第2章3压缩段熔融理论.pptVIP

2.2.3压缩段的熔融理论; 图 2—16 螺杆中物料的熔融过程 1 一液相(熔体) 2一固相(未熔物料) 3一加料口 4一螺棱推进面 5一熔池 6 —熔膜 7一已加热的固体 8一温度较低的固体;图2－17 熔融理论的物理模型 1－分界面 2－熔膜 3－固相 4－熔池 5－螺纹推进面; 从上述熔融过程的实验研究可知： （1）塑料的全部熔融过程是在螺杆压缩段内进行的； （2）整个熔化过程直接反映为固相宽度沿螺槽方向距离变化的规律； （3）固相宽度沿螺槽方向距离的变化规律，决定于螺杆参数、操作工艺条件和塑料的物理性质。;2.2.3.2 数学分析;外部加热的热量由机筒表面传入，并按热传导方式通过熔膜和固、液相的界面； 剪切热仅在熔膜内产生； 熔池对固体床的传热忽略不计； 固体粒子的熔化仅在固、液相界面进行； 沿螺槽x和z两个方向的传热不予考虑；认为固体床的厚度无限大； 熔体为牛顿流体，所有物理性质都是常数；; 螺杆静止，机筒表面以速度vb运动，熔化的物料由于机筒表面的拖曳作用汇集于熔池内，而固相物料则以一定速度vsy 沿y方向进入分界面转化为液相，以补充熔膜中进入熔池的液相物料，因而熔膜厚度δ在固体床宽度方向为定值； 螺槽内的固相物料以一定速度vsz沿z向前移。;三个平衡;;2）熔膜内z向单位距离(长度)上的质量平衡;3）分界面上的热量平衡; 熔膜沿y方向的温度分布方程，可根据流体在两平行板之间作后状流动推导而得。对牛顿流体，可得如下温度分布方程式:;在机筒表面以一定的速度νb移动外，螺槽内固相也以一定的速度νsz沿螺槽方向向前移动。为了计算方便，假设固相处于静止不动，则相当于机筒表面以合成速度νj运动。;(b)单位面积分界面在单位时间内流入固相的热量为 ;(c)单位面积分界面在单位时间内使温度为Tm的固相物料变为熔体，并使之升温到熔膜的平均温度Tav所消耗的热量为;经过对以上三项热量分析后，可得：;2－40a;把2－30和式2－41d带入 2－31整理得：;若取Z1=0，X1=W，式2－42可简化为下列形式：;设：;式2－42d带入2－42b 得;对于渐变螺杆，可把;2.2.3.4对熔融理论的讨论;(1)物料性质的影响;; (2)工艺条件的影响;1)螺杆转速和流率：对通常无背压控制的设备而言，提高n所带来的Φ增大的作用，不足以抵消G增加带来的影响，其结果是使ZT 加长，这就是在一种设备上n不能过高的原因。而当设置和加大背压控制时，由于当提高n时G可以控制，而可使Φ 增加的影响提高，并从而起到减少ZT 的作用，这就是提高n时需要增设背压设备的原因。; （2）机筒温度Tb和固体塑料初温TS：从式(2—40c)知，提高Tb能使φ增加，有利于对物料供热和加速其熔融过程，但过高的Tb会使λ*增大，同时会产生种种不良影响。而适当提高TS ，一殷都有利，它可使ZT 减小，但TS 过高，对加料段的固体输送能力不利。 (c)螺杆的几何参数 比较式(2—42f)和式(2—43a)可以看到，在其它条件相同情况下，渐变螺杆可以使熔融区缩短，这是由于螺槽变浅，使物料压实，有利于熔融。但渐变度的大小要适应于固体床的变化，太大的渐变度会引起固体床破裂，料流阻力增大，造成挤出过程的压力波动和挤出波动，从而直接影响产品的质量，这是必须注意的。;b.熔融理论中存在的问题;(b)固体块被熔融料包围 在螺杆温度较高时，螺槽底部及螺杆棱推进面后侧也会出现熔膜，这一方面是由于固体床变形后，熔池中熔体渗透至螺杆表面，另一方面还由于固体床与螺杆表??摩擦发热而使表层形成熔膜。可见在固体床周围都可能包围着熔体，这种情况下的熔融机理，显然与塔莫尔模型很不相同，其影响因素更为复杂，至今还没有建立起精确的数学模型。;(c)根据此熔融理论分析，随着熔融过程的不断进行，固体床越来越窄，这意味着固相物料与机筒的热交换面积越来越小，熔化效率就越来越低。可是熔池越来越大，已经熔化的物料占据越来越大的加热面积，因而会出现熔体温度升高的现象。但实际上大多数挤出机的螺杆中，当固体床宽度达到一定的时候，往往出现固体床破裂，然而如何利用固体床破碎并使其表面不断剥离以加速熔融，这是研究熔融机理所应考虑的问题。