатын гидродинамикалық механизмдерді ашты. Ол араластыру кезінде араласпайтын қорытпалардың микроқұрылымына кесу күштері, тұтқырлық коэффициенттері және турбуленттілік қалай әсер ететінін көрсетеді. Бұл нәтижелер экструзиялық процестің реологиялық мінез-құлқын және жалпы өнімділігін анықтауда ығысу күштерінің маңыздылығын көрсетеді.

Эксперименттік зерттеулер бұл механизмді одан әрі қолдайды. Мысалы, полипропиленді-сазды нанокомпозиттер бойынша зерттеулер қос бұрандалы экструдерлердің бір бұрандалы экструдерлерге қарағанда жоғары дисперсияға қол жеткізетінін көрсетті. Бұл материалдардың қабыршақтануын жақсартатын және олардың механикалық және жылулық қасиеттерін жақсартатын қос бұрандалы жүйелерде пайда болатын жоғары ығысу күштеріне байланысты.

Ығысу күшіне әсер ететін факторлар

Пластикалық қос бұрандалы экструдердегі ығысу күшінің пайда болуына және шамасына бірнеше факторлар әсер етеді. Бұларға бұранда жылдамдығы, бұранда геометриясы және материалдың тұтқырлығы жатады.

1. Бұранданың жылдамдығы: Бұранданың айналу жылдамдығын арттыру ығысу жылдамдығын арттырады, бұл жоғары ығысу күштеріне әкеледі. Дегенмен, шамадан тыс жылдамдық материалдың бұзылуына немесе қызып кетуіне әкелуі мүмкін.
2. Бұрандалы геометрия: Бұрандалардың дизайны, оның ішінде олардың қадамы, ұшу тереңдігі және аралық бұрышы кесу әрекетіне тікелей әсер етеді. Мысалы, тереңірек ұшулары бар бұрандалар төменірек ығысу күштерін тудырады, ал тығыз аралық бұрыштар кесу қарқындылығын арттырады.
3. Материалдың тұтқырлығы: Тұтқырлығы жоғары материалдар дұрыс араластыру мен балқытуға қол жеткізу үшін үлкен ығысу күштерін қажет етеді. Керісінше, тұтқырлығы төмен материалдар тым оңай ағып кетуі мүмкін, бұл кесу әрекетінің тиімділігін төмендетеді.

Статистикалық зерттеулер бұл факторларды егжей-тегжейлі талдады. Мысалы, зерттеулер жинақталған деформация бұранда жылдамдығымен сызықты түрде өсетінін, бірақ беру жылдамдығымен төмендейтінін көрсетті. 95 айн/мин бұранданың айналу жылдамдығында 3,6 кг/сағ беру жылдамдығы сияқты оңтайлы өңдеу шарттары талшықтың сынуын барынша азайта отырып, температураны барынша арттырады. Бұл нәтижелер тиімді экструзияға қол жеткізу үшін осы факторларды теңестіру қажеттілігін көрсетеді.

Ығысу күшін басқару әдістері

Ығысу күшін бақылау экструзия процесін оңтайландыру және өнімнің тұрақты сапасын қамтамасыз ету үшін өте маңызды. Қос бұрандалы экструдердегі ығысу күшін реттеу үшін бірнеше әдістерді қолдануға болады:

• Бұранданың жылдамдығын реттеу: Операторлар ығысу жылдамдығын өзгерту және қажетті материал қасиеттеріне қол жеткізу үшін бұранда жылдамдығын арттыра немесе азайта алады.
• Бұранданың дизайнын реттеу: Бұранданың геометриясын бейімдеу, мысалы, қадамды немесе ұшу тереңдігін өзгерту, кесу әрекетін дәл басқаруға мүмкіндік береді.
• Жіңішкерту үлгілерін пайдалану: Бұл модельдер әртүрлі ығысу жағдайларындағы материал әрекетін болжауға көмектеседі, бұл процесті жақсырақ басқаруға мүмкіндік береді. Дегенмен, тек осы үлгілерге сену қысым мен тұтқырлық сияқты негізгі параметрлерді жете бағаламауға әкелуі мүмкін.
• Жетілдірілген мониторинг жүйелерін енгізу: Температура, қысым және айналу моменті сияқты параметрлерді нақты уақытта бақылау экструзия процесі туралы құнды түсініктер береді. Бұл деректерді түзетулер енгізу және оңтайлы ығысу күшінің деңгейін ұстап тұру үшін пайдалануға болады.

