Ugrás a tartalomhoz

A polimertechnika alapjai

Czvikovszky Tibor, Nagy Péter, Gaál János (2007)

Kempelen Farkas Hallgatói Információs Központ

8.2 Az ömledékáramlás főbb összetevői az egycsigás extruderben

8.2 Az ömledékáramlás főbb összetevői az egycsigás extruderben

Az extruder hozamának, ömledékszállító teljesítményének felméréséhez vegyük szemügyre az extrudercsiga kiszállító szakaszát a 8.5 ábrán.

Ez az extrudercsiga tehát jobbról balra szállít, és a csigának a néző-felőli palástja felülről lefele forog.

Az extrudercsiga kiszállító szakaszának sémája

8.5 ábra: Az extrudercsiga kiszállító szakaszának sémája [8.2] Φ) a menetemelkedés szöge, h) menetmélység, D) az extruder henger belső átmérője, δ) illesztési hézag („játék”) a csiga és a ház között, Ls) (egy fordulatra jutó) menetemelkedés, b) menetárok szélesség, e) menetszárny szélesség

A szállító-teljesítmény – térfogatáramban kifejezve – három összetevőből áll össze:

8.1. egyenlet -


ahol:

Ve = az összes (eredő) térfogatáram (pl. cm3/s) egységben

Vs = a sodróáram (drag flow, Schleppströmung) amely kiszállítási irányú

Vt = a torlóáram (pressure-flow, Leckströmung, Druckströmung) amely ellentétes irányú, és

Vr = a résáram (clearence-flow), a δ illesztési rés következményeként, amely ugyancsak csökkenti a hozamot, a szállítóteljesítményt.

Az extrudercsiga és a henger közötti rés, a „játék” eléggé csekély: tipikusan 0,002 D és 0,005 D közötti, amelyet a viszkózus polimer ömledék tömít, ill. ken a forgás közben. Kopott csiga esetén a rés δ méretének harmadik hatványával arányosan nő a résáram, így csökkenhet a kihozatal. Jól működő csiga esetén azonban a szűk résben a polimer film jó „tömítést” ad.

A Vr résáramot ezek után első közelítésben el is hanyagolhatjuk. A másik két összetevőt a legegyszerűbb egydimenziós áramláson keresztül elemezzük izotermikus körülményeket és newtoni közeget feltételezve.

A sodró áramlás modellje a következő: az áramlás két síklemez (csigamag ill. a henger belső felülete) között jön létre annak hatására, hogy az egyik lemez (a csigamag) v0 (kerületi) sebességgel mozog. Ellenállás ill. nyomáskülönbség nincs az áramlás irányában (nyitott csatorna). A 8.6 ábra alapján a sebességeloszlást a

A sodró áramlás sebességeloszlása

8.6 ábra: A sodró áramlás sebességeloszlása

8.2. egyenlet -


összefüggés írja le. A Vs térfogatáram egyszerű módon számítható:

8.3. egyenlet -


dA = b dy

8.4. egyenlet -


Mivel a v0 kerületi sebesség arányos a csiga n fordulatszámával, a Vs -re kapjuk:

8.5. egyenlet -


Tehát minél szélesebb és mélyebb a csigacsatorna, ill. minél nagyobb a csiga fordulatszáma, az előre haladó térfogatáram annál nagyobb.

A torló áramlás az extruderben fellépő nyomásnövekedés hatására jön létre, és a sodró áramlással ellentétes irányú (8.7 ábra).

A torlóáramlás sebességeloszlása

8.7 ábra: A torlóáramlás sebességeloszlása

Felhasználva az 5. fejezetben a newtoni közeg résáramlására kapott (5.73) ill. (5.79)-es összefüggéseket, a sebességeloszlást a

8.6. egyenlet -


a torlóáramlás térfogatáramát a

8.7. egyenlet -


egyenlet írja le.

Ezek után nézzük az eredő sebességeloszlást, 8.8 ábra.

A sodróáramlásból és a torlóáramlásból eredő sebességeloszlás

8.8 ábra: A sodróáramlásból és a torlóáramlásból eredő sebességeloszlás

A 8.8 ábra nagyon jól szemlélteti a csigacsatornában kialakuló keveredési folyamatot. A két sebesség viszonyára a csiga ún „a” zártsági foka a jellemző, ami a torló és a sodró áramlások hányadosa, a=Vt/Vs (8.9 ábra).

A zérus értékű zártsági fok azt jelentené, hogy nincs ellenirányú torlóáram. A jelentős nyomás¬különbség (10 – 50 bar) miatt azonban a torlóáramot figyelembe kell venni. Ebből adódik az ömledékviszkozitás hatása is: kis viszkozitású ömledékkel az extruder hozama kisebb, mint nagyobb viszkozitású anyaggal. Figyeljük meg, hogy a Δp és a η viszkozitás ilyen hatása jelent meg a Hagen-Poiseuille összefüggésben is (5.56 egyenlet, 139. old.), illetve az ebből levezethető térfogatáramban is. Az ömledékviszkozitást az extrúzióban a hőmérsékletviszonyok megváltoztatásával befolyásolhatjuk.

A sodróáramlásból és a torlóáramlásból eredő sebességeloszlás különböző zártsági fok esetén

8.9 ábra: A sodróáramlásból és a torlóáramlásból eredő sebességeloszlás különböző zártsági fok A sodróáramlásból és a torlóáramlásból eredő sebességeloszlás különböző zártsági fok esetén esetén