แรงเฉือนเกิดขึ้นเมื่อแรงสองแรงดันสวนทางกัน ทำให้เกิดแรงเสียดทานและความร้อนขณะที่วัสดุเคลื่อนผ่านเครื่องอัดรีด
ทำความเข้าใจแรงเฉือนในการอัดรีด
แรงเฉือนในการอัดรีดเกิดขึ้นเมื่อชั้นวัสดุเลื่อนผ่านกันภายในเครื่องอัดรีด ทำให้เกิดแรงเสียดทานและความร้อนเพื่อช่วยขึ้นรูปผลิตภัณฑ์
คำจำกัดความของแรงเฉือนในการอัดรีด
แรงเฉือนคือแรงที่ทำให้ชั้นวัสดุเคลื่อนที่สวนทางกันระหว่างกระบวนการอัดรีด ลองนึกภาพการถูมือเข้าด้วยกัน มือของคุณคือแรง ส่วนแรงเสียดทานระหว่างมือคือแรงเฉือน
ในเครื่องอัดรีด แรงเฉือนสร้างความร้อนจากแรงเสียดทาน ความร้อนนี้ช่วยหลอมและผสมวัสดุขณะที่เคลื่อนผ่านเครื่อง ความเค้นเฉือนคือแรงต่อหน่วยพื้นที่ที่ทำให้เกิดการเลื่อนดังกล่าว
แรงเฉือนเกิดขึ้นได้อย่างไร
เครื่องอัดรีดสร้างแรงเฉือนจากการหมุนของสกรูต้านกับผนังกระบอก เมื่อสกรูหมุน จะดันวัสดุไปข้างหน้าในขณะที่กระบอกอยู่นิ่ง ทำให้เกิดแรงเสียดทานระหว่างชั้นวัสดุ
วัสดุยังเผชิญแรงเฉือนบริเวณทางออกของดาย ความเร็วสกรูที่สูงขึ้นจะเพิ่มแรงเฉือน ซึ่งส่งผลต่อทั้งอุณหภูมิและ การไหลของวัสดุ.
การไหลแบบเฉือนเทียบกับการไหลประเภทอื่น
การไหลแบบเฉือนเกี่ยวข้องกับชั้นวัสดุที่เลื่อนขนานกัน แตกต่างจากการไหลแบบดึงยืด ซึ่งวัสดุยืดไปในทิศทางเดียว ในกระบวนการอัดรีด การไหลทั้งสองแบบเกิดขึ้นร่วมกัน แต่ การไหลแบบเฉือน เป็นรูปแบบหลักภายในกระบอกและดาย
อัตราเฉือนและบทบาทในกระบวนการอัดรีด
อัตราเฉือนใช้วัดความเร็วที่ชั้นพอลิเมอร์เคลื่อนผ่านกันระหว่างการอัดรีด โดยเปลี่ยนแปลงตามความเร็วสกรู ขนาดช่องทาง และการไหลของวัสดุผ่านดาย
อัตราเฉือนคืออะไร?
อัตราเฉือนบอกว่าชั้นพลาสติกหลอมเหลวชั้นหนึ่งเคลื่อนที่เร็วเพียงใดเมื่อเทียบกับชั้นข้างเคียง คำนวณโดยหารความแตกต่างของความเร็วระหว่างชั้นด้วยระยะห่างระหว่างชั้น หน่วยวัดคือส่วนกลับของวินาที (s⁻¹)
เมื่อ สกรูของเครื่องอัดรีด หมุน จะดันพอลิเมอร์ผ่านช่องทางที่มีขนาดต่างกัน วัสดุที่เคลื่อนที่เร็วผ่านช่องว่างแคบจะทำให้เกิด อัตราเฉือนสูง. วัสดุที่เคลื่อนที่ช้าผ่านช่องว่างกว้างจะทำให้เกิดอัตราเฉือนต่ำ
ปัจจัยที่ส่งผลต่ออัตราเฉือน
ความเร็วสกรู ส่งผลโดยตรงต่ออัตราเฉือน การหมุนที่เร็วขึ้นของ สกรู ทำให้ชั้นพอลิเมอร์เลื่อนผ่านกันเร็วขึ้น
ขนาดช่องว่างก็สำคัญเช่นกัน ช่องทางแคบระหว่างปีกสกรูกับผนังกระบอกทำให้เกิดแรงเฉือนสูงกว่าช่องว่างกว้าง ขนาดช่องเปิดของดายยังส่งผลต่อ อัตราเฉือนปรากฏ บริเวณทางออก
ช่วงอัตราเฉือนในกระบวนการอุตสาหกรรม