Зерттеулер бұранданың жылу берудегі рөлі ығысу күшін басқару үшін маңызды екенін көрсетті. Экструдер ішінде жылуды біркелкі таратуға көмектесетін және локализацияланған қызып кетудің алдын алатын рециркуляция тізбегі пайда болады. Бұл полимердің біркелкі балқуын қамтамасыз етіп, экструзия процесінің жалпы тиімділігін арттырады.

Материалдық қасиеттерге ығысу күшінің әсері

Араластыруға және біртектілікке әсерлері

Кесу күші пластикалық қос бұрандалы экструдермен өңделген материалдарда біркелкі араластыру мен біртектілікке жетуде маңызды рөл атқарады. Бұрандалар мен бөшке арасындағы өзара әрекеттесу полимерлер мен қоспаларды араластыруды жеңілдететін үйкеліс тудырады. Бұл процесс түпкілікті өнімнің құрылымы бойынша дәйекті қасиеттерді көрсетуін қамтамасыз етеді.

Эмпирикалық зерттеулер ығысу күші әсерінің бірнеше аспектілерін көрсетеді:

Бұған қоса, полипропилен-сисал балқымасын араластыру кезінде ротор жылдамдығын арттыру талшықтардың көбірек сынуына әкеледі, бұл кішірек талшық ұзындығын береді. Табиғи талшықтарда байқалатын бұл құбылыс ығысу түйіскен талшықтарды бөліп, олардың диаметрін кішірейтетіндіктен пайда болады. Бұл нәтижелер араластыру тиімділігі мен материалдың тұтастығын теңестіру үшін ығысу күшін оңтайландырудың маңыздылығын көрсетеді.

Жылулық қасиеттерге және жылудың таралуына әсері

Ығысу күші термиялық қасиеттерге және экструзия кезінде жылудың таралуына айтарлықтай әсер етеді. Бұрандалар арқылы пайда болатын үйкеліс пластик қосылыстарын балқытуға қажетті жылудың шамамен 80% құрайды. Бұл жылуды бөлу біркелкі балқуды қамтамасыз етеді және материалдың сапасын нашарлататын жергілікті қызып кетудің алдын алады.

Экструдердің араластыру аймақтарының дизайны жылу беруді одан әрі арттырады. Алға және кері тасымалдағыш элементтер жылу өткізгіштігін жақсартатын қысым динамикасын жасайды. Тұру уақытын бөлу (RTD) де маңызды рөл атқарады. Тұрақты ығысу күштерінің әсеріне ұшыраған материалдар біркелкі қыздыруды сезінеді, бұл жақсы термиялық тұрақтылыққа әкеледі.

Мысалы, сандық модельдеу ығысу күштерінің араластыру кезінде араласпайтын қорытпалардың микроқұрылымына әсер ететінін көрсетеді. Бұл күштер тұтқырлық коэффициенттері мен турбуленттілікке әсер етіп, материал бойынша жылудың біркелкі таралуын қамтамасыз етеді. Мұндай тұжырымдар экструзия кезінде жылулық тепе-теңдікті сақтауда ығысу күшінің маңыздылығын көрсетеді.

Механикалық қасиеттер мен материал беріктігінің өзгеруі

Кесу күші экструдталған материалдардың механикалық қасиеттері мен беріктігіне тікелей әсер етеді. Ығысу қарқындылығының ауытқуы молекулярлық құрылымды өзгерте алады, бұл созылу беріктігінің, серпімділіктің және төзімділіктің өзгеруіне әкеледі.

