แรงเฉือนเกิดขึ้นเมื่อแรงสองแรงผลักกันในทิศทางตรงกันข้าม ทำให้เกิดแรงเสียดทานและความร้อนขณะที่วัสดุเคลื่อนที่ผ่านเครื่องอัดรีด
ทำความเข้าใจแรงเฉือนในกระบวนการอัดขึ้นรูป
การเฉือนในกระบวนการอัดขึ้นรูปเกิดขึ้นเมื่อชั้นของวัสดุเลื่อนผ่านกันภายในเครื่องอัดขึ้นรูป ทำให้เกิดแรงเสียดทานและความร้อนซึ่งช่วยในการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์
นิยามของแรงเฉือนในการอัดขึ้นรูป
แรงเฉือนคือแรงที่ทำให้ชั้นของวัสดุเคลื่อนที่ไปมาระหว่างกระบวนการอัดขึ้นรูป ลองนึกภาพเหมือนกับการถูมือเข้าด้วยกัน มือของคุณคือแรง และแรงเสียดทานระหว่างมือก็คือแรงเฉือน
ในเครื่องอัดรีด แรงเฉือนจะสร้างความร้อนผ่านแรงเสียดทาน ความร้อนนี้ช่วยหลอมและผสมวัสดุขณะที่เคลื่อนผ่านเครื่องจักร แรงเฉือนคือแรงต่อหน่วยพื้นที่ที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่แบบเลื่อนนี้
แรงเฉือนเกิดขึ้นได้อย่างไร
เครื่องอัดรีดสร้างแรงเฉือนผ่านการหมุนของสกรูที่กดกับผนังกระบอก เมื่อสกรูหมุน มันจะดันวัสดุไปข้างหน้าในขณะที่กระบอกยังคงอยู่กับที่ ทำให้เกิดแรงเสียดทานระหว่างชั้นของวัสดุ
วัสดุยังเกิดแรงเฉือนใกล้กับทางออกของแม่พิมพ์ ความเร็วของสกรูที่สูงขึ้นจะเพิ่มแรงเฉือน ซึ่งส่งผลต่อทั้งอุณหภูมิและ การไหลของวัสดุ.
การไหลแบบเฉือนเทียบกับการไหลประเภทอื่นๆ
การไหลแบบเฉือนเกี่ยวข้องกับการที่ชั้นต่างๆ เลื่อนขนานกัน ซึ่งแตกต่างจากการไหลแบบดึงที่วัสดุยืดออกในทิศทางเดียว ในกระบวนการอัดรีด คุณจะได้ทั้งสองแบบทำงานร่วมกัน แต่ การไหลแบบเฉือน ครอบงำภายในลำกล้องและแม่พิมพ์
อัตราการเฉือนและบทบาทของมันในกระบวนการอัดรีด
อัตราการเฉือนเป็นการวัดความเร็วที่ชั้นของพอลิเมอร์เคลื่อนที่ผ่านกันระหว่างกระบวนการอัดขึ้นรูป ค่านี้จะเปลี่ยนแปลงไปตามความเร็วของสกรู ขนาดช่อง และการไหลของวัสดุผ่านแม่พิมพ์
อัตราเฉือนคืออะไร?
อัตราการเฉือนจะบอกคุณว่าชั้นพลาสติกหลอมเหลวชั้นหนึ่งเคลื่อนที่เร็วแค่ไหนเมื่อเทียบกับอีกชั้นหนึ่งที่อยู่ติดกัน คุณคำนวณได้โดยการหารผลต่างความเร็วระหว่างชั้นด้วยระยะห่างระหว่างชั้นนั้น หน่วยวัดคือวินาทีผกผัน (s⁻¹)
เมื่อ สกรูอัดรีด เมื่อหมุน มันจะผลักโพลิเมอร์ผ่านช่องที่มีขนาดแตกต่างกัน วัสดุที่เคลื่อนที่เร็วผ่านช่องว่างเล็กๆ จะสร้าง... อัตราการเฉือนสูงวัสดุที่เคลื่อนที่ช้าผ่านช่องว่างขนาดใหญ่จะทำให้เกิดอัตราการเฉือนต่ำ
ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเฉือน
ความเร็วของสกรู ส่งผลโดยตรงต่ออัตราการเฉือน เร็วขึ้น การหมุนของสกรู เพิ่มความเร็วในการเลื่อนตัวของชั้นพอลิเมอร์ผ่านกัน
ขนาดของช่องว่างก็มีความสำคัญเช่นกัน ช่องว่างที่แคบระหว่างเกลียวและผนังกระบอกจะสร้างแรงเฉือนที่สูงกว่าช่องว่างที่กว้างกว่า ขนาดของช่องเปิดแม่พิมพ์ก็มีผลต่อสิ่งนี้ด้วย อัตราการเฉือนที่ปรากฏ บริเวณจุดทางออก
ช่วงอัตราการเฉือนในกระบวนการทางอุตสาหกรรม
