Сдвиг возникает, когда две силы толкают друг друга в противоположных направлениях, создавая трение и выделяя тепло по мере продвижения материала через экструдер.
Понимание сдвиговых процессов при экструзии
Сдвиг при экструзии происходит, когда слои материала скользят друг относительно друга внутри экструдера. Это создает трение и тепло, которые помогают придать форму изделию.
Определение сдвига при экструзии
Сдвиговая сила — это сила, которая заставляет слои материала двигаться относительно друг друга в процессе экструзии. Представьте себе, что вы трете руки друг о друга. Ваши руки — это сила, а трение между ними — это сдвиговая сила.
В экструдере трение создает тепло, которое способствует плавлению и перемешиванию материала по мере его перемещения внутри машины. Касательное напряжение — это сила на единицу площади, вызывающая это скользящее движение.
Как возникают силы сдвига
Экструдер создает сдвиговые силы за счет вращения шнека относительно стенки цилиндра. Вращаясь, шнек проталкивает материал вперед, в то время как цилиндр остается неподвижным. Это создает трение между слоями материала.
Материал также подвергается сдвигу вблизи выхода из матрицы. Более высокие скорости вращения шнека увеличивают силы сдвига, что влияет как на температуру, так и на другие параметры. материальный поток.
Сдвиговое течение против других типов течения
Сдвиговое течение включает в себя скольжение слоев параллельно друг другу. Это отличается от растягивающего течения, при котором материал растягивается в одном направлении. При экструзии оба типа течения работают вместе, но сдвиговое течение преобладает внутри ствола и матрицы.
Скорость сдвига и её роль в процессе экструзии
Скорость сдвига измеряет, насколько быстро слои полимера перемещаются относительно друг друга во время экструзии. Она изменяется в зависимости от скорости вращения шнека, размера канала и потока материала через фильеру.
Что такое скорость сдвига?
Скорость сдвига показывает, насколько быстро один слой расплавленного пластика движется по сравнению с соседним слоем. Она рассчитывается путем деления разницы скоростей между слоями на расстояние между ними. Единица измерения — обратные секунды (с⁻¹).
После появления шнековый экструдер Вращаясь, он проталкивает полимер через каналы различного размера. Быстро движущийся материал через небольшой зазор создает высокие скорости сдвигаМедленно движущийся материал в большом зазоре приводит к низким скоростям сдвига.
Факторы, влияющие на скорость сдвига
Скорость вращения шнека напрямую влияет на скорость сдвига. Более высокая скорость. вращение винта увеличивает скорость скольжения полимерных слоев друг относительно друга.
Размер зазора также имеет значение. Узкие каналы между лопастями шнека и стенкой ствола создают большее сдвиговое усилие, чем более широкие зазоры. Размер отверстия матрицы также влияет на результат. кажущаяся скорость сдвига в местах выезда.
Диапазон скоростей сдвига в промышленных процессах
Одношнековые экструдеры обычно работают в диапазоне 100-500 с⁻¹ для пленочных и экструзия профиляВ процессе нормальной работы скорость вращения шнека вблизи стенки ствола может достигать 200 с⁻¹.
Более высокие скорости сдвиговых воздействий наблюдаются в определенных точках. На выходе из фильеры скорость сдвига может достигать 1,000-10,000 с⁻¹ в зависимости от типа процесса.
Контроль сдвига посредством конструкции экструдера
Величина сдвигового воздействия в процессе экструзии зависит от ваших параметров. винтовая конструкция, температура стволаи геометрия кристалла, работающие вместе.
Влияние конструкции винта на сдвиг
Конструкция шнека является основным фактором, определяющим сдвиговые напряжения при экструзии. Глубина и шаг лопастей шнека определяют количество материала, который проталкивается и перемешивается. Более глубокие каналы создают меньшее сдвиговое напряжение, а более мелкие — увеличивают его.
Зазор между шнеком и стенкой цилиндра также имеет значение. Чем меньше зазор, тем больше сдвиговое усилие при прохождении материала. Некоторые конструкции шнеков включают специальные секции смешивания, которые обеспечивают контролируемое сдвиговое усилие для улучшения перемешивания материала. Скорость вращения шнека также влияет на сдвиговое усилие: более высокие скорости создают больше трения и тепла.