เครื่องอัดรีดสกรูเดี่ยว โดยทั่วไปมีช่วงการทำงานระหว่าง 100-500 s⁻¹ สำหรับฟิล์มและ การอัดรีดโปรไฟล์. ช่องสกรูบริเวณใกล้ผนังกระบอกอาจมีอัตราเฉือนถึง 200 s⁻¹ ระหว่างการทำงานปกติ
บางจุดมีอัตราสูงกว่า ทางออกของดายอาจทำให้อัตราเฉือนสูงถึง 1,000-10,000 s⁻¹ ขึ้นอยู่กับประเภทกระบวนการ
การควบคุมแรงเฉือนผ่านการออกแบบเครื่องอัดรีด
ระดับแรงเฉือนในกระบวนการอัดรีดของคุณขึ้นอยู่กับการทำงานร่วมกันของ การออกแบบสกรู, อุณหภูมิกระบอก, และรูปทรงของดาย
อิทธิพลของการออกแบบสกรูต่อแรงเฉือน
การออกแบบสกรูเป็นปัจจัยหลักในการควบคุมแรงเฉือนระหว่างการอัดรีด ความลึกและระยะพิตช์ของปีกสกรูกำหนดปริมาณวัสดุที่ถูกดันและผสม ช่องทางลึกทำให้เกิดแรงเฉือนน้อยกว่า ส่วนช่องทางตื้นเพิ่มแรงเฉือน
ช่องว่างระหว่างสกรูกับผนังกระบอกก็สำคัญเช่นกัน ช่องว่างแคบทำให้เกิดแรงเฉือนมากขึ้นเมื่อวัสดุไหลผ่าน การออกแบบสกรูบางชนิดมีส่วนผสมพิเศษที่เพิ่มแรงเฉือนแบบควบคุมเพื่อปรับปรุงการผสมวัสดุ ความเร็วสกรูก็ส่งผลต่อแรงเฉือน โดยความเร็วสูงขึ้นทำให้เกิดแรงเสียดทานและความร้อนมากขึ้น
อุณหภูมิกระบอกและระดับแรงเฉือน
อุณหภูมิกระบอกทำงานร่วมกับแรงเฉือนเพื่อหลอมวัสดุอย่างเหมาะสม อุณหภูมิกระบอกที่ต่ำลงต้องใช้แรงเฉือนมากขึ้นเพื่อให้ความร้อนแก่วัสดุ ส่วนอุณหภูมิที่สูงขึ้นช่วยลดความจำเป็นในการใช้แรงเฉือนเชิงกล คุณต้องหาสมดุลที่เหมาะสมเพื่อให้วัสดุหลอมอย่างสม่ำเสมอโดยไม่เสื่อมสภาพ
รูปทรงดายอัดรีดและแรงเฉือน
ดายอัดรีดสร้างแรงเฉือนขึ้นเองขณะที่วัสดุไหลผ่าน ดายที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าจะเพิ่มอัตราเฉือน ดายแบบสไปเดอร์สมัยใหม่ทำให้เกิดแรงเฉือนน้อยกว่าแบบเกลียวรุ่นเก่า จึงช่วยป้องกันการเสื่อมสภาพของวัสดุ
ผลกระทบของแรงเฉือนต่อคุณสมบัติวัสดุและคุณภาพผลิตภัณฑ์
แรงเฉือนส่งผลโดยตรงต่อพฤติกรรมของพอลิเมอร์ระหว่างการอัดรีด ตั้งแต่การไหลของพลาสติกหลอมเหลวไปจนถึงความแข็งแรงและความทนทานของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย
แรงเฉือน ความหนืด และพฤติกรรมของพอลิเมอร์หลอมเหลว
เมื่อมีแรงเฉือนกระทำต่อวัสดุพอลิเมอร์ ความหนืดจะเปลี่ยนไป พลาสติกหลอมเหลวส่วนใหญ่มีพฤติกรรมแบบ เฉือนแล้วบางลง, หมายความว่าจะไหลได้ง่ายขึ้นเมื่ออัตราเฉือนเพิ่มขึ้น พฤติกรรมนี้ช่วยให้วัสดุเคลื่อนผ่านกระบอกและดายของเครื่องอัดรีดได้
ดัชนีการไหลของพอลิเมอร์บ่งชี้ว่าวัสดุไหลได้ง่ายเพียงใดภายใต้สภาวะเฉพาะ อัตราเฉือนที่สูงขึ้นจะลดความหนืด ทำให้พลาสติกหลอมเหลวไหลผ่านอุปกรณ์ได้เร็วขึ้น
การหลอมและการไหลที่เกิดจากแรงเฉือน
