Plastics_4_2011

w w w . p l a s t i c s . r u 27 П Л А С Т И К С № 4 ( 9 8 ) 2 0 1 1 Диссипация тепла и контроль температуры Важным источником тепла в процессах переработки по- лимерных материалов из расплава является диссипация (рас- сеивание) тепла в расплаве, которая происходит по двум ме- ханизмам: при сдвиговом течении и сжатии. Скорость выделения тепла в расплаве при сдвиговом те- чении для единицы объема составляет: = ηγ 2 , где η — эффективная вязкость (зависит от скорости сдвига, температуры и давления), γ — скорость сдвига. Повышение температуры ∆ T расплава при адиабатическом (то есть без отвода и подвода тепла) сжатии некоторого объема при повышении давления на величину ∆ P можно определить следующим образом: ∆ T = ∆ P /( ρ · С p ), где ρ —средняя (для рассматриваемого диапазона температур и давлений) плотность расплава, С p —средняя удельная тепло- емкость расплава при постоянном давлении. Диссипация в расплаве, вызванная сдвиговым течением, дает большой вклад в общий тепловой баланс в процессе литья полимерных материалов, особенно при пластикации и впрыске, что связано с высокой скоростью сдвига, реали- зуемой на этих стадиях процесса. Диссипация, вызванная сжатием, различна в разных зонах горячеканальной литниковой системы, причем она меняет- ся во времени, что вызвано изменением давления расплава в цикле литья. Течение расплава в литниковых каналах и по- лости формы на стадии заполнения происходит за счет уве- личивающихся перепадов давления в системе «доза впрыска в предшнековой области материального цилиндра — сопло литьевой машины — литниковая система — полость». При этом влияние диссипации, вызванной сжатием, на температу- ру расплава вблизи его фронта крайне мало, так как давление на фронте потока близко к атмосферному, но по мере удале- ния от фронта это влияние повышается из-за роста давления. Хотя процесс диссипации, вызванной сжатием, является об- ратимым (при расширении расплава тепло поглощается), в условиях литья под давлением эти процессы происходят на разных участках системы. На температуру полимерногоматериала в горячеканальной литниковой системе влияет температура расплава, поступаю- щего из материального цилиндра литьевой машины, для ко- торой характерна высокая неравномерность, обусловленная влиянием периодической шнековой пластикации [9-10] и сжатием при повышении давления в дозе расплава в процес- се впрыска [11]. В общий тепловой баланс входит также тепло, поступаю- щее от нагревателей, расположенных в горячеканальных со- плах и коллекторе. В настоящее время при горячеканальном литье чаще всего применяется электрический нагрев, хотя разработаны также системы с индукционным и жидкостным нагревом [3, 6]. Потери тепла в горячеканальных формах могут проис- ходить во всех процессах теплообмена: теплопроводности, конвекции и теплового излучения [6]. Определенный вклад в охлаждение расплава может дать, как было отмечено выше, · ·