Сандық зерттеулер мына әсерлерді көрсетеді:

1. Айнымалы бұрышты қосылыс үлгілерінің ең жоғары ығысу беріктігі қалыпты кернеумен сызықты емес артады, ал қалдық ығысу беріктігі буын морфологиясымен аз корреляцияны көрсетеді.
2. Төмен қалыпты кернеуде үлгілер жоғары кернеу деңгейінде төмендейтін ығысу кеңеюін көрсетеді. Бұл әрекет қалыпты және тангенциалды орын ауыстырулар арасындағы теріс корреляцияны көрсетеді.
3. Сәтсіздік сипаттамалары буын бұрыштарына байланысты өзгереді. Жоғары бұрышты аймақтар тік және ығысу жарықтарын көрсетеді, ал төмен бұрышты аймақтар ығысу бағыты бойынша ығысуды көрсетеді.

Бұл нәтижелер қажетті механикалық қасиеттерге қол жеткізу үшін ығысу күшін бақылау қажеттілігін көрсетеді. Мысалы, шамадан тыс ығысу материалдың беріктігін төмендетіп, талшықтың сынуына әкелуі мүмкін. Керісінше, жеткіліксіз ығысу өнім сапасына нұқсан келтіріп, толық емес араластыруға әкелуі мүмкін.

Жағдайлар: Әртүрлі ығысу жағдайларындағы материалдың әрекеті

Жағдайлық зерттеулер ығысу күшінің материалдың мінез-құлқына қалай әсер ететіні туралы құнды түсінік береді. Полипропилен-сазды нанокомпозиттер бойынша зерттеулер мұны көрсетедіқос бұрандалы экструдерлербір бұрандалы жүйелермен салыстырғанда жоғары дисперсияға қол жеткізу. Жоғары ығысу күштері қабыршақтануды жақсартады, механикалық және жылулық қасиеттерді жақсартады.

Табиғи талшықтар бойынша тағы бір зерттеу композиция кезінде қолданылатын ығысу түйіскен талшықтарды бөліп, олардың диаметрін азайтатынын көрсетеді. Бұл процесс материалдың біртектілігін арттырады, бірақ оның құрылымдық тұтастығын бұзуы мүмкін.

Өнеркәсіптік қолданбаларда ығысу күшін оңтайландыру жоғары сапалы өнімдерді өндіру үшін маңызды болып шықты. Мысалы, пластмассадан жасалған қос бұрандалы экструдердегі бұранда жылдамдығы мен геометрияны реттеу біркелкі араластыруды және дәйекті материал қасиеттерін қамтамасыз етеді. Бұл жағдайлық зерттеулер ығысу күшін нақты қолданбаларға бейімдеудің маңыздылығын көрсетеді.

Пластикалық қос бұрандалы экструдер үшін оңтайландыру стратегиялары

Бұранданың дизайны мен конфигурациясының реттеулері

Бұрандалы дизайнды оңтайландырупластикалық қос бұрандалы экструдердің жұмысын жақсарту үшін өте маңызды. Бұранда геометриясының қадамы, ұшу тереңдігі және аралық бұрыш сияқты түзетулер ығысу күшінің пайда болуына және материал ағынына тікелей әсер етеді. Мысалы, тереңірек ұшулары бар бұрандалар ығысу қарқындылығын төмендетеді, ал тығыз аралық бұрыштар араластыру тиімділігін арттырады.

Операторлар көбінесе материалдың нақты қасиеттеріне сәйкес келетін бұрандалы конфигурацияларды реттейді. Тұтқырлығы жоғары пластмассалар тегіс ағынды жеңілдету үшін үлкен ұшу тереңдігімен жасалған бұрандалардың пайдасын көреді. Керісінше, тұтқырлығы төмен материалдар барабар қырқуды қамтамасыз ету үшін тығыз аралық бұрыштарды қажет етеді. Бұл түзетулер материалдың біртектілігін жақсартады және экструзия кезінде энергия шығынын азайтады.

Температура мен ығысу күшін теңестіру

Ығысу күші мен температура арасындағы тепе-теңдікті сақтау экструзияның тұрақты сапасына қол жеткізу үшін өте маңызды. Шамадан тыс ығысу күші қызып кетуге әкелуі мүмкін, ал жеткіліксіз ығысу толық емес араластыруға әкелуі мүмкін. Экструдердегі қысымды басқару осы айнымалы мәндерді басқаруда шешуші рөл атқарады.