เครื่องอัดรีดแบบสกรูเดี่ยว โดยทั่วไปจะทำงานในช่วง 100-500 วินาที⁻¹ สำหรับฟิล์มและ การอัดขึ้นรูปโปรไฟล์รูเกลียวบริเวณใกล้ผนังกระบอกอาจมีค่าความตึงถึง 200 s⁻¹ ในระหว่างการทำงานปกติ
อัตราแรงเฉือนที่สูงขึ้นจะเกิดขึ้น ณ จุดเฉพาะบางจุด ทางออกของแม่พิมพ์สามารถผลักดันอัตราแรงเฉือนให้สูงถึง 1,000-10,000 s⁻¹ ขึ้นอยู่กับประเภทของกระบวนการผลิตของคุณ
การควบคุมแรงเฉือนผ่านการออกแบบเครื่องอัดรีด
ปริมาณแรงเฉือนในกระบวนการอัดขึ้นรูปของคุณขึ้นอยู่กับ... การออกแบบสกรู, อุณหภูมิภายในกระบอกสูบและรูปทรงเรขาคณิตของแม่พิมพ์ทำงานร่วมกัน
อิทธิพลของการออกแบบสกรูต่อแรงเฉือน
การออกแบบเกลียวเป็นปัจจัยหลักที่ควบคุมแรงเฉือนในกระบวนการอัดขึ้นรูป ความลึกและระยะห่างของเกลียวจะเป็นตัวกำหนดปริมาณวัสดุที่ถูกดันและผสมเข้าด้วยกัน ร่องเกลียวที่ลึกกว่าจะสร้างแรงเฉือนน้อยกว่า ในขณะที่ร่องเกลียวที่ตื้นกว่าจะเพิ่มแรงเฉือน
ช่องว่างระหว่างเกลียวกับผนังกระบอกก็มีความสำคัญเช่นกัน ช่องว่างที่แคบลงจะทำให้เกิดแรงเฉือนมากขึ้นขณะที่วัสดุไหลผ่าน เกลียวบางแบบมีการออกแบบให้มีส่วนผสมพิเศษที่เพิ่มแรงเฉือนแบบควบคุมเพื่อปรับปรุงการผสมวัสดุ ความเร็วของเกลียวก็ส่งผลต่อแรงเฉือนเช่นกัน โดยความเร็วที่สูงขึ้นจะสร้างแรงเสียดทานและความร้อนมากขึ้น
อุณหภูมิภายในกระบอกสูบและระดับแรงเฉือน
อุณหภูมิภายในกระบอกหลอมทำงานร่วมกับแรงเฉือนเพื่อหลอมวัสดุอย่างเหมาะสม อุณหภูมิต่ำต้องการแรงเฉือนมากขึ้นเพื่อให้ความร้อนแก่วัสดุ อุณหภูมิสูงจะลดความจำเป็นในการใช้แรงเฉือนเชิงกล คุณต้องหาจุดสมดุลที่เหมาะสมเพื่อให้วัสดุหลอมละลายอย่างสม่ำเสมอโดยไม่เสื่อมสภาพ
รูปทรงและแรงเฉือนของแม่พิมพ์อัดขึ้นรูป
แม่พิมพ์รีดขึ้นรูปสร้างแรงเฉือนขึ้นเองขณะที่วัสดุไหลผ่าน แม่พิมพ์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าจะเพิ่มอัตราแรงเฉือน แม่พิมพ์แบบใยแมงมุมสมัยใหม่สร้างแรงเฉือนน้อยกว่าแบบเกลียวรุ่นเก่า ซึ่งช่วยป้องกันการเสื่อมสภาพของวัสดุ
ผลกระทบของแรงเฉือนต่อคุณสมบัติของวัสดุและคุณภาพของผลิตภัณฑ์
แรงเฉือนส่งผลโดยตรงต่อพฤติกรรมของพอลิเมอร์ในระหว่างกระบวนการอัดขึ้นรูป ตั้งแต่การไหลของวัสดุหลอมเหลวไปจนถึงความแข็งแรงและความทนทานของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย
แรงเฉือน ความหนืด และพฤติกรรมการหลอมเหลวของพอลิเมอร์
เมื่อวัสดุพอลิเมอร์ได้รับแรงเฉือน ความหนืดของวัสดุจะเปลี่ยนแปลงไป พอลิเมอร์หลอมเหลวส่วนใหญ่มีความหนืดต่ำ การทำให้ผอมบางโดยการเฉือนซึ่งหมายความว่าวัสดุจะไหลได้ง่ายขึ้นเมื่ออัตราการเฉือนเพิ่มขึ้น พฤติกรรมนี้ช่วยให้วัสดุเคลื่อนที่ผ่านกระบอกและแม่พิมพ์ของเครื่องอัดรีดได้ดีขึ้น
ดัชนีการหลอมเหลวของพอลิเมอร์บ่งบอกถึงความง่ายในการไหลภายใต้สภาวะเฉพาะต่างๆ อัตราการเฉือนที่สูงขึ้นจะลดความหนืด ทำให้สารหลอมเหลวไหลผ่านอุปกรณ์ของคุณได้เร็วขึ้น
การหลอมและการไหลที่เกิดจากการเฉือน