แรงเฉือนสร้างความร้อนจากแรงเสียดทานระหว่างสายโซ่พอลิเมอร์ ความร้อนนี้ช่วยหลอมอนุภาคของแข็งและรักษาอุณหภูมิของพอลิเมอร์หลอมเหลวให้อยู่ในระดับการแปรรูป พลังงานกลจากสกรูที่หมุนจะเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อน เพื่อสนับสนุนการหลอมร่วมกับฮีตเตอร์ของกระบอก
การเสื่อมสภาพของพอลิเมอร์และแรงเฉือน
แรงเฉือนที่มากเกินไปทำให้สายโซ่โมเลกุลแตก, ส่งผลให้พอลิเมอร์เสื่อมสภาพ วัสดุแต่ละชนิดมีอัตราเฉือนวิกฤตที่ไม่ควรเกิน หากเกินจุดนี้ น้ำหนักโมเลกุลจะลดลงและคุณสมบัติเชิงกลของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปจะอ่อนแอลง
ผลของแรงเฉือนต่อคุณภาพผลิตภัณฑ์
แรงเฉือนที่ควบคุมได้ช่วยเพิ่มคุณภาพผลิตภัณฑ์ด้วยการผสมที่สม่ำเสมอและคุณสมบัติที่คงที่ อย่างไรก็ตาม แรงเฉือนที่มากเกินไปทำลายโครงสร้างโมเลกุล ซึ่งลดความแข็งแรง ความทนทานต่อแรงกระแทก และความทนทานของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป
เชี่ยวชาญการควบคุมแรงเฉือนในการอัดรีดพลาสติกด้วย Jwell
คำถามที่พบบ่อย
แรงเฉือนส่งผลต่อการไหลของวัสดุภายในเครื่องอัดรีดอย่างไร?
แรงเฉือนควบคุมการเคลื่อนที่ของวัสดุผ่านกระบอกเครื่องอัดรีด สกรูที่หมุนทำให้ชั้นวัสดุเลื่อนผ่านกันด้วยความเร็วต่างกัน การเคลื่อนที่นี้ช่วยดันวัสดุไปข้างหน้า พร้อมทั้งผสมและหลอมวัสดุ
อะไรทำให้เกิดความเค้นเฉือนและอัตราเฉือนระหว่างการอัดรีด?
สกรูที่หมุนต้านกับผนังกระบอกทำให้เกิดความเค้นเฉือนในวัสดุ อัตราเฉือนใช้วัดความเร็วสัมพัทธ์ที่ชั้นวัสดุเคลื่อนผ่านกัน ทั้งสองสิ่งเกิดขึ้นเพราะสกรูดันวัสดุผ่านช่องว่างแคบด้วยความเร็วสูง
แรงเฉือนสูงส่งผลต่อการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิและคุณภาพพลาสติกหลอมเหลวอย่างไร?
แรงเฉือนสูงทำให้เกิดแรงเสียดทานระหว่างชั้นวัสดุและสร้างความร้อน โดยอุณหภูมิอาจเพิ่มขึ้นมากกว่า 100°F โดยไม่ต้องใช้ความร้อนจากภายนอก แรงเฉือนที่มากเกินไปอาจทำให้วัสดุร้อนเกินไป ส่วนแรงเฉือนที่น้อยเกินไปอาจทำให้หลอมไม่หมด
ความเค้นเฉือนกับอัตราเฉือนในการอัดรีดพอลิเมอร์แตกต่างกันอย่างไร?
ความเค้นเฉือนคือแรงที่กระทำต่อวัสดุ ส่วนอัตราเฉือนคือความเร็วที่ชั้นวัสดุเลื่อนผ่านกัน
การออกแบบและความเร็วของสกรูเปลี่ยนปริมาณแรงเฉือนที่เกิดขึ้นอย่างไร?
ช่องสกรูที่ลึกขึ้นช่วยลดแรงเฉือน ส่วนช่องที่ตื้นขึ้นทำให้แรงเฉือนเพิ่ม การเดินสกรูให้เร็วขึ้นทำให้เกิดแรงเฉือนมากขึ้น
จะวัดหรือประเมินสภาวะแรงเฉือนในสายการอัดรีดได้อย่างไร?
คุณสามารถคำนวณ อัตราเฉือน โดยใช้ขนาดของดาย อัตราการผลิต และคุณสมบัติของวัสดุ