Мысалы, формула қысым мен температура арасындағы байланысты көрсетеді: ∆T (°C) = ∆P (бар) ÷ 2. 40 бар қысымда 500 кг/сағ өңдеу балқыма температурасын шамамен 20°C арттыруы мүмкін. Тісті сорғыны біріктіру ағызу қысымын төмендетеді, температураның жоғарылауын азайтады және бұрандалардың тозуын азайтады. Жабық контурдағы қысымды бақылау экструзия тұрақтылығын одан әрі жақсартады, жылуды біркелкі бөлуді және материалдың оңтайлы қасиеттерін қамтамасыз етеді.

Арнайы пластикалық қолданбалар үшін тігу күші

Арнайы қолданбаларға ығысу күшін бейімдеу пластикалық материалдардың өнімділігін арттырады. Мысалы, PLA композиттеріне пластификаторларды қосу икемділікті, соққыға төзімділікті және механикалық қасиеттерді жақсартады. Электрондық микроскопиялық сканерлеу (SEM) кескіндері пластиктенген PLA сынғыш мінез-құлықты көрсететін пластиктендірілмеген композиттермен салыстырғанда үлкен икемділік танытатынын көрсетеді.

Иілу сынақтары пластиктенген композиттердің иілгіштіктің жоғарылауын көрсететін иілу модулінің мәндері төмен екенін көрсетеді. Сонымен қатар, пластификаторларды қосу әйнектің өту температурасын (Tg) төмендетіп, өңдеуді жеңілдетеді. Бұл түзетулер әртүрлі пластикалық қолданбалардың бірегей талаптарын қанағаттандыру үшін ығысу күшін теңшеудің маңыздылығын көрсетеді.

Нақты уақыттағы бақылау және өлшеу әдістері

Нақты уақыттағы бақылау жүйелеріоператорларға ығысу күшін тиімді оңтайландыруға мүмкіндік беретін экструзия процесі туралы құнды түсініктер береді. Датчиктер температура, қысым және айналу моменті сияқты негізгі параметрлерді өлшеп, экструзия жағдайларын дәл бақылауды ұсынады.

Жабық жүйе сияқты бақылаудың жетілдірілген әдістері тұрақты қысым параметрлерін сақтайды және өнім сапасына нұқсан келтіруі мүмкін ауытқулардың алдын алады. Бұл жүйелер сонымен қатар материал ағынындағы ауытқуларды анықтайды, бұл операторларға дереу түзетулер енгізуге мүмкіндік береді. Нақты уақыттағы деректерді пайдалана отырып, өндірушілер пластмассадан жасалған қос бұрандалы экструдердің ең жоғары тиімділікте жұмыс істеп, жоғары сапалы өнім беретінін қамтамасыз етеді.

Кесу күші араластыру, термиялық тұрақтылық және механикалық беріктік сияқты материалдың қасиеттерін қалыптастыратын пластикалық қос бұрандалы экструзияның негізі болып қала береді. Бұл күшті оңтайландыру өнім сапасы мен процестің тиімділігін арттырады.

Ығысу күшін басқарудағы үздіксіз инновация пластикті өңдеуде жаңа мүмкіндіктерді ашады. Зерттеушілер мен инженерлер экструзия нәтижелерін одан әрі нақтылау үшін озық әдістерді зерттеуі керек.

Жиі қойылатын сұрақтар

Қос бұрандалы экструзиядағы ығысу күшінің негізгі қызметі қандай?

Ығысу күші материалдың балқуын, араласуын және гомогенизациясын жеңілдетеді. Ол экструзия кезінде термиялық және механикалық қасиеттерге әсер ету арқылы өнімнің тұрақты сапасын қамтамасыз етеді.

Операторлар қос бұрандалы экструдердегі ығысу күшін қалай басқара алады?

Операторлар бұранда жылдамдығын реттейді, бұранда геометриясын реттейді және ығысу күшін тиімді реттеу үшін қысым мен момент сияқты нақты уақыттағы параметрлерді бақылайды.

Неліктен ығысу күші мен температураны теңестіру маңызды?

Ығысу күші мен температураны теңестіруматериалдың деградациясын болдырмайды, біркелкі араластыруды қамтамасыз етеді және жоғары сапалы өнім алу үшін оңтайлы экструзия шарттарын сақтайды.