Plastics_11_2018

w w w . p l a s t i c s . r u 28 ТЕМА НОМЕРА / ЭКСТРУЗИОННЫЕ РЕКОРДЫ П Л А С Т И К С № 1 1 ( 1 8 4 ) 2 0 1 8 Важнейший фактор Одношнековые экструдеры широко ис- пользуются для производства различных продуктов на базе пластмасс, когда требу- ются эффективное смешивание красителей или пигментов с основным сырьем, распре- деление добавок и наполнителей, а также по- лучение однородной композиции. Качество выпускаемого материала в значительной степени зависит от гомогенизации расплава в экструдере: недостаточный уровень одно- родности состава расплава и его температуры может привести к серьезным дефектам. По этой причине в одношнековых экстру- дерах, как правило, используются смеситель- ные элементы, обеспечивающие оптимальные сдвиговые деформации и перемешивание ма- териала.Ихможно разделитьна две категории: — дисперсионные (размельчающие) эле- менты, предназначенные для того, чтобы раз- бивать агломератыи гранулытвердых веществ. Типичным примером является секция сдвига; — дистрибутивные (распространяющие) элементы, которые гомогенизируют поток расплава за счет его разделения и переори- ентации. В качестве примера можно привести шнек с блоком смешения. В связи с тем, что смесительные секции оказывают огромное влияние на качество получаемого экструдируемого материала, компания KraussMaffei Berstorff совместно с Институтом экструзии и компаундирова- ния полимеров (Institute for Polymer Extrusion and Compounding, IPEC) при Университете имени Иоганна Кеплера (Линц, Австрия) занялась изучением особенностей функцио- нирования элементов с блоками смешения. Опираясь на достигнутые результаты, впо- следствии можно будет разработать научно обоснованнуюметодику их проектирования. Ниже представлены самые важные моменты, раскрытые в ходе проведенных исследований. Многообразие конструкций При проектировании зоны смешения у создателей есть большая свобода выбора про- ектных решений, что в результате приводит к появлению самых разнообразных по фор- ме конструкций. В большинстве случаев они основываются скорее на эмпирических пред- ставлениях, а не на научных расчетах, и следо- вательно, полная реализация возможностей, потенциально связанных со смесительными секциями, происходит далеко не всегда. Влияние двух базовых геометрических параметров на то, как шнек той или иной конструкции осуществляет сдвиг и переме- шивание полимера, было проанализировано с использованием цифрового моделирова- ния, демонстрирующего поведение потока расплава внутри экспериментальной вирту- альной модели устройства (рис. 1 и табл. 1), в которой менялось количество лепестков в блоке (N Z ) или число блоков (N S ). Поскольку секция с блоками лепестков относится к дистрибутивным смесительным элементам, ее основными функциями явля- ются непрерывные разделение и переори- ентация потока с целью добиться гомогени- зации состава и температуры полимерного расплава. Результаты исследований Рассмотрим, как ведет себя расплав мате- риала при взаимодействии со смесительными элементами различного типа. Результат 1: поле скоростей. На рис. 2 изо- бражено распределение скоростей в направ- Гомогенизация расплава, например при окрашивании полимерной композиции или введения каких-либо добавок, является важнейшим условием для получения качественной конечной продукции методом экструзии. При этом гомогенность в значительной степени определяется тем, что происходит в зоне смешивания. Вопреки устоявшемуся мнению, в данном случае применение шнековых элементов, обеспечивающих максимально интенсивное перемешивание, иногда не является наилучшим выбором. Для особо сложных экструзионных процессов выигрышным станет дизайн шнека, демонстрирующего баланс характеристик Кристиан МАРШИК, дипломированный инженер, научный сотрудник Института экструзии и компаундирования полимеров при Университете имени Иоганна Кеплера (Линц, Австрия); Отто СКРАБАЛА, доктор-инженер, инженер-конструктор компании KraussMaffei Berstorff; Юрген МИТЛИНГЕР, дипломированный инженер, профессор, руководитель Института экструзии и компаундирования полимеров и факультета производственных исследований в Технологическом институте Линца (Австрия) Шнеки для одношнековых экструдеров со сбалансированными смесительными элементами для гомогенизации расплава Сбалансированный шнек для качественного смешивания Фото KraussMaffei Berstorf