Температура в бочках и уровни сдвига
Температура в цилиндре в сочетании со сдвигом обеспечивает правильное плавление материала. Более низкие температуры в цилиндре требуют большего сдвига для нагрева материала. Более высокие температуры уменьшают потребность в механическом сдвиге. Необходимо найти правильный баланс, чтобы материал плавился равномерно, без ухудшения качества.
Геометрия экструзионной матрицы и резка
Экструзионная фильера создает собственное сдвиговое усилие по мере прохождения материала через нее. Меньший диаметр фильеры увеличивает скорость сдвига. Современные паукообразные фильеры создают меньшее сдвиговое усилие, чем старые спиральные конструкции, что помогает предотвратить деградацию материала.
Влияние сдвига на свойства материала и качество продукции
Сдвиговое напряжение напрямую влияет на поведение полимеров в процессе экструзии, от текучести расплава до прочности и долговечности конечного продукта.
Сдвиг, вязкость и поведение полимерного расплава
При воздействии сдвигового напряжения на полимерные материалы изменяется их вязкость. Большинство расплавов полимеров являются истончение при сдвигеЭто означает, что материал легче течет по мере увеличения скорости сдвига. Такое поведение помогает материалу перемещаться через цилиндр экструдера и фильеру.
Индекс плавления вашего полимера показывает, насколько легко он течет в определенных условиях. Более высокие скорости сдвига снижают вязкость, благодаря чему расплав быстрее проходит через ваше оборудование.
Плавление и течение, вызванные сдвигом
Сдвиговое усилие генерирует тепло за счет трения между полимерными цепями. Это тепло помогает расплавить твердые частицы и поддерживает температуру расплава полимера на технологическом уровне. Механическая энергия от вращающегося шнека преобразуется в тепловую энергию, которая поддерживает процесс плавления вместе с нагревателями цилиндра.
Деградация полимеров и сдвиг
Чрезмерное сдвиговое напряжение разрывает молекулярные цепи.Это приводит к деградации полимера. У каждого материала есть критическая скорость сдвига, которую не следует превышать. Превышение этого значения приводит к уменьшению молекулярной массы и ослаблению механических свойств конечного продукта.
Влияние сдвига на качество продукции
Контролируемое сдвиговое воздействие улучшает качество продукции за счет равномерного смешивания и стабильных свойств. Однако чрезмерное сдвиговое воздействие повреждает молекулярную структуру, что снижает прочность, ударостойкость и долговечность готовой продукции.
Система управления сдвигом при экструзии пластмасс с использованием Jwell.
Часто задаваемые вопросы
Как сдвиг влияет на поток материала внутри экструдера?
Сдвиг контролирует движение материала в экструдере. Вращающийся шнек создает слои материала, которые скользят друг относительно друга с разной скоростью. Это движение помогает продвигать материал вперед, одновременно перемешивая и плавя его.
Что вызывает касательное напряжение и скорость сдвига в процессе экструзии?
Вращение шнека относительно стенки цилиндра создает касательное напряжение в материале. Скорость сдвига измеряет, насколько быстро эти слои перемещаются относительно друг друга. Оба явления происходят потому, что шнек проталкивает материал через узкие пространства на высоких скоростях.
Каким образом высокое сдвиговое напряжение может влиять на повышение температуры и качество расплава при экструзии?
Сильное сдвиговое напряжение создает трение между слоями материала, что приводит к выделению тепла. Это может повысить температуру более чем на 100°F без внешнего нагрева. Слишком сильное сдвиговое напряжение может привести к перегреву материала, а слишком слабое — к неполному его расплавлению.
В чём разница между касательным напряжением и скоростью сдвига при экструзии полимеров?
Касательное напряжение — это сила, приложенная к материалу. Скорость сдвига — это скорость, с которой слои скользят друг относительно друга.
Как конструкция и скорость вращения шнека влияют на величину создаваемого сдвигового напряжения?
Более глубокие каналы шнека уменьшают сдвиговое напряжение, а более мелкие — увеличивают его. Более высокая скорость вращения шнека приводит к большему сдвиговому напряжению.
Как можно измерить или оценить условия сдвига в экструзионной линии?
Вы можете рассчитать скорость сдвига с использованием размеров матрицы, скорости производства и свойств материала.
