PP物料自料斗加入到挤出机,经塑化熔融挤出机头,过程是很复杂的。很好地了解熔融机理,计设出理想的螺杆是很重要的。目前用的最广泛的挤出理论是建立在螺杆的三个职能区(固体输送区、熔融区和熔休输送区)的基础上的,即固体输送理论、熔融理论和熔体输送理论。
固体输送理论:该理论是以固体对固体的摩擦静力平衡为基础建立的。假定螺槽中被压实的PP管材物料象具有弹性的固体塞子一样,以恒定的速率移动,并忽视了辑纹深度的变化,压力分布的各向异性,固体塞子密度变化等。得到的结论是:(1)固体输送率同螺杆表面与物料的摩擦系数、料筒表面与物料的摩擦系数有关。为获得最大的固体输送率,要降低螺杆与物料的摩擦系数,增大料筒与物料的摩擦系数,如提高螺杆表面光洁度,料筒内开设纵向沟槽等等。从工艺角度来考虑,应控制好固体输送区螺杆机筒的温度,调节摩擦系数,提高固体输送率。(2)在加料段尽早建立适当的压力,对压实固体塞子,提高PP管材产量以及避免产量波动等都是重要的。(3)物料的性质、粒子的几何形状对固体输送率、压力的建立、温度的升高有直接影响。
熔融理论:该理论是在挤出机上进行的大量冷却实验的基础上提出来的。根据实验观察,认为熔融过程是这样进行的:由料斗加入的PP管材物料经过固体愉送区被压实成固体床。固体床在前进过程中同已加热的料筒表面接触开始熔化,且在熔化时于料筒表面留下一层熔体膜。当熔体膜的厚度超过螺杆与料筒的间隙时,旋转的螺杆的棱面就把熔体刮落,聚集于螺纹推力面的前方,形成熔池。随着螺杆的转动,来自加热器的热量和熔膜中的剪切热不断传至未熔融的固体床,使与熔膜相接触的固体粒子熔融。固体床逐渐变窄,熔池逐渐变宽,在进入计量段处,固体床消失,螺槽全部为熔体充满。
熔体输送理论:将螺杆的螺槽和机筒分别展开在两个平面上,令螺杆固定不动,而展开后的料筒以原来螺杆的速度作反向移动。并假设熔体为等温牛顿流体,不可压缩,粘度密度不变,螺距螺槽深度不变等等。熔体在螺纹中的流动可看成由下面四种类型的流动所组成。
(1)正流:PP管材物料沿着螺槽向机头方向的流动。它是由物料在螺槽中附着于机筒和螺杆而产生的,起到挤出物料的作用,其体积流率用Qd表示。
(2)横流:物料沿与螺纹相垂直方向的流动,它是由于螺杆旋转时推挤物料所造成的流动。这种流动使物料在螺槽内产生翻转运动,形成环流,它能促进物料的混合、搅拌和热交换。因此有利于物料的均化和塑化,但对总生产能力的影响可以忽略。
(3)倒流:它的方向正好与正流方向相反,其流量用Qp表示。它是由机头、分流板、滤网等对熔体的反压引起的流动。将正流和倒流相叠加,就得到熔体在螺槽内的净流动Q。
(4)漏流:它是由于机头等对熔体的反压力引起螺杆与机筒间隙处形成的流动,其方向是沿着螺杆轴线方向,向料斗方向流动。漏流的体积流率Ql很小。
实际上PP管材物料在挤出机中的流动,不是单一的某种流动,而是上述四种流动的组合,挤出机的流率为Q=Qd-Qp-Ql。物料在螺挤中以螺旋形的轨迹向前移动,由于这些运榆起到搅动、剪切和压紧物料的作用,使物料得以混合、塑化,并在一定压力下连续地通过口模挤出。
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