แรงเฉือนก่อให้เกิดความร้อนผ่านแรงเสียดทานระหว่างโซ่ของพอลิเมอร์ ความร้อนนี้ช่วยหลอมอนุภาคของแข็งและรักษาอุณหภูมิของพอลิเมอร์หลอมเหลวให้อยู่ในระดับที่เหมาะสม พลังงานกลจากสกรูที่หมุนจะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อนเพื่อสนับสนุนกระบวนการหลอมเหลวควบคู่ไปกับฮีตเตอร์ในกระบอกสูบ
การเสื่อมสภาพของพอลิเมอร์และการเฉือน
แรงเฉือนที่มากเกินไปจะทำให้โซ่โมเลกุลแตกซึ่งนำไปสู่การเสื่อมสภาพของพอลิเมอร์ วัสดุแต่ละชนิดมีอัตราการเฉือนวิกฤตที่คุณไม่ควรเกิน การเกินจุดนี้จะลดน้ำหนักโมเลกุลและทำให้คุณสมบัติทางกลของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายอ่อนแอลง
ผลกระทบของแรงเฉือนต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์
การควบคุมแรงเฉือนช่วยปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์โดยการสร้างการผสมที่สม่ำเสมอและคุณสมบัติที่คงที่ อย่างไรก็ตาม แรงเฉือนที่มากเกินไปจะทำลายโครงสร้างโมเลกุล ซึ่งจะลดความแข็งแรง ความต้านทานแรงกระแทก และความทนทานของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป
ควบคุมแรงเฉือนขั้นสูงในการขึ้นรูปพลาสติกด้วย Jwell
คำถามที่พบบ่อย (FAQs)
แรงเฉือนส่งผลต่อการไหลของวัสดุภายในเครื่องอัดรีดอย่างไร?
แรงเฉือนควบคุมการเคลื่อนที่ของวัสดุผ่านกระบอกอัดรีด สกรูหมุนสร้างชั้นของวัสดุที่เลื่อนผ่านกันด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน การเคลื่อนไหวนี้ช่วยผลักวัสดุไปข้างหน้าพร้อมทั้งผสมและหลอมละลายวัสดุไปพร้อมกัน
อะไรคือสาเหตุที่ทำให้เกิดแรงเฉือนและอัตราการเฉือนในระหว่างกระบวนการอัดขึ้นรูป?
การหมุนของสกรูที่เสียดสีกับผนังกระบอกทำให้เกิดแรงเฉือนในวัสดุของคุณ อัตราเฉือนวัดว่าชั้นเหล่านี้เคลื่อนที่เร็วแค่ไหนเมื่อเทียบกับชั้นอื่นๆ ทั้งสองอย่างเกิดขึ้นเนื่องจากสกรูของคุณดันวัสดุผ่านช่องว่างแคบๆ ด้วยความเร็วสูง
แรงเฉือนสูงส่งผลต่อการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิและคุณภาพของวัสดุหลอมเหลวในการขึ้นรูปด้วยการอัดรีดได้อย่างไร?
แรงเฉือนสูงก่อให้เกิดแรงเสียดทานระหว่างชั้นของวัสดุ ซึ่งทำให้เกิดความร้อน ความร้อนนี้สามารถเพิ่มอุณหภูมิได้มากกว่า 100 องศาฟาเรนไฮต์โดยไม่ต้องใช้ความร้อนจากภายนอก แรงเฉือนมากเกินไปอาจทำให้วัสดุร้อนเกินไป ในขณะที่แรงเฉือนน้อยเกินไปอาจทำให้วัสดุไม่ละลายหมด
ความแตกต่างระหว่างแรงเฉือนและอัตราการเฉือนในการอัดขึ้นรูปพอลิเมอร์คืออะไร?
ความเค้นเฉือนคือแรงที่กระทำต่อวัสดุของคุณ อัตราการเฉือนคือความเร็วที่ชั้นต่างๆ เลื่อนผ่านกัน
การออกแบบและอัตราความเร็วของสกรูส่งผลต่อปริมาณแรงเฉือนที่เกิดขึ้นอย่างไร?
ร่องเกลียวที่ลึกจะช่วยลดแรงเฉือน ในขณะที่ร่องเกลียวที่ตื้นจะเพิ่มแรงเฉือน การหมุนสกรูด้วยความเร็วสูงจะทำให้เกิดแรงเฉือนมากขึ้น
เราจะวัดหรือประเมินสภาวะแรงเฉือนในสายการผลิตแบบอัดรีดได้อย่างไร?
คุณสามารถคำนวณ อัตราเฉือน โดยใช้ขนาดแม่พิมพ์ อัตราการผลิต และคุณสมบัติของวัสดุเป็นเกณฑ์
