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.

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, L_s) (egy fordulatra jutó) menetemelkedés, b) menetárok szélesség, e) menetszárny szélesség

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

8.1. egyenlet -

ahol:

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

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

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

= 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 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

8.6 ábra: A sodró áramlás sebességeloszlása

8.2. egyenlet -

összefüggés írja le. A térfogatáram egyszerű módon számítható:

8.3. egyenlet -

dA = b dy

8.4. egyenlet -

Mivel a v₀ kerületi sebesség arányos a csiga n fordulatszámával, a -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).

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.

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, (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.

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